水轮机的基本概念和微机调速器讲座

PID P
kI
1 k D s] s
yPID (s) 1 k s [k P k I D ] F (s) s 1 T1v s
图1-8 PID调节器的阶跃输入响应特性
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
速动时间常数Tx=bt×Td
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三、水轮机伺服电机调节器 1、交流伺服电机自复中系统原理框图
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交流伺服电机电液转换器/电液执行机构型：
交流伺服电机电液转换器/电液执行机构型调速器框图
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微机调速器自动调节部分框图
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水轮机三种闭环调节模式
• PLC水轮机微机闹速器有3种主要的调
节模式——频率调节模式、开度调节 模式和功率调节模式，这三种调节模 式贯穿于调速器的整个调节过程，其 功能及其相互间的转换都是由微机调 节器完成的。
频率固定的定 位脉冲信号
伺服电机和驱动 器内部形成闭环
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龚嘴水电站
3、电气/机械直线位移转换装置（伺服电机）
电气/位移转换装臵是将电气信 号连续地、线性地转换成机械位移 信号。 伺服电机是一种新型的直线位移 转换器，采用全数字交流伺服电机， 精密滚珠丝杠传动副，具有线性度 好，输出力大，反应灵敏，操作方 便，可靠性好，结构紧凑等特点。 可以在自动（电气控制）手动 （操作手柄）不同方式间无扰动地 切换，有“无油电液转换器”之称。
图1-1 水轮机调节系统的结构图
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4 水轮机调节的理论基础
• （１）水轮发电机组转动部分的运动方程
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调速系统特点：

操作力大——调速器需要多级液压放大和外加能源 （油压装臵），并采用液压接力器作为执行元件 水轮机过流管道存在水流惯性：
lv Tw gh
2 2
水轮发电机组存在机械惯性：
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接力器的简单工作原理
• 接力器是调速器的执行机构。利用来自配压阀的压 • •
力油驱动其活塞，导叶(桨叶)之目的。 当接力器某一控与压力油相通时，则另一腔一定与 回油接通，活塞在两腔压差作用下，向排油侧运动， 通过接力器的主轴、拐臂、调速环制导水机构。 接力器的结构型式，随水轮机的型式．容量和安装 方式的不同而异。通常，中，小型凋速器多采用合 成式结构，即接力韶与调速器本体布置在一起。大 型的全部采用分离式结构，即接力器与凋速器分开 布置。
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（1）频率调节模式特点
1）频率调节模式特点：
①人工频率死区环节切除时，人工开度／功率 死区环节切除。 ②采用PID调节规律。 ③频率调节模式适用干机组空载运行、机组并 入小电网或孤立电网等以频率调节模式运行的情 况。 ④在频率调节模式下，调速器的功率给定实时 跟踪功率反馈值。
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水轮机三种闭环调节模式说明
集成电路测频，由电液转换器将电气信号转换为引 导阀机械位移信号）
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微机调速器
• 调速器控制系统：调节器采用微机PLC
(PCC) • 电气/机械位移转换装置：（电液转换器、 伺服比例阀、步进/伺服电机、数字插装阀）
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二、伺服电机微机调速器的伺服电 机液压随动系统
• • • • • •
1、水轮机调速器型号说明 转换装置 4、一级液压放大装置（传动丝杠与辅助接力器） 5、二级液压放大装置（主配压阀与接力器） 6、附属装置（事故电磁阀、分段关闭阀、锁定装 置、双重滤油器）
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◆
永态差值系数：
当给定信号恒定时，水轮机调节系统处于平衡状态，被控 参量偏差相对值与接力器行程相对值的关系如图
水轮机调节系统静态特性
水轮机调节系统静态特性
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
静速死区：给定信号恒定时，被控参量的 变化不起任何调节作用的两个值间的最大 区间，称为死区，当被控参量为转速时， 即为转速死区ix
水轮机调节的基本概念 和 伺服电机可编程微机调速器
水轮机调节的基本概念 和伺服电机可编程微 机调速器
• 一. 水轮机调节的基本概念 • 二. 伺服电机微机调速器的伺服电机液压
随动系统 • 三. PLC微机调节器 • 四. 微机调速器的试验
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一. 水轮机调节的基本概念
1. 2. 3. 4. 水轮机调节的任务 水轮机调节系统结构 水轮机调节系统的基本理论 水轮机调速器的进展及分类
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1、水轮机调速器型号说明
•
•
型号：DFW（S）T-150-2.5 油压等级：2.5 (省略)，4.0,6.3,16.0 MPa
• 对于大型：主控制油管或主配直径（mm）
• D F —电/机直线位移转换，自复中式
• W—PLC微机调节器 • S－双调节，单调节省略 • T—调速器
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2、自复中式伺服电机调速器机械部分示意图
概念解释： 注：调速器二次调频是按照电网经济运行，电力竞价上网、电网的安
全边界条件而事先制定好的向机组下发的目标功率值，保证电网频率 符合标准规定。
