【精品课件】水电站调速系统
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▪ 两套大功率的工业级开关电源，将厂用220VAC与 220VDC供电电源变换成直流24VDC电源后作为调 速器供电电源，提高了供电系统的可靠性。
系统构成
▪ 信号调理模块 ▪ 智能测频模块 ▪ 高性能、高可靠的直线位移传感器 ▪ 比例阀功放板：采用BOSCH公司与其比
例阀配套的功率放大板
系统调节原理
系统硬件结构
系统硬件结构
系统硬件构成
▪ 模拟量输出板JA1 (D/A) ▪ 模拟量输入板JA2 (A/D) ▪ 开关量输入/输出板1 JA3 (DI/O1) ▪ 开关量输入/输出板2 JA4 (DI/O2) ▪ ArcNet网络通讯板 ▪ CPU板 采用JUKI-752 DX4-100，即
Intel80486DX4-100Mhz、8M RAM、2M/4M电 子盘。 ▪ 信号调理模块(ADAM-3014)
▪ ②功率调节模式(并网且功率测量正常)：频率死区 Ef=0~0.5Hz，PID调节；
▪ ③开度调节模式(并网后)：频率死区Ef = 0~0.5Hz， PID调节。
系统调节原理
PID调节原理框图
fg / fw fj
yg
Pg
Ef
+
_
+
bp
+
_
电网检测 及参数调整
Kp
KdS / (1+TnS)
Ki / S
水电站调速系统
水轮机调节的任务
✓维持机组转速在额定转速附近，满足电网 一次调频要求；
✓完成调度下达的功率指令，调节水轮机组 有功功率，满足电网二次调频(AGC)要求；
✓完成机组开机、停机、紧急停机等控制任 务；
✓执行计算机监控系统的调节及控制指令。
水轮机调节系统
水轮机调节系统的结构图
水轮机调速器的分类
水轮机调速器的分类
▪ 按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调 速器分为：中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速 器等。中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调 速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压 阀名义直径来区分。
▪ 按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器 三大类调节器。其中单片机、单板机构成的调节器由于 可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。
▪ 按调节规律可分为 PI和PID调速器； ▪ 按系统构成分为：a.机械式调速器（机械飞摆
式） ； b.电气液压式调速器； c.微机调速器； ▪ 按接力器操作功大小分类：
小型调速器 W≤10000 N.m 中型调速器 10000N.m＜W≤75000N.m 大型调速器 W>75000N.m ▪ 按照调速器的适用机组类型分为：冲击式调速器、 单调、双调。冲击式调速器适用于冲击式水轮发电 机组；单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨 式等水轮发电机组；双调适用于有轮叶调节的轴流 转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。
▪ 机械液压系统依据电液转换方式分为：电液转换器类、 电机类（伺服电机、步进电机）、比例伺服阀类、数字 阀类。其中电液转换器类已基本为市场淘汰，其他几种 均有不同厂家生产。
微机调速器 PID结构
百度文库
HGS型调速器微机概述
▪ HGS-E21/2电气柜为水轮机电液调速器的两个重 要组成部分之一，完成调速系统的主要控制规律与 操作保护功能，同机械液压随动系统配合，控制水 轮发电机组的频率及有功功率，以实现机组的开机、 停机、并网、发电、调相等功能，并可与电站监控 系统通讯，接受监控系统的控制。该电气柜以工业 控制微机为硬件核心，采用双微机通道冗余控制结 构，并配以彩色平板电脑做为操作显示接口，具有 良好的全中文图形人机界面和在线帮助系统，操作 简单方便。电气柜为模块化的硬件结构，易于维护、 维修，可靠性高。
