重大版电力系统自动装置课后习题答案.docx
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重大版电力系统自动装置课后习题答案
1.1 当有多个模拟量需要测量时,微机监测输入环节应怎样组成?
由
(1)CPU、
(2)存储器、(3)定时器/计数器、(4)监视器、(5)变送器或传感器、(6)A/D转换器、(7)采样/保持器(S/H)、(8)模拟多路开关(Multiplexer,MUX)组成。
1.2 当有多个开关量需要输入到微机监控系统时,其接口电路应怎样构成?
1.3 为何模拟量进行A/D转换时要遵循采样定理?
在采样过程中,只当所取采样周期Ts符合采样定理时,离散的x(nT)才不会丢失x(t)的信息,即x(nT)恢复成模拟信号时不失真。
所以模拟信号经采样变换成数字信号必须遵循采样定理。
1.4 A/D采样过程为何要求有采样/保持器?
因为A/D转换需要一定的时间,在此时间内,应保持被转换的模拟信号为不变值,以确保模拟量转换的数字量为单值对应关系。
采样/保持器电路能达到这一要求。
1.5 D/A输出为何要有保持器及平滑滤波器?
D/A转换是模拟量输出通道的核心部件,D/A转换经保持器保持,实现数字量转换为模拟量的过程,保持器的作用在于将时间离散的模拟量转换成连续模拟量。
经过保持器输出的模拟量x'(t)都是非平滑信号,即其中含有大量谐波成分,故实际上在保持器之后,均加上一低通滤波器平滑输出信号。
滤波器的通带截止频率应根据实际信号类别来确定。
1.6 开关量输入输出接口为何要加电隔离门?
现场开关量所处的是电压较高的环境,而计算机系统是低压系统,故应加电隔离,以免高压串入计算机而使之受损。
加电隔离还可限制地回路电流因地线可能的错接而带来的干扰。
在每个回路都加隔离还可避开多个输入电路的影响。
当今的电隔离方法有继电器隔离与光电隔离两种。
1.7 为何微机监控系统要加设数字滤波软件?
微机监控装置即使采取硬件滤波或其他方法减小干扰,但仍有若干干扰包含在信号源中,这往往要用数字滤波方式来滤除,所以要加设数字滤波软件。
1.8 有哪些常用的数字滤波方法?
常用的数字滤波方法有递推平均滤波、中位值法和惯性滤波。
1.9 何谓数据预处理?
有哪些内容?
一个被检测的模拟量经A/D转换、数字滤波后,还须经过数据预处理,才能送入中间寄存器供实际应用。
通常,数据预处理指标度变换(乘系数)、极性变换等运算。
也有将数字滤波环节纳入预处理的。
1.10 设A/D转换结果用10位二进制数表示。
现有电压互感器变比为35/0.1。
设被测量为34kV,问:
(1)标度变换系数为多少?
(2)34kV对应的数字量为多少?
(1)标度变换系数
(2)34kV对应的数字量为
2.1 什么是电力系统的自动并列?
电力系统中采用的并列方式有哪几种?
各有什么不同之处?
各有什么优缺点?
发电机组投入或退出电网的操作将随系统运行情况的变化需要而时有发生,这既是经常性的,又是十分重要的操作。
在系统正常运行时,随着负荷的增加,要求备用发电机组迅速投入电力系统,以满足用户需要;在系统发生事故时,会失去部分电源,要求备用机组快速投入电力系统以制止频率下降,或者电力系统解列成两部分后要恢复并列,这一切都要进行并列操作,或称同步操作。
操作的目的在于将发电机组或系统的一部分安全可靠并准确快速地投入系统,参加并列运行。
并列的方式有准同期并列和自同期并列。
采用准同期并列的优点是:
在正常情况下,并列时产生的冲击电流比较小,对系统和待并发电机均不会产生什么危害,因而在电力系统中得到广泛应用。
准同期并列的缺点是:
因同期时需调整待并发电机的电压和频率,使之与系统电压、频率接近。
这就要花费一定时间,使并列时间加长,不利于系统发生事故出现功率缺额时及时、快速地投入备用容量。
自同期最大的优点是投入迅速,操作简单。
当系统发生事故时要求备用机组迅速投入时,采用这种并列方式比较有效。
它的缺点是并列过程出现较大的冲击电流,对发电机不利。
此外,自同期初期,待并发电机不加励磁,它将从系统吸收无功功率,从而导致系统电压突然降低,影响供电质量。
因此,对自同期的应用规定了较为严格的限制条件。
2.2 准同期并列为什么要满足同期并列的3个条件?
