电力系统自动装置原理-复习 联系客服

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22、两台正有差调节特性的发电机在公共母线上并联运行,当系统无功负荷波动时,其电压偏差相同。

23、两台调差系数不同的发电机在公共母线上并联运行,当系统无功负荷错误!未找到引用源。时,调差系数较小的发电机承担较多的无功负荷增量。

24、具有负调差特性的机组不能在公共母线上并联运行,两台无差调节特性的机组不能并联运行。

25、反馈型电压调节器按发电机电压与设定值之间的差值进行调节,属于闭环反馈控制,能较好地维持电压水平。 26、数字式励磁调节器由主控制单元、信息采集单元、控制输出、人机接口单元等四个部分组成。 27、半导体励磁调节器的基本环节包括:调差单元、测量比较单元、综合放大单元、移相触发单元。

三、简答题

1、何谓励磁系统?

答:供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。

2、同步发电机自动调节励磁系统的主要任务是什么?

答:⑴ 系统正常运行条件下,维持发电机端或系统某点电压在给定水平;⑵ 实现并联运行发电机组无功功率的合理分配;⑶ 提高同步发电机并联运行的稳定性;⑷ 改善电力系统的运行条件;⑸ 对水轮发电机组在必要时强行减磁。 3、简述自动励磁调节器的工作原理。

答:根据发电机电压

UG变化,把测得的发电机端电压经调差、测量比较环节与基准电压进行比较,得到正比于发电机

电压变化量的de,经综合放大环节得到SM,SM作用于移相触发环节,控制晶闸管控制极上触发脉冲?的变化,从而调节可控输出的励磁电流,使发电机端电压保持正常值。

当G上升时,?增大,励磁电流减少,使G下降到正常值。反之,G下降,?减小,励磁电流增大,使G上升到正常值。

4、说明励磁系统对励磁调节器的要求。

答:① 系统正常运行时,励磁调节器应能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平;② 励磁调节器应能合理分配机组的无功功率;③ 远距离输电的发电机组,为了能在人工稳定区域运行,要求励磁调节器没有失灵区;④ 励磁调节器应能迅速反应系统故障、具备强行励磁等控制功能,以提高暂态稳定和改善系统运行条件;⑤ 具有较小的时间常数,能迅速响应输入信息的变化;⑥ 励磁调节器正常工作与否,直接影响到发电机组的安全运行,因此要求能够长期可靠工作。 5、简述静止励磁系统的优点。

答:① 励磁系统接线和设备比较简单,无转动部分,维护费用省,可靠性高;② 不需要同轴励磁机,可缩短主轴长度,这样可减小基建投资;③ 直接用晶闸管控制转子电压,可获得很快的励磁电压响应速度,可近似认为具有阶跃函数那样的响应速度;④ 由发电机端取得励磁能量,当机组甩负荷时静止励磁系统机组的过电压就低。 6、对励磁调节器静态特性调整的基本要求是什么?

答:⑴ 保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配;⑵ 保证发电机在投入和退出运行时,能平稳地转移无功负荷,而不致发生无功功率的冲击。

7、励磁调节器静态特性调整的内容有哪些?如何实现?

答:① 励磁调节器静特性调整包括调差系数的调整和外特性的平移。② 利用励磁调节器中的调差单元进行发电机外特性的调差系数的调整;调整励磁调节器中发电机基准电压值的大小,以平移发电机的外特性。 8、根据励磁调节器的静态工作特性,分析励磁调节器是如何具有维持机端电压保持不变的能力?

答:由励磁调节器的静态工作特性可知,在励磁调节器的工作区内,当UG升高,IAER就急剧减小,当UG降低,IAER就急剧增加,使发电机端电压趋近于额定电压,在工作区内发电机电压变化极小,所以励磁调节器有维持机端电压保持不变的能力。另外,当电力系统发生短路故障时,机端电压极度降低,此时IAER迅速增大,起到强励作用。 9、三相全控桥式整流电路在什么条件下处于整流状态和逆变状态?整流和逆变状态有何作用?

答:三相全控桥式整流电路的控制角α在0°~90°时,电路工作在整流状态,将交流转为直流;α在90°~180°时,电路工作在逆变状态,将直流转为交流。

整流状态主要用于对发电机的励磁;逆变状态主要用于对发电机的灭磁。 10、画出三相全控桥式整流电路,哪些晶闸管为共阳极组,哪些为共阴极组?

答:VTHl、VTH3、VTH5为共阴组,VTH2、VTH4、VTH6为共阳组。

UUUUUUU

11、何谓三相全控桥式整流电路的逆变状态?实现逆变的条件是什么?