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2.水轮机调节系统
系统结构： 输入模拟量信号：转速、输出有功功率、导叶行程信号、水头信号、
频率信号、监控或省调远方AGC PID调节指令 输入开关量信号：开机令、导叶开度信号 调速系统输出：通过控制导叶开度调节流量
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微机调速器的辅助功能： 当电网频率大幅度波动时，机组按照调速器预先设定的调节规律参与
调节作用，调节机组所带的负荷，使之与外界负荷相平衡，尽力减少 电网频率的变化，完成一次调频功能。
一次调频是当电网频率发生异常突变时（大于50.5HZ或小于49.5HZ），
调速器自发地进行调整机组负荷以恢复电网频率，一次调频只能延缓 电网频率的异常变化。
系统复杂(如轴流转浆式水轮机需要两套调节机构)、
非线性特性（多结构、变参数）
GD nr Ta 3580pr
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5 水轮机调速器的进展及分类
• 机械液压型调速器（测速、稳定、反馈信号均由机械方法
产生。使用飞摆测频，将机组转速偏差转换为引导阀的机 械位移）
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电气液压调速器
• 电气液压调速器（测频回路使用电子管或晶体管或
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水轮机三种闭环调节模式说明
• （3）功率调节模式特点：
• 这也是一种水轮发电机并网后的调节模式。 • ⑴人工频率死区、人工功率死区、人工开度死区均投入运行。 • ⑵在闭环调节过程中，以功率反馈为调节参数采用PI调节，并构成调
速器的静态特性。 • ⑶功率调节适应于机组并网运行，受水电站AGC系统控制的运行工况。 • ⑷在功率调节模式下，调速器的开度绐定实时跟踪导叶接力器开度值， 保证当由本调节模式切换至“频率调节”或“开度阔节”模式时，实 现无扰动转换．
•
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4.调速器的几种工况转换
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三种调节模式转换示意图
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• 调节模式间的转换关系
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5. 水轮机PLC调节器的静态和动态特 性
• 水轮机调节系统在工作过程中，有两种工作状态：静态
（稳态）和动态（暂态）。调节系统的静态又称为稳定状 态，是指机组在恒定负荷、给定信号和水头下运行，水轮 机调节系统的所有变量都处于平衡状态的运行状态。当调 速系统受到负荷、水头等扰动作用，或给定信号变化时， 调节系统出现相应的运动，经过一段时间后，在新的条件 下进入了新的稳定状态。从原稳定状态到新稳定状态的运 动过程的一些特性,就称为水轮机调节系统的动态特性。 由于调速器结构及控制方式有各式各样的变化，但为了衡 量每台调速器的调节品质是否满足要求，那么就根据调速 器的静态特性的各种参数和动态特性的各种参数来评价调 速器调节品质的好坏，同时新安装或分解大修的调速器其 动态和静态参数符合国标要求后，方能并入系统。
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—— 机械部分
双滤油器
它由两组滤油管道，一组工作 另一组备用。两组间切换时，可确 保油路不致中断，滤芯为烧结式， 过滤精度高。 滤油精度为：50μm。
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龚嘴水电站
调节器PID结构 ：
图1-3 微机调速器结构图
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三、 水轮机伺服电机PLC调节器
1.水轮机微机调速器的 结构 2.静态特性 3.动态特性 4.控制功能
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1.水轮机调节的任务
水轮发电机是把水能转变为电能供用户使用的，用户对电能 除要求安全供电外，还要求电能的频率和电压保持在规定 波动范围内。水轮机调节就是通过控制进入水轮机的流量 完成频率稳定这一功能的。电压稳定由励磁调节器完成。 （大型电网(3000MW以上)要求频率波动不能超过 50±0.2HZ） 水轮机调速器具有如下具体任务： 维持单机运行机组转速在额定转速附近；维持并入孤网运 行机组频率； 完成调度下达的功率指令，调节水轮机组有功功率,完成 调速器二次调频率,保持电网有功平衡。 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。
•
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1、调速器静态特性
当给定信号恒定时．水轮机调节系统处于平 衡状态。被控参量偏差相对值与接力器行程相 对值的关系如下图：
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• PLC微机调节器的静态特性：
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（1）永态转差系数bp 在上图所示水轮机调节系统静态特性曲 线上，取某一规定点（例如，图示中的A 点），过该点作一切线，其切线斜率的负 数就是该点的永态差值系数。 对于上图所示的静态特性曲线，其对 应的值为50bpHz（当额定频率为fr=50Hz 时）。 最大行程的永态差值系数bs在上图所 示水轮机调节系统静态特性曲线上，在规 定的给定信号下，得出接力器在全关(y=0) 和全开(y=1.0)位臵的被控参量（频率、转 速）的相对量之差，这个差值即为bs。
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◆ 水轮机调节系统的静态 随动系统不准确度 ：
随动系统中．对于所有不蔓的输入信号，相 i 反输出信号的最大变化区间的相对值，榆为随动 系统不准确度。