《电工原理》教学大纲.docx

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《电工原理》教学大纲

《电力系统自动装置》课程复习要点

课程名称：

《电力系统自动装置原理》

适用专业：

电力系统自动化

辅导教材：

《电力系统自动装置原理》（第5版）杨冠城主编

绪论

1、电力系统自动化对安全、经济、优质运行的作用；2、电力系统自动化的基本内容；3、电力系统的运行状态与调度控制。

第一章自动装置及其数据的采集处理

第一节自动装置的组成

微机，工控机，集散控制系统，现场总线控制系统

第二节采样、量化与编码技术

第三节交流采用的电量计算和前置算法

香农采样定理，量化，编码，前置处理（标度变换，数据检验，线性化，滤波），电量计算

第二章同步发电机的自动并列

第一节概述

第二节准同期并列基本原理

第三节自动并列装置的工作原理

第四节频率差与电压差的调整

第五节微机型（数字型）并列装置的组成

同步运行、并列操作、准同步并列、自同步并列、同步并列条件、导前时间、自动准同步装置基本功能、整步电压等。

从框图上熟悉线性整步电压的获得方法、波形及特点。

在此基础上掌握ZZQ—5型装置的构成及功能，通过构成框图和波形图掌握合闸部分各环节的原理，尤其是合闸方框图的原理，熟悉频差方向鉴别方法及对调频部分的基本要求、调频部分的构成方框图，分析波形及特点；了解压差大小和方向鉴别的方法及调压部分的构成；清楚各部分之间的联系及ZZQ—5型装置的主要技术参数；对数字式并列装置的特点、硬件、软件有一定的了解。

第三章同步发电机的励磁自动控制系统

第一节概述

第二节同步发电机励磁系统

第三节励磁系统中的整流电路

第四节励磁控制系统调节特性和并联机组间的无功分配

第五节励磁调节装置原理

理解励磁系统的作用和对自动调节励磁装置的基本要求，励磁方式、励磁调节方式及特点；能分析可控整流电路的作用、工作原理及工作特性；掌握励磁调节器的构成、工作原理、工作特性；明确励磁调节器静特性调整的原因、内容及目的；熟悉强励、灭磁的定义及工作原理。

第四章励磁自动控制系统的动态特性

第一节概述

第二节励磁控制系统的传递函数

第三节励磁自动控制系统的稳定性

第四节励磁自动控制系统对电力系统稳定的影响

1、励磁控制系统的传递函数，励磁机，励磁调节器（测量比较，综合放大，功率放大），发电机及整个励磁控制系统的传递函数

2、励磁控制系统的稳定分析（根轨迹方法），改善方法（励磁系统稳定器）

3、发电机的详细动态特性，励磁系统稳定器对电力系统稳定性的影响，及电力系统稳定器（PSS）

第五章电力系统频率和有功功率的自动调节

第一节电力系统的频率特性

第二节调速器原理

第三节电力系统的频率调节及其特性

第四节电力系统自动调频

第五节电力系统的经济调度与自动调频

　了解电力系统调频的实质和重要性；了解负荷的静态频率特性及负荷调节效应；了解调速器的工作原理及其静态调节特性、配有调速器的发电机组的功率频率特性，以及发电机组的频率调节特性与机组间有功功率分配的关系.应当掌握电力系统的调频方式和调频准则,建立起经济调度与自动调频的基本概念.

