调速器知识

一调节系统参数

1 水流惯性时间常数

w

T

水流惯性时间常数是指在额定工况下，表征过水管道中水流惯性的特征时间，

其表达式为

22

3580

r r

a

r r

J GD n

T

M N

ω

==r

w

r r

LV

Q L

T

gH S gH

==

∑

∑

式中

w

T为水流惯性时间常数，

Q

r

为水轮机设计流量，

H

r

为水轮机设计水头，

S为每段过水管道的截面面积，

L为相应每段过水管道的长度，

V为响应每段过水管道的流速，

G为重力加速度

w

T表示过水管道水流的惯性，它是水轮机主动力矩变化存在滞后的主要原因，

也是造成调节系统不稳定和动态品质恶化的主要因素。在其他条件不变时，

w

T越大，水流惯性越大，水击作用越显着，则调节过程的振幅越大，振荡次数越多，调节时间越长，以至最后超出稳定范围。

2 机组惯性时间常数

机组惯性时间常数是指机组在额定转速时的动量矩与额定转矩之比。其表达式为

式中T

a

为机组惯性时间常数，

Jω

r

为额定转速时机组的动量矩，

GD2为机组飞轮力矩，

M r 为机组额定转矩， N r 为发电机额定功率， n r 为机组额定转速

T a 的物理意义是：在与发出额定功率相当的额定转矩下，机组由静止达到额定转速所需要的时间。T a 越大，越有利于调节系统的稳定，而且在调节过程中能够见效转速的偏差和减缓转速的变化，但有可能使调节时间变长。若T a 过小，将使调节系统难以稳定。

3永态转差系数b p 、永态调差系数e p

调节系统的静特性有两种情况：图1（a ）为无差静特性，表示机组出力不论

为何值，调节系统均保持机组转速n 0，即静态误差为零。图1（b ）为有差静特性，当机组出力增大时，调节系统将保持较低的机组转速，即静态误差不为零，永态调差系数e p 定义为调速系统静特性曲线图上某一规定点的斜率的负数。（反馈为功率反馈）

图1（c ）也为有差静特性，它以接力器行程Y 为横坐标，以机组转速n 为纵坐标 （反馈为导叶反馈）。永态转差系数b p 为

max

x f

b p

图1（b） 有差静特性

r

x f

e p

图1（c） 有差静特性

永态转

差系数b p 是电力系统各机组负荷分配的关键参数，根据电厂在系统的作用不同，各电厂调速器的b p 有所不同。当系统负荷变化时，首先由b p 小的机组承当变化后的负荷，再由b p 大的机组承当变化后的负荷。一般担任调峰、调频的机组比非调

峰、调频的机组b

p

小。

4暂态转差系数b

t

暂态转差系数又称软反馈强度。是当永态转差系数为0，并假定缓冲装置不起作用时，在稳态下的转差系数。（缓冲装置不起衰减作用，可以理解为缓冲器的节流孔完全封闭，此时相当与硬反馈）

暂态转差系数b

t

是防止调节系统出现过调节现象，从而获得稳定的误差调节。

增加b

t

值有利于调速系统的稳定，但灵敏性变差；反之，会恶化调速系统的动态品质，使调节动作迟缓，转速偏差增大，调节时间加长。并网时，在确保稳定的

条件下，应设置较小的b

t

，增加调速器的灵敏性，缩短并网时间；并网后，为确

保在电网负荷变化时调速器及时调整导叶开度，增减有功，b

t

一般变为更小值。

5 缓冲时间常数T

d

缓冲时间常数T

d

定义为当信号停止变化后，缓冲装置将来自接力器位移的反馈信号衰减的时间常数。

缓冲时间常数T

d

的作用主要是提高调速系统的稳定性，减少调节过程中的振荡

次数；但对超调量无显着作用。过分增大T

d

值，则增加了转速偏差，延长了调节

时间，使衰减系数也增加，导致调节品质变差。反之，T

d

减小，可提高调速系统的灵敏性和速动性。

6 加速时间常数T

n

加速时间常数T

n

又称微分时间常数，其定义为永态和暂态转差系数为零时，在

接力器刚刚反向运动的瞬间，转速偏差x

1与加速度（dx/dt）

1

之比的负数。即

加速时间常数T

n

表示微分作用的大小。但微分作用过大时，由于速动性过份增大，会引起过调节，反而造成调节过程品质恶化。

7 比例增益K P 、积分增益K I 、微分增益K D 对于调速器PID 参数有两种表达方式：

调节暂态转差系数b t 、缓冲时间常数T d 、加速时间常数T n 或 比例增益K P 、积分增益K I 、微分增益K D

PID 数字调节器调节规律可用下列传递函数描述：

1()/()//(1)u P I D V y s x s K K s K s T s =+++V V ，其中1V T 为微分衰减时间常数

通常两种表达的关系为 1d N P t d I t d n D t

T T K bT K bT T K b +=

=

=

考虑T n <

一般PID 调速器阶跃瞬态响应见图2。在阶跃信号加入后，输出y 即有一跳变，

其幅值为1/b t ，随后以1/（b t T d ）斜率随时间变化，微分环节对节约信号的响应为一脉冲，但实际上微分回路均有一定的时间常数，故其响应是近似三角形。

图2

二 调速器调节模式

水轮机调速器有三种主要的调节模式：频率调节模式、开度调节模式、功

率调节模式。

1、频率调节模式（FM ） 其特点如下：

（1） 用PID 调节规律，即K D ≠0

（2） 适用与机组空载运行、机组并入小电网或孤立电网、机组在并入大电网