自动装置原理终极版.docx

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自动装置原理终极版

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第一章复习题

1、采样/保持器一般由模拟开关、保持电容器和缓冲放大器组成。

2、影响数据采集速率和精度的最主要因素之一是C。

A、模拟多路开关

B、采样保持器

C、A/D转换器

D、存储器

3、现场总线系统主要由现场总线主节点、现场总线从节点、路由器3部分构成。

4、采样（名词解释）对连续的模拟信号X（t），按一定的时间间隔TS，抽取相应的瞬时值，这个过程称为采样。

5、选择采样周期TS的依据是香农采样原理，它指出采样频率必须大于原模拟信号频谱中最高频率的两倍。

6、如果量化器满量程电压值为10V,量化的有效数字量为8位，则量化单位为0.03906，采用“四舍五入”法时的量化误差为0.01953。

7、画出理想采样信号的频谱。

8、逐次逼近型A/D转换器工作原理。

逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，其原理框图如图11-3所示。

9、利用傅氏采样算法可以对交流信号进行分析得到基频信号的幅值和初相角，进一步可以得到有功功率和无功功率。

10、有的变送器的输出信号与被测参数之间可能呈非线性关系，为了提高测量精度，可采取线性拟合措施。

11、采用数字滤波可以减少或避免阻容元件滤波引起的，减少噪声在信号中的比重。

第二章复习题

一、名词解释

1、准同期并列:

准同期并列是将未投入系统的发电机加上励磁，并调节其电压和频率，在满足并列条件（即电压、频率、相位相同）时，将发电机投入系统，如果在理想情况下，使发电机的出口开关合闸，则在发电机定子回路中的环流将为零，这样不会产生电流和电磁力矩的冲击。

2、滑差（角频率）:

滑差（角频率）就是发电机电压和系统电压频率的差（频差），发电机并网时，要求滑差应小于允许值。

3、恒定导前时间:

在脉动电压Us到达两电压向量Ug.Ux重合（δe=0）之前tYJ发出合闸信号，一般取tYJ等于并列装置合闸出口继电器动作时间tC和断路合闸时间tQF之和

4、线性整步电压:

自动并列装置检测并列条件的电压称为整步电压。

与时间具有线性函数关系的称为线性整步电压。

**5*、静止励磁系统的主要优点有哪些？

A、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。

B、不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减少基资建设。

C、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。

D、有发电机端取得励磁能量。

极端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机组转速一次方成正比例。

**6*、励磁控制系统的传递函数包含哪几部分?

下图为励磁控制系统的传递函数框图包含综合放大单元、限幅单元、励磁机单元、同步发电机单元、测量比较单元等部分

**7*、什么是PSS？

它的基本功能？

PSS是励磁系统的一种功能,是抑制有功振荡的,励磁正常工作是以机端电压为反馈量~PSS是在这个基础上加入了有功的反馈,也就是在有功发生振荡是为系统增加一个阻尼,是振荡尽快平稳.它的基本功能：

A、抑制低频振荡B、提高静态稳定功率极限C、有利于暂态稳定，在一定范围内产生正阻尼转矩。

**8*、一台无差调节特性的发电机和另一台正调差系数的发电机能否实现并联运行？

为什么？

（可画图说明）

如图，I为无差II为正调差发电机，如果电网供电无功负荷功率改变，则第一台无功随之改变，第二台无功电流维持不变，仍为IQII移动第二台发电机特性曲线II可改变，发电机之间无功负荷分配，如果需要改变母线电压，可移动第一台发电机组调节特性曲线I。

故能实现并联运行，具有无差调节特性的发电机将承担无功功率全部增量，一方面机组容量有限，另一方面，机组无功分配不合理，故运行方式实际上很难实现。

二、填空

1、准同期并列的方法是，发电机并列合闸前已加励磁，当发电机电压与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机合闸，完成并列操作。