▪ 微机调节器采用并联PID调节规律。当出口开关闭 合或出口开关断开但网频fw故障时，频差为频率给 定fg与机组频率fj之差；当油开关断开且网频fw正 常时，频差为电网频率fw与机组频率fj之差再加上 一固定频率差，以使机组频率略高于电网频率，便 于机组快速并网。该调速器具有三种调节模式：
▪ ①转速（频率）调节模式：频率死区Ef = 0，PID 调节；
给定前馈
导叶开度
yref
Lim
液压随 动系统
机组有功功率
* fg : 频率给定; yg : 开度给定; Pg : 功率给定; f j : 机组频率; f w : 电网频率; yref : 随动系统参考
系统硬件结构
▪ 系统硬件结构如图所示，从功能上可分为人机操作 与显示（简称：上位机）和调节控制（简称：下位 机）两大部分。人机操作与显示部分，即上位机由 平板电脑构成，主要完成运行参数修改与保存；运 行状态的显示及故障查询；与电站监控系统的通讯 和调速器常规静态与动态性能指标的测试。调节控 制部分，即下位机由工控机组成，完成调速器的数 据采集、调节控制与故障保护功能。上位机与下位 A、B机之间通过网络通讯构成一个统一的整体。
系统构成
▪ 彩色平板电脑，作为微机调节器的人机接口与显示 界面，同时负责与电站监控系统的通讯控制。它可 以实时显示调节器双微机控制器各种运行参数与曲 线，并可对各种控制参数进行修改。
▪ 该微机调节器与比例伺服型全液控液压随动系统相 连，采用高可靠性的直线位移传感器与比例阀功放 模块，确保了导叶接力器反馈与电液转换的可靠性 与准确性。
系统构成
▪ 该微机调速器电气柜是以工控机为核心的双微机调 节器，它适用于单调或双调的水轮发电机组。主要 由以下部分组成：
▪ 两套独立的工控机，包括各种数据采集与输出接口 卡，完成调速器的各种调节控制与保护功能。两套 独立的工控机中，一套为主机，另一套为热备用机。 当其中一套微机系统出现故障时，该系统所有输出 断开，另一子系统上相应输出闭合。如果故障子系 统原为在线系统，则系统无扰动切到备用子系统； 如果故障发生在备用子系统，则该子系统只需退出 备用。若两套系统同时故障时，系统自动切换到手 动运行。任何一套微机故障均有相应指示。双机及 彩色平板电脑间通过ARCNET网络相连，完成数据 交换、显示与控制参数的修改。
开机特性
◆ 基本开机特性
接到开机指令后，调速器将导叶开启
至第一开机开度YK1 (1.6倍空载开度
Y
YNL)，等待一定时间后，开始检查机 组频率，如果机组频率大于45Hz，则
系统构成
▪ 信号调理模块 ▪ 智能测频模块 ▪ 高性能、高可靠的直线位移传感器 ▪ 比例阀功放板：采用BOSCH公司与其比
例阀配套的功率放大板
系统调节原理
系统硬件结构
系统硬件结构
系统硬件构成
▪ 模拟量输出板JA1 (D/A) ▪ 模拟量输入板JA2 (A/D) ▪ 开关量输入/输出板1 JA3 (DI/O1) ▪ 开关量输入/输出板2 JA4 (DI/O2) ▪ ArcNet网络通讯板 ▪ CPU板 采用JUKI-752 DX4-100，即
Intel80486DX4-100Mhz、8M RAM、2M/4M电 子盘。 ▪ 信号调理模块(ADAM-3014)
▪ ②功率调节模式(并网且功率测量正常)：频率死区 Ef=0~0.5Hz，PID调节；
▪ ③开度调节模式(并网后)：频率死区Ef = 0~0.5Hz， PID调节。
系统调节原理
PID调节原理框图
fg / fw fj
yg
Pg
Ef
+
_
+
bp
+
_
电网检测 及参数调整
Kp
KdS / (1+TnS)
Ki / S
水电站调速系统
水轮机调节的任务
✓维持机组转速在额定转速附近，满足电网 一次调频要求；
✓完成调度下达的功率指令，调节水轮机组 有功功率，满足电网二次调频(AGC)要求；
✓完成机组开机、停机、紧急停机等控制任 务；
✓执行计算机监控系统的调节及控制指令。
水轮机调节系统
水轮机调节系统的结构图
水轮机调速器的分类
水轮机调速器的分类
▪ 按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调 速器分为：中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速 器等。中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调 速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压 阀名义直径来区分。