第六章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置

第一节概述

1、频率下降多电力系统的影响

第二节自动低频减载

1、自动低频减载的工作原理：

最大功率缺额，动作顺序（分级），级差的选择（选择性与否），每级切除的负荷的限制，防误措施

第三节其他安全自动控制装置

1、自动解列，水轮机低频自启动，自动切机，电气制动

教学方式与考核

教学方式：

面授辅导

考核方式：

考勤、开卷考试

电力系统自动化装置复习资料

一：

选择

1、同步发电机机端电压与电网电压的差值的波形是（）。

A、三角波B、正弦波C、方波D、正弦脉动波

2、关于全波线性整步电压波形相关的正确描述是（）。

A、线性整步电压是正弦波

B、与发电机的

电压相关

C、δe=0时线性整步

电压取得最大

D、与系统的

电压相关

3、以下控制单元中不属于自动准同期装置的控制单元的是（）。

A、相角差控制单元B、频率差控制单元C、电压差控制单元D、合闸信号控制单元

4、发电机并列操作最终的执行机构是（）。

A、断路器

B、分段器

C、隔离开关

D、重合器

5、同步发电机并列时脉动电压周期为20s，则滑差角频率允许值ωsy为（）。

A、0.1%B、0.2%C、0.26%D、0.52%

6、能够有效地提高系统稳定功率极限的装置是（）。

A、调速器B、变压器C、继保装置D、励磁调节器

7、下列同步发电机励磁系统可以实现无刷励磁的是（）。

A、交流励磁系统B、直流励磁系统C、静止励磁系统D、自并励系统

8、在励磁调节器中，综合放大单元的输出电压Uc所控制的是（）。

A.调差单元B.测量比较单元C.移相触发单元D.检测单元

9、具有正调差特性的同步发电机，当输出的无功电流增大时，机端电压（）。

A.不变B.增大C.减小D.以上两条都有可能

10、自动励磁调节器的强励倍数一般取（）。

A.2—2.5B.2.5—3C.1.2—1.6D.1.6—2.0

11、为防止发电机转子绕组长时间过励磁而采取的安全措施是：

（）。

A.最大励磁限制B.最小励磁限制C.瞬时电流限制D.伏赫限制

12、当同步发电机进相运行时，其有功功率和无功功率的特点是（）。

A、从系统吸收有功功率，同时输出无功功率B、从系统吸收有功功率，同时吸收无功功率

C、向系统输出有功功率，同时输出无功功率D、向系统输出有功功率，同时吸收无功功率

13、机端并联运行的各发电机组的调差特性（）

A.可以为负B.可以为零C.必须为零D.必须为正

14、某台装有调速器的同步发电机，额定有功出力为100MW，当其有功功率增量为20MW时，系统频率下降0.5Hz，那么该机组的调差系数的标么值R*为（）。

A、20B、-20C、0.05D、-0.05

15、下列操作中不属于安全自动控制的是（）。

A、自动并列B、自动解列C、电气制动D、自动切机

16、衡量电能质量的重要指标是（）。

A.有功功率、无功功率B.功率因数C.电压、频率和波形D.电压和有功功率

17、图示四个脉动电压波形，最适合并列条件的是（）。

18、按提前量的不同，准同期并列装置可分为恒定越前相角和（）。

A.恒定越前功率B.恒定越前频率C.恒定越前电压D.恒定越前时间

19、只反映了断路器两端的相角差特性，而与它们的电压幅值无关的整步电压是（）。

A.正弦整步电压B.线性整步电压C.余弦整步电压D.同期整步电压

20、已知同步发电机并列的滑差角频率允许值ωsy为0.25%ωN，则脉动电压周期为（）s。

A、8B、10C、20D、25

21、发电机励磁系统在下列哪种情况下需要进行强励（）。

A、故障快速恢复时B、正常停机时C、升压变压器故障时D、发电机内部故障

22、电力系统的稳定性问题分为两类，即（）。

A、静态稳定与动态稳定B、静态稳定与暂态稳定

C、暂态稳定与动态稳定D、电磁稳定与暂态稳定

23、用于大型发电机组的励磁系统主要是（）。

A、直流励磁机B、交流励磁机C、静止励磁D、旋转励磁

24、同步发电机的励磁调节器由（）三个单元组成。

A、测量比较、综合放大、移相触发B、测量比较、整定电路、移相触发

C、整形电路、相敏电路、滤波电路D、整形电路、相敏电路、积分电路

25、机端并联运行的各发电机组的调差特性（）

A.可以为负B.可以为零C.必须为零D.必须为正

26、某同步发电机的额定有功出力为100MW，系统频率下降0.25Hz时，其有功功率增量为10MW，那么该机组调差系数的标么值R*为（）

A、20B、-20C、0.05D、-0.05

27、电力系统发生有功功率缺额时，系统频率将（）。

A、上升B、不变C、下降D、先上升后下降

28、下列装置中能将发电机的转速转换成相应频率的电压信号的是（）

A、磁阻发送器B、霍尔功率变送器C、精密多转电位器D、电液转换器

29、最简单的励磁调节器的调节方式是（）

A、微分调节B、比例调节C、比例微分调节D、比例积分调节

30、下列操作中不属于安全自动控制的是（）。

A、自动并列B、自动解列C、电气制动D、自动切机

二：

填空

1、同步发电机并列的理想条件表达式、、。

2、自动准同期装置发升速脉冲时，必须同时发_______闭锁脉冲。