什么是准同期并列的理想条件和实际条件?
当电压、相位角、频率不满足要求时,必然产生冲击电流,可能达到不允许值,频差过大还可能使并列不成功。
准同期并列的理想条件为:
①待并发电机和系统相序相同;
②待并发电机和系统频率相同;
③待并发电机电压和并列点的系统侧电压相等;
④待并发电机电压和并列点的系统侧电压相位角相等。
实际并列条件为:
电压差
频率差
相角差 δ=φg-φ=ωgt-ωxt=±10°
2.3 脉动电压有何特点?
如何用它反映同期并列的3个条件?
脉动电压
脉动电压的幅值
它是频率为
的波形振幅的包络线。
1)电压差条件
脉动电压Us的幅值能反映电压差ΔU。
从脉动电压的公式可看出,当Ugm=Um时,在δ=0(或2π)时,Us=0(即ΔU=0);当Ugm≠Um时,在δ=0(或2π)时,Us尽管不为0,但值最小。
容易看出,Us的最小值即为两个电压的差值。
在δ=0时检测Us的大小,若它的值足够小,说明电压差条件满足,反之,电压差不满足要求。
2)频率差条件
因脉动电压Us的滑差角频率ωs=ωg-ωx就是频率差,因此,通过对ωs的检测,就能判别频率差条件是否满足。
脉动电压变化的周期
,由于Ts与ωs成反比,因此通过检测Ts的大小,同样能说明频率差条件是否满足。
3)相位条件
因δ=ωst=(ωg-ωs)t=ωgt-ωx=φg-φ,它本身就反应了发电机电压相位φg与系统电压相位φ的相位差。
因此,若并列断路器主触头能于两电压相位差角δ=0的时刻闭合,则说明满足相位条件。
2.4 有一台发电机采用自动准同期方式与系统并列,系统参数已归算到以发电机额定容量为基准的标幺值。
一次系统参数为X″q=0.1,XL=0.1,断路器合闸时间为0.7s,它的最大可能误差时间为±15%,自动并列装置的动作时间偏差为±0.05s,并列时电压超过额定电压5%,允许冲击电流幅值取为i″s·m=
In。
试求E″d最大允许合闸误差角δa·e,允许滑差频率ωsm和相应的脉动电压周期Ts。
解:
(1)允许误差角
(2)允许滑差角频率
断路器合闸动作时间偏差为
自动同期装置动作时间偏差为
允许滑差频率
脉动电压周期
2.5 了解模拟式自动准同期全波线性整步电压工作原理。
见教材
2.6 了解逻辑判别频率差法的工作原理。
见教材
2.7 模拟式自动准同期有哪些缺点?
为何有这些缺点?
当今的模拟式准同期装置均按恒定越前时间原理进行并列。
它存在以下问题:
①理论上,在δe=0之前tyq脉冲发出后,能实现在δe=0时合上并联断路器。
但实际上,合闸瞬间δe并不为零。
原因在于给出tyq时,认为ωs已不变。
实际上,在发出tyq信号后,合闸过程中,ωs常常是变化的,这就不能保证合闸瞬间δe=0。
最严重时,是给出合闸脉冲后,ωs变为0,则δe不会变小,将在大的δe角度下合闸,对发电机造成危害。
②调频、调压速度慢。
不论调频脉冲或调压脉冲,均是间歇性脉冲,且一个脉动周期才发一次。
控制速度慢,不仅不能及时将发电机投入运行,还带来空转能耗浪费。
而且,模拟式同期装置不能成为发电厂的DCS系统的子系统,同期操作不能实现协调控制。
2.8 数字式自动准同期装置为何能自动跟踪同期条件?
应用微机实现准同期并列时,对于ug,u这样的工频信号,微机有足够充裕的时间进行各种计算,因而可以检测ωs的变化率,能跟踪同期,选择最佳的越前时间发合闸信号。
这些均由相应的程序来完成其功能,所以能自动跟踪同期条件。
2.9 数字式自动准同期装置工作过程中为何不允许出现同频现象?