▪ 按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器 三大类调节器。其中单片机、单板机构成的调节器由于 可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。
▪ 按调节规律可分为 PI和PID调速器； ▪ 按系统构成分为：a.机械式调速器（机械飞摆
式） ； b.电气液压式调速器； c.微机调速器； ▪ 按接力器操作功大小分类：
小型调速器 W≤10000 N.m 中型调速器 10000N.m＜W≤75000N.m 大型调速器 W>75000N.m ▪ 按照调速器的适用机组类型分为：冲击式调速器、 单调、双调。冲击式调速器适用于冲击式水轮发电 机组；单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨 式等水轮发电机组；双调适用于有轮叶调节的轴流 转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。
▪ 机械液压系统依据电液转换方式分为：电液转换器类、 电机类（伺服电机、步进电机）、比例伺服阀类、数字 阀类。其中电液转换器类已基本为市场淘汰，其他几种 均有不同厂家生产。
微机调速器 PID结构
百度文库
HGS型调速器微机概述
▪ HGS-E21/2电气柜为水轮机电液调速器的两个重 要组成部分之一，完成调速系统的主要控制规律与 操作保护功能，同机械液压随动系统配合，控制水 轮发电机组的频率及有功功率，以实现机组的开机、 停机、并网、发电、调相等功能，并可与电站监控 系统通讯，接受监控系统的控制。该电气柜以工业 控制微机为硬件核心，采用双微机通道冗余控制结 构，并配以彩色平板电脑做为操作显示接口，具有 良好的全中文图形人机界面和在线帮助系统，操作 简单方便。电气柜为模块化的硬件结构，易于维护、 维修，可靠性高。
▪ 微机调节器采用并联PID调节规律。当出口开关闭 合或出口开关断开但网频fw故障时，频差为频率给 定fg与机组频率fj之差；当油开关断开且网频fw正 常时，频差为电网频率fw与机组频率fj之差再加上 一固定频率差，以使机组频率略高于电网频率，便 于机组快速并网。该调速器具有三种调节模式：
▪ ①转速（频率）调节模式：频率死区Ef = 0，PID 调节；
给定前馈
导叶开度
yref
Lim
液压随 动系统
机组有功功率
* fg : 频率给定; yg : 开度给定; Pg : 功率给定; f j : 机组频率; f w : 电网频率; yref : 随动系统参考
系统硬件结构
▪ 系统硬件结构如图所示，从功能上可分为人机操作 与显示（简称：上位机）和调节控制（简称：下位 机）两大部分。人机操作与显示部分，即上位机由 平板电脑构成，主要完成运行参数修改与保存；运 行状态的显示及故障查询；与电站监控系统的通讯 和调速器常规静态与动态性能指标的测试。调节控 制部分，即下位机由工控机组成，完成调速器的数 据采集、调节控制与故障保护功能。上位机与下位 A、B机之间通过网络通讯构成一个统一的整体。
系统构成
▪ 彩色平板电脑，作为微机调节器的人机接口与显示 界面，同时负责与电站监控系统的通讯控制。它可 以实时显示调节器双微机控制器各种运行参数与曲 线，并可对各种控制参数进行修改。
▪ 该微机调节器与比例伺服型全液控液压随动系统相 连，采用高可靠性的直线位移传感器与比例阀功放 模块，确保了导叶接力器反馈与电液转换的可靠性 与准确性。
系统构成
▪ 该微机调速器电气柜是以工控机为核心的双微机调 节器，它适用于单调或双调的水轮发电机组。主要 由以下部分组成：
▪ 两套独立的工控机，包括各种数据采集与输出接口 卡，完成调速器的各种调节控制与保护功能。两套 独立的工控机中，一套为主机，另一套为热备用机。 当其中一套微机系统出现故障时，该系统所有输出 断开，另一子系统上相应输出闭合。如果故障子系 统原为在线系统，则系统无扰动切到备用子系统； 如果故障发生在备用子系统，则该子系统只需退出 备用。若两套系统同时故障时，系统自动切换到手 动运行。任何一套微机故障均有相应指示。双机及 彩色平板电脑间通过ARCNET网络相连，完成数据 交换、显示与控制参数的修改。
开机特性
◆ 基本开机特性
接到开机指令后，调速器将导叶开启
至第一开机开度YK1 (1.6倍空载开度
Y
YNL)，等待一定时间后，开始检查机 组频率，如果机组频率大于45Hz，则