3、同步发电机励磁自动控制系统一般由、和发电机三个部分组成。

4、励磁系统向同步发电机的提供励磁电流，励磁电源由发电机本身提供的系统称之为系统。

5、在三相全控桥工作中，定义α为控制角，β为逆变角，β与α的关系是β=_______。

6、同步发电机与无穷大系统并联运行时，调节发电机的励磁有功功率，无功功率。

（填改变或不改变）

7、电力系统发生有功功率缺额时，必然造成系统频率于额定值。

8、电力系统中实现频率和有功功率自动调节的方法有三种：

、和联合自动调频。

9、受频率崩溃和电压崩溃的限制，电力系统自动低频减负载装置末级动作频率一般不低于_______HZ。

10、强调各次动作的次序，在前一级动作以后还不能制止频率下降的情况下，后一级才动作，称为按确定频率级差。

11、自动低频减载装置中，为避免电压急剧下降而引起的频率继电器误动作，可引入_______信号进行闭锁。

12、同步发电机并列的理想条件表达式、、。

13、自动准同期装置发降压脉冲时，必须同时发_______闭锁脉冲。

14、同步发电机励磁系统一般由和两个部分组成。

15、励磁系统向同步发电机的提供励磁电流，励磁电源由发电机本身提供的系统称之为系统。

16、三相全控桥式整流电路工作在整流状态是将输入的三相交流电压转换为_______。

17、在三相全控桥工作中，由于换相重叠角的影响,逆变角β不能小于_______度。

18、将励磁绕组的磁场尽快减小到最小称为灭磁，其中直流励磁机采用放电灭磁，交流励磁机采用灭磁。

19、同步发电机与无穷大系统并联运行时，调节发电机的励磁有功功率，无功功率。

（填改变或不改变）

20、当同步发电机进相运行时，有功功率，无功功率（指相对于系统）。

21、同步发电机励磁自动调节的作用之一：

应在并联运行的发电机之间，合理分配______功率_。

22、低频减载装置采用了的办法，以适应各种事故条件下系统功率缺额大小不等的情况。

23、高频监视通常整定值选为Hz，低频闭锁整定值选为Hz。

三、名词解释

1、逆变灭磁

2、同步发电机励磁控制系统三大基本任务是什么？

3、准同期并列与自同期并列方法有何不同？

两种方法各有何特点？

4、准同期并列装置合闸信号发出的条件是什么？

5、试分析当发电机投入或退出系统运行时，应如何调整其无功调节特性。

6、什么叫做一次调频？

什么叫做二次调频？

7、准同期并列

8、自动低频减载

9、强励倍数

10、什么叫负荷调节效应？

其大小和什么因素有关，用何参数表示？

11、发电机组调速系统失灵区过大、过小（或完全没有）有何影响？

12、什么叫做一次调频？

什么叫做二次调频？

四、计算题：

1、某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。

两台机组的额定功率因数都是0.85，一号机的调差系数为0.04，二号机调差系数仍为0.05。

如果系统无功负荷使电厂无功功率的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？

（10分）

2、在某电力系统中，与频率无关的负荷占28%，与频率一次方成比例的负荷占41%，与频率二次方成比例的负荷占11%，与频率三次方成比例的负荷占20%。

当系统频率由50Hz下降到48Hz时，系统KL*值为多少？

（6分）

3、某电力系统的负荷额定功率PLN=2000MW，负荷调节效应系数KL*=2，当系统出现200MW的功率缺额时：

1）若不采取措施，系统频率将稳定在多少？

2）若希望系统频率恢复到49.5Hz，需要切除多少负荷？

（9分）

4、某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。

两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系数为0.05。

如果系统无功负荷使电厂无功功率的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？

（9分）

5、已知：

某电力系统，KL*=1.5，KG*=20，当PL=3000MW时，fN=50Hz。

求负荷增加120MW时，系统调速后的运行点。

（8分）

6、某电力系统在额定运行时，总负荷为4000MW，负荷调节效应系数KL*=2。

当系统出现400MW的功率缺额时：

（1）如不采取措施，试计算系统的稳态频率；

（2）如系统的稳态频率要求恢复到49Hz以上，计算系统至少应切除多少负荷。

（8分）

参考答案：

一：

选择题

1、D2、C3、A4、A5、A6、D7、A8、C9、C10、D

11、A12、D13、D14、C15、A

16、C17、A18、D19、C20、A21、A22、B23、C24、A25、D

26、C27、C28、A29、B30、A

二、填空

1、

或

（即频率相等）

（即电压幅值相等）、

（即相角差为零）

2、频差3、励磁功率单元、励磁调节器4、转子、自并励5、180°-α6、不改变、改变7、低于8、主导发电机法、同步时间法（积差调节）9、46-46.510、选择性