2、自同期并列操作的合闸条件是发电机未加励磁、接近同步转速。

3、滑差是发电机电压角频率与系统电压角频率之差。

4、发电机并列合闸时，如果测得滑差周期为10s，说明此时发电机与系统之间的频率差是0.1Hz。

5、发电机准同期并列后立即带上了无功负荷，说明合闸瞬间发电机与系统之间存在电压幅值差，且发电机电压高于系统电压。

6、发电机并列后立即从系统吸收有功功率，说明合闸瞬间发电机与系统之间存在电压相位差，且发电机电压滞后系统电压。

7、发电机并列后经一定时间的振荡后才进入同步状态运行，这是由于合闸瞬间发电机与系统之间存在频率差。

8、正旋整部电压含有电压差、相角差和频率差信息。

9、线性整部电压含有相角差、频率差，但不含有电压差信息。

10、线性整部电压的斜率和发电机和系统之间的频率差成正比关系。

（频率差越大，矩形波宽度越宽，滤波后的三角波斜率越大。

）

11、线性整部电压的δe=0°点稍滞后于真正的δe=0°，因为滤波引起了相位滞后。

12、线性整部电压的最大值对应发电机电压与系统电压的相位差由接入的发电机电压和系统电压极性决定。

13、因为线性整部电压不含有电压幅值的信息，所以可以直接比较发电机电压和系统侧电压电压幅值完成电压差检查。

14、将发电机并入电力系统参加并列运行的操作称为并列操作。

15、实现发电机并列操作的方法通常有准同期并列和自同期并列。

16、自同期并列方法是将未加励磁、接近同期转速的电机投入系统。

随后给发电机加上励磁在原动机转矩、同步转矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。

17、滑差周期的大小反映发电机与系统之间频率差的，滑差周期大表示频率小，滑差周期小表示频率大。

18、发电机并列操作应遵循的原则是，并列瞬间发电机冲击电流尽可能小过允许值，不应超过允许值，并列后发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要短。

19、为实现合闸部分的功能，合闸部分包括导前时间脉冲形成、频率检查、压差检查以及合闸逻辑。

20、自动准周期并列装置的合闸信号控制单元，当待并发电机与系统之间的电压差和频率差都满足准同期并列条件时，在恒定导前时间发出合闸脉冲；当待并发电机与系统之间的电压差或频率差不满足准同期并列条件时闭锁合闸。

21、线性整部电压与时间具有线性关系，自动准同期装置中采用的线性整部电压通常为三角形，含有相角差和频率差信息。

22、线性整步电压有全波线性和半波线性两种。

23、线性整步电压的周期即为滑差周期，线性整步电压的斜率与频率差成正比。

24、恒定导前时间是导前δe=0°的时间，此时间与压差和频率差大小无关。

四、问答题：

1、什么是同步发电机自动准同期并列？

有什么特点？

适合于什么场合？

为什么？

调节发电机的电压Ug,使Ug与母线电压Ux相等，满足条件后进行合闸的过程。

特点：

并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；但并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂。

适用场合：

由于准同期并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下的发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但是因为并列时间较长且操作复杂，故不适用紧急情况的发电机并列。

2、断路器合闸脉冲的导前世间应怎么考虑？

为什么时恒定导前世间？

断路器合闸脉冲的导前时间是为了使断路器主触头闭合瞬间，发电机电压和系统电压之间的相位差δe=0°。

所以，合闸脉冲的导前时间应等于从发出合闸脉冲命令起到合闸断路器主触头闭合止，中间所有元件动作时间之和，其中主要为断路器的合闸时间。

由于断路器的合闸时间是本身固有的、固定不变的，所以导前时间也不应随频差、压差变化，应也是一个固定值，即恒定导前时间。

3、利用线性整部电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件？

线性整步电压含有频率差、相位差的信息，但不含有电压差的信息。

线性整步电压的周期是滑差周期，能够反映频率的大小，线性整步电压随时间变化的过程对应相位差的变化过程，所以利用其周期可以检测是否满足频率差的调节，利用电压随时间变化过程确定合闸时刻使相位差满足条件，但需利用其他方法检测电压差是否满足。

4、线性整步电压波形如图所示，写出线性整部电压的表达式

USL=USLmax/TS（Ts+2t）-TS/2<=t<=0

USL=USLmax/TS（Ts-2t）0<=t<=TS/2

5、画出数字式并列装置对相角差δe测量的原理框图，并加以说明。

相角差δe测量的方案之一如下图所示，把电压互感器二次侧ux、uG的交流电压信号转换成同频、同相的两个方波，把这两个方波信号接到异或门，当两个方波输入电平不同时，异或门的输出为高电平，用于控制可编程定时计数器的计数时间，其计数值N即与两波形间的相角差δe相对应。