答:三相全控桥式整流电路的逆变状态:将直流转变为交流,也就是当三相全控整流桥的控制角α> 90°时,将负载电感L中储存的能量反馈给交流电源,使负载电感L中的磁场能量很快释放掉。

逆变的条件:负载必须是电感性负载,且原来储存能量,即三相全控桥原来工作在整流工作状态;控制角α 应在90°~180°之间,三相全控桥的输出电压平均值为负值;逆变时,交流侧电源不能消失。

12、续流二极管的作用

答:为了防止失控现象的发生,在电感性负载两端并接一反向续流二极管V1,在晶闸管电压过零关断时,电感两端的反电动势经续流二极管形成电流回路,由于续流二极管两端电压甚低,接近于零,从而保证晶闸管能可靠关断,显然续流二极管选择正向压降小的,以确定保晶闸管的可靠关断。

13、何谓调差系数?两台并联运行的发电机,为使无功负荷按机组容量分配,调差系数应有什么要求?

答:调差系数δ是指无功电流由零增加到额定值时发电机电压的相对变化,δ的大小表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。

由于两台正调差特性机组并联运行时,无功负荷分配与调差系数成反比。因此,两台并联运行的发电机,为使无功负荷按机组容量分配,容量大的机组,其调差系数取小些;容量小的机组,其调差系数取大些。 14、何谓强励?强励的基本作用是什么?衡量强励性能的指标是什么?

答:强励:电力系统短路故障母线电压降低时,为提高电力系统的稳定性,迅速将发电机励磁增加到最大值。

强励的基本作用是:有利于电力系统的稳定运行;有助于继电保护的正确动作;有助于缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复时间;并有助于用户电动机的自起动过程。

衡量强励性能的指标是强励倍数和励磁电压响应比。

15、为何负调差特性的发电机在机端不能直接并联运行而经变压器后允许并联呢?

答:根据机端直接并联运行的发电机组对外特性的要求可知,负调差特性的发电机不能参与并联运行,正调差特性的发电机可以稳定运行。但是,负调差特性的发电机经变压器后,补偿变压器阻抗上的压降,所以在并联点仍具有正调差特性,因此,能够稳定运行且提高并联点的电压水平。 16、水轮机发电机组为什么要强行减磁

答: 当水轮发电机组发生故障突然跳闸时,由于它的调速系统具有较大的惯性,不能迅速关闭导水叶,因而会使转速急剧上升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流,则发电机电压有可能升高到危及定子绝缘的程度。因此,在这种情况下,要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。

17、发电机在失磁后可能导致失步,进入异步发电运行状态,简述此时对系统和发电机自身的影响。

答:发电机在异步运行下,在向系统送出有功功率的同时,还从系统吸收无功功率,对系统和发电机本身产生如下不良影响:⑴ 发电机失步,在转子和励磁回路中产生差频电流,使转子铁芯,转子绕组及其他励磁回路产生附加损耗,引起过热。⑵ 正常运行时,发电机要向系统输出无功功率;失磁后,要从系统吸收无功功率。如果系统无功储备不足,将引起系统电压下降,甚至造成因电压崩溃而使系统瓦解。⑶ 并网的其他发电机力图补偿上述无功差额,容易造成过电流。 18、励磁调节器的辅助控制功能有哪些?辅助控制与正常情况下的自动控制有何区别?

答:励磁调节器的辅助控制功能有瞬时电流限制、最大励磁限制、最小励磁限制、电压/频率(V/Hz)限制器、发电机失磁监控等。

辅助控制不参与正常情况下的自动控制,仅在发生非正常运行工况、需要励磁调节器具有某些特有的限制功能时,通过信号综合放大器中的竞比电路,闭锁正常的电压控制,使相应的限制器起控制作用。

四、计算分析题

1、某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行,1号机额定功率为25MW,2号机的额定功率为50MW。两台机的功率因数都为0.85。励磁调节器的调差系数为0.05。若系统无功负荷波动使电厂无功增量为它们的总无功容量的20%,问各机组承担的无功负荷增量是多少,母线上的电压波动是多少?