11、低电压闭锁

12、

或

（即频率相等）

（即电压幅值相等）、

（即相角差为零）

13、压差14、励磁功率单元、励磁调节器15、转子、自并励16、直流电压

17、25°--30°18、逆变19、不改变、改变20、发出、吸收

21、无功功率22、分级切除负荷23、51、49.5

三、名词解释

1、逆变灭磁：

控制角α在90°～150°范围内整流桥处于逆变运行状态。

转子储存的磁场能量就以续流形式经全控桥的逆变状态反送到交流电源，使转子磁场能量减少，达到了灭磁。

2．主要任务：

控制电压，合理分配并联运行发电机间的无功功率，提高电力系统的稳定性，改善电力系统的运行条件，防止水轮发电机过电压。

3、准同期并列：

先将待并列双方的电压加到并列断路器主触头两侧，然后调整两侧电压，使电压幅值、频率和相角分别相等时闭合断路器主触头，使并列双方并联在一起运行。

准同期并列用于发电机并入电力系统，也用于将两个分开的电力系统并联在一起运行。

自同期并列：

一开始不加励磁（先并列，然后加励磁），其优点为：

操作简单，并列迅速，易于实现自动化，缺点：

冲击电流大，对电力系统扰动大，不仅会引起电力系统频率振荡，而且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降，只能在电力系统事故，频率降低时使用。

4．在电压差和频率差满足条件时，求出最佳的合闸越前相角值，该值与本计算点的相角按进行比较，为计算允许误差。

如果上式成立，则立刻发出合闸信号。

5、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。

6、一次调频：

当电力系统负荷发生变化引起系统频率变化时，系统内并联运行机组的调速器会根据电力系统频率的变化自动调节进入它所控制的原动机的动力元素，改变输入原动机的功率，使系统频率维持在某一值运行，这就是电力系统频率的一次调整，也称为一次调频，是自动的有差调节过程。

7.在同步发电机的电压幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率和相位均接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，称这种并列为准同步并列。

8、当电力系统发生有功功率缺额引起系统频率大幅度下降时，按频率下降的不同程度自动断开相应的非重要负荷，阻止频率下降，并且频率迅速恢复到某期望值，这种安全自动装置称为自动低频减负载装置。

9、强励倍数：

强励时，实际能达到的励磁顶值电压UEFq与额定励磁电压UEFN的比值，称为强励倍数K，即K=UEFq/UEFN。

10、负荷调节效应：

当系统频率下降时，负荷从系统取用的有功功率将下降，系统频率升高时，负荷从系统取用的有功功率将增加，这种现象称为电力系统负荷的频率调节效应，简称负荷调节效应。

一般用负荷调节效应系数来衡量负荷调节效应作用的大小，其大小取决于曲线斜率，即负荷的组成及各类负荷所占比重，高次方负荷越大，则调节效应越强。

11、失灵区会引起误差功率，若机组调速系统的失灵区过大，会使误差功率过大，进而使调差系数过小。

若失灵区过小或完全没有，当电力系统频率发生微小波动时，调速器也要动作，这样会使调节气阀动作过于频繁，使磨损加快，减少寿命，对机组本身和电力系统频率调节不利。

12、一次调频：

当电力系统负荷发生变化引起系统频率变化时，系统内并联运行机组的调速器会根据电力系统频率的变化自动调节进入它所控制的原动机的动力元素，改变输入原动机的功率，使系统频率维持在某一值运行，这就是电力系统频率的一次调整，也称为一次调频，是自动的有差调节过程。

二次调频：

用手动或通过自动装置改变调速器的频率（或功率）给定值，调节进入原动机的动力元素来维持电力系统频率的调节方法，称为电力系统频率的二次调节，也称为二次调频，可以做到无差调节，其前提为调频机组有足够的热备用（或旋转备用）容量。

四、计算

1、

1号机额定无功功率

2号机额定无功功率

公共母线上等值机的调差系数

母线电压波动

各机组无功负荷波动量

一号机组的无功负荷增加3.5610M var，

二号机组的无功负荷增加5.73M var。

2、

3、1）

2）

4、

1号机额定无功功率

2号机额定无功功率

因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调差系数也为0.05。

母线电压波动

各机组无功负荷波动量

一号机组的无功负荷增加3.10M var，

二号机组的无功负荷增加6.20M var。

5、（8分）

6、（8分）

1）

2）