在并列操作时,不希望发电机频率fg与系统频率f相等或十分接近。
因为如果在未发出合闸命令前出现fg=f,此时,如果发电机电压与系统电压间有δe≠0,而此时ωs=0,于是δe保持不变,而此时频差控制又不起作用,显然不能并列;如果此时因为有δe=0,则同期装置会发出合闸命令,即是在合闸过程中因δe出现,则会造成冲击。
因此,在并列操作中如果出现同频状态,应破坏这一现象,一般采取的方法是使待并机加速。
在fg>f的条件下并列时,可避免出现系统向发电机倒送有功功率。
2.10 了解数字式自动准同期定时中断子程序流程工作过程。
见教材
3.1 自动调节励磁系统由哪几部分组成?
它在电力系统中的主要作用是什么?
同步发电机的励磁系统就是指为发电机提供可调节励磁电流装置的全部组合。
其中包括产生可调节励磁电流的励磁功率单元(如励磁机,以下或称功率单元)与控制励磁功率单元的励磁调节器两个主要组成部分,以及相关的测量仪表、辅助设备等。
功率单元向同步发电机转子输入可调节的直流励磁电流,在转子励磁绕组上建立起一个可控的磁场,从而在发电机定子上感生电势。
因此,同步发电机的空载电势Eq是励磁电流的函数,而同步发电机运行特性直接与Eq有关。
由此可知,对励磁电流控制,是对发电机运行实现控制的一项重要内容。
自动调节励磁系统在电力系统中的主要作用有:
(1)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
(2)实现并联运行发电机组的无功功率的合理分配
(3)提高同步发电机并联运行的稳定性
(4)励磁系统能改善电力系统运行条件
(5)对于水轮发电机应要求能强行减磁
3.2 对励磁系统的基本要求是什么?
对励磁系统有以下基本要求:
1)励磁系统应能保证发电机在各种运行工况下要求的励磁容量,并适当留有裕度
2)应有高的强励顶值电压与励磁电压上升速度
3)应有足够的强励持续时间
4)应有足够的电压调节精度与电压调节范围
5)励磁系统应在工作范围内无失灵区
6)励磁系统应有快速灭磁性能
7)励磁系统本身应简单可靠,调节过程稳定
3.3 同步发电机有哪些励磁方式?
按功率单元的不同,可分成直流励磁机系统、交流励磁机系统及半导体励磁系统。
3.4 三相半控桥与全控桥的整流波形在相同的控制角下有什么区别?
(作出α为30°,60°,90°的波形比较。
)
三相半控桥整流的平均电压为
三相全控桥整流的平均电压为
波形比较见教材
3.5 在三相可控整流时,对触发脉冲有何要求?
半控桥在一个工频周期中的触发脉冲数为3个,各脉冲相距为120°。
全控桥在一个工频周期中的触发脉冲数为2×3=6个,各脉冲相距为60°。
3.6 何谓逆变?
逆变的作用与条件是什么?
全控桥在α>90°后转成逆变状态,即直流变为交流输出。
励磁系统中,利用逆变状态来实现快速灭磁。
逆变的条件:
当全控桥电路处于90°<α<180°工况时,为逆变状态。
3.7 试说明图3.27检测电路的工作原理。
图3.27(a)为检测电路,电位器W用于调整电压定值;两个稳压值相同的稳压管WY1,WY2与两个阻值相等的电阻R1,R2组成对称比较电路,又称检测桥,m,n为电路的输出端,输出电压偏差信号ΔU。
3.8 说明调差环节的作用与特性的获得。
与电网并联运行的发电机,为满足运行上的要求,要对自动励磁调节器的静态工作特性进行必要的调整。
调差环节的作用是:
①保证并列运行发电机组间实现无功功率合理分配;②保证发电机在投入和退出运行时,平稳地转移无功负荷,而不发生无功功率冲击。
图3.42 正调差系数的形成
不同的调差特性运用在不同的电网运行条件下,通过调差环节的调整,能得到不同的调差系数。
通常,ZTL的调差系数接线可将调差系数调整在±10%以内。
当无调差环节时,调节励磁稳态时,有ΔU=0,UG=Us,即机端电压为给定值(实际上稍有下倾)。
当有调差环节时,
测量比较环节接受的输入电压,即调差环节的输出电压为
U'G=U
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