CPU可读取矩形波的宽度N值，求得两电压间相角差的变化轨迹δe（t）。

第三、四章复习题

一、名词解释

1、励磁系统：

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。

2、发电机外特性：

一般指在内电势不变的情况下，负载电流变化时，发电机机端电压变化的曲线，主要是测试发电机的纵轴同步电抗，也就是发电机的内阻抗，是同步发电机带负载能力的重要指标。

3、无刷励磁系统：

励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。

4、励磁调节器的静态工作特性：

励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。

5、强励倍数：

强行励磁电压与励磁机额定电压Ue之比。

6、磁电压响应比：

由励磁系统电压响应曲线确定的励磁系统输出电压增长率与额定励磁电压的比值

二、填空

1、对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是调节发电机端电压和发电机发出的无功功率。

2、并列运行的发电机装上自动励磁调节器后，能稳定机组间的无功负荷。

3、电力系统发生短路故障时，自动励磁调节器能使短路电流增大。

4、电力系统发生短路故障时，强行励磁装置能提高带时限继电保护装置的灵敏度。

5、三相全控桥式整流电路，在90°<α<180°时工作在逆变状态，在0°<α<90°，工作在整流状态。

6、三相全控桥式整流电路，输出电压平均值随控制角α的增大而减小。

7、要实现逆变灭磁，三相桥式全控整流电路的控制角α的适合范围为90°〈α〈150°。

8、励磁调节器接入正调差单元后，发电机的外特性是下倾特性。

9、增大励磁调节器的基准电压值，同步发电机的外特性平行上移，则发电机承担的无功负荷将增大。

10、两台正调差特性的发电机直接并联运行时，调差系数大的机组承担的无功电流的变化量少。

11、在励磁系统中，强力倍数愈大，励磁效果越好。

12、在励磁系统中，励磁电压响应比反映了励磁响应速度的大小。

13、对同步发电机灭磁时，可以采用放电电阻灭磁或非线性电阻灭磁的方法。

14、同步发电机的外特性是指发电机端电压与无功电流之间的关系特性。

15、自动励磁调节器能按机端电压的变化自动地改变励磁电流，从而维持系统或机端电压水平。

16、电力系统发生事故，导致电压降低时，励磁系统应有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压，以实现强行励磁的作用。

17、同步发电机励磁系统分为直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统和静止励磁系统三种。

18、直流励磁机供电的励磁方式分为自励和他励两种。

19、自并励励磁方式的励磁电源通常取自于同步电机内部的辅助绕组。

20、三相半控整流桥正常工作室，触发脉冲的间隔为120°的电角度；而三相全控桥正常工作室，触发脉冲的间隔为60°电角度。

21、半导体励磁调节器的基本控制部分主要包括调差单元、测量比较单元、综合放大单元、移相触发单元和可控整流单元五个单元。

22、励磁调节器的辅助控制功能是为了满足发电机的不同运行工况和改善电力系统稳定性而设置的，主要有励磁系统稳定器、电力系统稳定器和励磁限制器。

23、移相触发单元一般由同步、移相、脉冲形成和脉冲放大等环节组成。

24、在励磁调节器的静态工作区内，发电机端电压升高，UAVR就急剧减小。

25、发电机的外特性特性不仅与曲线形状有关，而且还与负载的性质有关。

26、调差系数表示无功负荷电流从零变化到额定值时，发电机电压的相对变化，所以调差系数表示了励磁系统维持机端电压的能力。

27、励磁调节器静特性的调整包括调差系数的调整和外特性的平移。

28、强励的基本作用是:

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

29、强励指标包括强励顶值和励磁电压响应比。

30、对灭磁的基本要求是灭磁时间要短、灭磁过程中转子不应过电压（4-5倍额定励磁电压）和灭磁后，机组的剩磁电压不应超过500V。

问答或者综合分析

1.同步发电机励磁自动调节的作用是什么？

（1）维持发电机或其他控制点（例如发电厂高压侧母线）的电压在给定水平

（2）控制并联运行机组无功功率合理分配

（3）提高电力系统的稳定性

2.励磁调节器引入调差单元后，是不是其维持机端电压水平的能力就差了？

为什么？

答：

励磁调节器引入调差单元后，发电机在并网前其维持端电压水平的能力不会有任何改变，这与励磁控制系统的特性有关，一般地：

发电机转速越高，机端电压有所升高，反之逆然。

发电机在并网后，电机电压与网电压一样，电压不会自由变化。

但网电压越高，无功输出越少，这与励磁调差特性有关。

但如果励磁系统有“恒功率因数”功能，则该发电机的无功输出会因应有功负荷的变化而变化，功率因数值努力维持不变

3.某励磁系统的励磁电压的上升曲线如图3-12所示，已知：

Sabd=Sabc=A，发电机的额定励磁电压为UEFO，励磁电压响应比？

4.数字移相脉冲原理（用8253定时器实现），并写出控制角a与计数脉冲d之间的关系表达式

第五章复习题

1、发电机组调速系统的静态特性：

在稳定运行情况下，发电机组转速n与所带有功功率P之间的关系称为发电机调速系统的静态特性。

2、频率的一次调整和二次调整：

频率的一次调整：

通过发电机调速系统实现，反映机组转速变化而相应调整原动力门开度，完成调节系统频率。

频率的二次调整：

通过调频器实现，反映系统频率变化而相应调整原动力阀门开度，完成调节系统频率。

3、积差调频法：

是按照频率偏差对时间的积分值，控制调频器对机组有功功率进行调整的方法。

二、填空

1、电力系统频率和有功功率自动调节的目的是在系统正常运行状态时维持频率在额定水平。

2、由于测量元件的不灵敏性，实际的调速器具有一定的灵敏区，因而调节特性时具有一定宽度的带子。

3、调频器改变发电机组调速系统的给定值，即改变机组的空载运行频率使静态特性上下平移。

4、电力系统正常运行状态下，负荷变化将引起有功功率的不平衡，导致频率偏离额定值，因此需要对电力系统频率及有功功率进行调节。

5、反映机组转速变化而相应调整原动力阀门开度的调节是通过调速系统实现的，称为一次调频。

6、反映系统频率变化而相应调整原动力阀门开度的调节是通过调节器实现的，称为二次调频。

7、二次调频是通过调频器自动操作发电机组调速系统的整定机构，改变调速系的给定值，即改变机组的空载运行频率。

8、不同性质的符负荷吸收的有功功率与频率的关系有以下三类，负荷吸收的有功功率与频率无关，负荷吸收的有功功率与频率的一次方成正比，负荷吸收的有功功率与频率的二次方或更高次方成正比。

三、问答题

1、电力系统频率调整有何意义？

电力系统调频的意义（必要性）：

（1）使电力系统总发电功率随时跟踪负荷的变化，时刻保持电力系统的有功功率平衡维持系统频率在额定值水平；

（2）是电力系统经济调动的重要组成部分。

2、电力系统调频为什么分为一次调频和二次调频？

有什么主要区别？

电力系统稳态运行时的频率调整可以通过频率的一次调整和二次调整实现。

当系统负荷发生变化时，系统中各发电机组均按照自身的静态调节特性，不分先后同时通过各自的调速系统实施调整，这就是频率的一次调整，频率的一次调整是有差调整。

所以，当负荷变动较大时，频率一次调整结束时，稳态频率偏离额定值较大，可能超出允许范围。

此时要想使频率回到额定值附近，必须移动静态调节特性，即改变调速系统的给定值，这是由频率的二次调整实现的。

不论是频率的一次调整还是二次调整，最终都是作用于发电机组原动力调节阀门的开度，即通过发电机调速系统实现的。

但一次调整反映机组的转速变化而动作，调整结果表现为在某一条静态特性上运行点的移动，调整结束时频率偏离额定值；二次调整则反应系统频率变化而动作，调整结果表现为一条静态特性的平移，调整结束时频率偏差很小或趋于零。