解: 1号机额定无功功率

2号机额定无功功率

QG1N?PG1Ntg?1?25tg(arccos0.85)?15.49(Mvar) QG2N?PG2Ntg?2?50tg(arccos0.85)?30.99(Mvar)

因为两台机的调差系数均为0.05,所以公用母线上等值机的调差系数

母线电压波动

??也为0.05。

?U*?????Q?*??0.05?0.2??0.01

?QG1*???U*各机组无功负荷波动量

?1???0.01?0.20.05

1号机组无功负荷增加3.10Mvar,2号机组的无功负荷增加6.2Mvar。因为调差系数相等,无功的波动量与它们的容量

成比例。母线上的电压降低了0.01UN。

2、某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行,1号机的额定功率为25MW,2号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85。2号机励磁调节器调差系数为0.05,1号机为无差调节特性。若系统无功负荷波动使电厂无功增量为它们总无功容量的20%,问各机组承担的无功负荷增量是多少?母线上的电压波动是多少?若电厂无功增量为它们总无功容量的60%,情况又如何?

解: 1号机额定无功功率

?QG1??QG1*QG1N?0.2?15.49?3.10(Mvar)

?U*?0.01?QG2*?????0.2??0.05

?QG2??QG2*QG2N?0.2?30.99?6.20(Mvar)

QG1N?PG1Ntg?1?25tg(arccos0.85)?15.49(Mvar)

?PG1e/cos?1?25/0.85?29.41(MVA)

1号机额定视在功率:SG1e2号机额定无功功率:QG2e?PG2etg?2?50tg?arccos0.85??30.99(Mvar)

因为1号机为无差调节特性,所以1号机将尽其所能承担无功功率的增量,如果1号机能承担无功功率的全部增量(即其值小于额定视在功率),则母线电压保持不变。

当电厂无功增量为总无功容量的20%时:

?QG?0.2*?QG1e?QG2e??0.2*?15.49?30.99??9.3?SG1e

∴ 1号机承担无功功率的全部增量9.3Mvar,母线电压保持不变,即?U??0。

当电厂无功增量为总无功容量的60%时:

?QG?0.2*?QG1e?QG2e??0.6*?15.49?30.99??27.89?SG1e

∴ 1号机承担无功功率的全部增量27.89Mvar,母线电压保持不变,即?U??0。

3、试分析当发电机投入或退出系统运行时,应如何调整其外特性。

答:设系统电压为UM,外特性曲线3与UG轴相交于UM。

发电机投入运行时,只要使它的外特性处于3的位置,待机组并入系统后再进行向上移动特性的操作,使无功电流逐渐增加到运行要求值;

发电机退出运行时,只需将其外特性向下移动到3的位置,机组就可平稳退出运行,不会发生无功功率的突变。

第四章 励磁控制系统的动态特性

1、我国大、中型同步发电机励磁系统基本技术条件(GB 7409-1987)对同步发电机动态响应的技术指标有何规定?

答:⑴ 同步发电机在空载额定电压情况下,当电压给定阶跃响应为±10%时,发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%,摆动次数不超过3次,调节时间不超过10s。

⑵ 当同步发电机突然零起升压时,自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值的15%,调节时间应不大于10s,电压摆动次数不大于3次。

2、何谓励磁系统稳定器?结合励磁系统稳定器电路说明其作用?

答:励磁系统稳定器是作为改善发电机空载运行稳定性的重要部件。

改变电位器R1、R3可改变微分时间常数,改变R5可改变励磁系统稳定器的增益;A1输出励磁机磁场电流速率信号到电压测量比较单元的输入端,当磁场电流跃增时,励磁系统稳定器输出正微分信号,使电压测量比较单元瞬时输出负信号去减弱励磁机磁场电流。反之,则增强励磁机磁场电流,而在稳态运行时励磁系统稳定器无输出,从而构成了软反馈,改善了系统阻尼特性。

3、说明电力系统低频振荡产生的原因及电力系统稳定器的作用。

答:原因:⑴ 励磁调节器按电压偏差比例调节;⑵ 励磁控制系统具有惯性。 作用:采用电力系统稳定器去产生正阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩,能够有效地抑制远距离输电系统中的低频振荡,从而改善了电力系统稳定性。

4、励磁系统为何要采用电力系统稳定器(PSS)?PSS的作用是什么?

答:由于常规的励磁调节器是按电压偏差比例调节,而且励磁控制系统存在惯性,因此在长距离、重负荷的电力系统中,励磁系统会减弱系统的阻尼能力,即降低发电机的阻尼转矩(负阻尼效应),使系统的动态性能变坏,从而引起电力系统低频振荡。为了保证励磁控制系统维持电压稳定的基本功能,又能消除负阻尼效应,提高电力系统的动态稳定性,励磁系统常采用PSS来达到这一目的。

PSS的作用是产生正阻尼转矩,抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩,提高电力系统的动态稳定性。