3、联合电力系统如图，如果按照频率偏差和交换功率偏差调频，请写出调频准则。

第六章复习题

一、名词解释

1、自动低频减载装置AFL：

按照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，以便使频率迅速恢复的一种安全自动装置。

2、负荷调节效应：

系统频率发生变化时，总负荷吸收的有功功率也随之变化的现象。

即当频率下降时，总负荷吸收的有功功率随之下降；当频率上升时，总负荷吸收的有功功率随之上升。

3、发电机组等微增率法则：

运行的发电机组按微增率相等的原则分配负荷，这样可使系统总的燃料消耗或费用为最小，从而达到最经济。

二、填空

1、自动调频解决正常情况下负荷变化引起的系统频率波动；自动低频减载装置用于阻止事故情况下的系统频率异常下降。

2、AFL是按照频率下降的不同程度自动断开相应的次要负荷，阻止频率下降，以便使频率迅速恢复的一种安全自动装置。

3、负荷吸收的有功功率随频率变化的现象称为负荷调节效应，一般可以用负荷调节效应系数来描述。

4、由于负荷的调节效应，当系统频率下降时，总负荷吸收的有功功率随之下降，当系统频率上升时，总负荷吸收的有功功率随之上升。

5、当电力系统出现功率缺额造成系统频率下降时，系统频率随时间由额定值变化到稳定频率过程，称为电力系统动态频率特性，这一过程按照指数规律变化的。

6、AFL应分级动作，即当系统频率下降到一定数值，AFL相应级动作，如果仍然不能阻止频率下降，则下一级再动作。

7、AFL的末级动作频率应由系统所允许的最低频率下限确定。

8、AFL动作频率级差的确定有两种原则，即极差强调选择性和极差强不调选择性。

9、AFL动作，如果切除负荷过少，则不能有效阻止频率下降，如果切除负荷过多，则恢复频率高于期望值。

10.AFL第一级的启动频率一般整定在48.5~49HZ。

三、问答

1、电力系统为什么装设AFL装置？

当事故情况下的电力系统出现有功功率缺额时，将造成系统频率下降，影响电能质量，使系统中运行的旋转设备受损，严重时可能引起频率崩溃或电压崩溃。

为了保证电力系统安全运行，保证电能质量，电力系统中广泛采用自动低频减速负荷装置，它是阻止事故情况下频率异常下降的有效措施。

2、负荷调节效应和自动按频率减负荷的作用有什么区别？

为什么？

虽然负荷调节效应和按频率自动减负荷的结果都能使系统频率稳定，且稳定频率低于额定频率，但两者存在本质区别：

负荷调节效应是利用负荷本身具有特性，在电力系统出现功率缺额，系统频率下降时自动减少吸收的有功功率，当负荷减少吸收的有功功率与系统的功率缺额相等时，系统频率稳定不再下降。

显然，如果系统功率缺额严重，负荷调节的结果，系统稳定频率低，往往不能维系系统的安全运行。

按频率自动减负荷是利用一种安全自动装置，在电力系统出现功率缺额，按照系统频率下降的不同程度，自动切除部分负荷，当切除的负荷接近系统功率缺额时，系统频率不再下降，而且回升，最后稳定在低于额定频率的数值。

显然，如果系统功率缺额严重，切除负荷量相应加大，稳定频率将不会威胁系统安全运行。

3、画出负荷的静态频率特性，并说明负荷调节效应的作用。

由于负荷调节效应的存在，当电力系统中因功率平衡破坏而引起频率变化时，负荷功率随之变化起着补偿作用。

如系统中应有功功率缺额而引起频率下降时，相应的负荷功率也随之减小，能补偿一些有功功率缺额，有可能是系统稳定在一个较低的频率上运行。

如果没有负荷调节效应，当出现有功功率缺额系统频率下降时，功率缺额无法得到补偿，就不会达到新的有功功率平衡，所以频率会一直下降，直到系统瓦解为止。

四、计算题

1、某电力系统在额定工况下运行，负荷调节效应系数KL=1.7，总负荷500MW，突然由于事故切除了60MW的发电功率。

（1）如果不采取任何措施，求系统的稳定频率？

（2）如果切除40MW的负荷，求系统的稳定频率？

解：

（1）△f=50△Ph=50×60=3.5（Hz）

KL*PLN1.7×500

则稳定频率为50—3.5=46.5Hz

（2）由△Phmax—△PLmax=KL*△f*

PLN—△PLmax

得f*=△Phmax—△PLmax

（PLN—△PLmax）KLX

=60—40=0.026

（500—40）×1.7

则稳定频率

=50×（1—△f*）=50×（1—0.26）=48.7Hz

2、某电力系统的总负荷为6400MW，出现功率缺额为1100MW，负荷调节效应系数为1.5。

（1）如果不采取任何措施，求系统的稳定频率？

（2）如果希望稳定频率为48.5Hz，应切除多少负荷？

答：

（1）系统频率低值

△f=50Ph=50×1100=5.7Hz

KL*PLN1.5×6400

则系统稳定频率=50—△f=44.3Hz

（2）希望恢复频率偏差的标幺值为

△f*=50—48.5=0.03

50

△PLmax=△Phmax—KNPL△f*

1—KL*△f*

=1100—1.5×6400×0.03=850MW

1—1.5×0.03

所以希望稳定频率为48.5Hz,应切除850MW负荷。