水轮机调节
水轮机调节的基本概念和凌津滩电厂调速器系统简介
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三.微机调节器－机组频率测量
测量频率一般采用测量周期法（简称测周法） 或测量频率法（简称测频法）。测频法是指： 通过测量单位时间内被测信号的频率数来测量 频率。显然，对于额定频率为50Hz的水轮发电 机组的频率来说，用这种方法是不合适的，它 只适合于测量处于高频段的频率信号。
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三.微机调节器－机组频率测量
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2.水轮机调节的基本原理和特点
机械液压/电气液压/数字式（微机）电液调速器 缓冲式PID结构
图1-3 电气液压调速器(PID)结构图
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2.水轮机调节的基本原理和特点
PID结构 ：
图1-4 微机调速器结构图
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3.水轮机调节系统的静态和动态特性
3. 1 水轮机调节系统的静态特性 静态特性： b p (bs )
F
高频时钟信号 N & f1 放大 整形 f2 分频 f3 f4
f1 f2 f3 f4 NT T
t
t T t
t
t
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三.微机调节器－机组频率测量
F必然正比于被测的频率值。例如，取 N=2×106Hz，则在被测频率为50Hz时，其 T=0.02s，N×T=40000；若取式中的常数 C=2×109，则求得测量结果为F=50000。若 被测频率为48Hz，则求得F=48000。
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2.水轮机调节的基本原理和特点
水轮机自动调节的基本原理
从调节规律看，现有的调速器大多属于比例积分（PI）或比例积分微 分（PID）式的。典型调速器方块图中常用的符号： X＝（n/nr）＝（f/fr）―― 转速（频率）相对量 y＝Y/Ym＝Z/Zm ―― 接力器行程相对量 Bp――――――永态转差系数 Bt――――――暂态转差系数 Td――――――缓冲装置时间常数 Tn――――――加速时间常数 Ty1――――――中间接力器（辅助接力器）反应时间常数 Ty2、Ty――――――接力器反应时间常数 S ―――――拉普拉斯算子
水轮机调节
1、水轮机调节的基本任务是什么？与其它调节系统相比，水轮机调节有哪些特点？基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组转速(频率)在规定的范围内。
这就是水轮机调节的基本任务。
水轮机调节的特点：(1)水轮发电机组是把水能变成电能的机械，而水能要受自然条件的限制，单位水体 小所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通过较大的流量，因 而水轮机及其导水机构也相应较大。
(2)水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。
(3)有些水轮机具有双重调节机构。
(4)随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能。
总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能。
2、什么是调速系统的转速死区？其对调节性能有何影响？ 转速死区：在调速系统的转速上升和下降静态特性曲线中，相同开度下的转速之差与额定转度之比。
对调节性能的影响：转速死区使调节系统频率调节质量降低，使机组负荷分配误差增大，对调节系统稳定性也不利。
5、什么是调节保证计算？在设计阶段就计算出甩负荷过渡过程中的最大转速上升值及最大压力上升值，以判断甩负荷过程中的压力和转速是否超过允许值，工程上把这种计算称为调节保证计算。
6、什么是直接水击、间接水击？什么是水击相长？直接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts ’<Tr ，则在水库传来的反射波还没到达时，阀门（导叶）已经关闭（开启）。
因此，在阀门（导叶）关闭（开启）时刻，只受到直接波的影响，这一现象，称为直接水击。
间接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts ’<Tr ，则阀门（导叶）关闭（开启）前，反射波已经达到。
因此，阀门处的压力取决于直接波和反射波，这一现象称为间接水击。
水击相长：由A 端产生的水击波到达B 端反射回A 端所经历的时间称为水击的相长。
aLT 2r =7、试写出T w 、T a 、T r 的公式，并分析各自的物理含义和在调节系统所起的作用。
水轮机调节及频率调整概述
bp
•
A
1.0
y
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频率给定 f c ：根据运行要求设定的系统频率。 开度/功率给定 y c p c ：对应于频率给定的开度及功率。 人工开度/功率死区：不起调节作用的开度及功率区间。
微机调速器进入稳定状态的必要条件：
f c f g 50 b p ( y c y ) f c f n 50 e p ( p c p )
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当系统负荷发生变化时，各机组根据自身的速度变动率，自动分配 系统的负荷变化，分配的多少与速度变动率成反比。 在二次调频中，一般选用速度变动率较小，容量大的机组或电站利 用调速器的频率调整机构，联合调节。这要求做此种功能的机组调节性 能要好，调速器动作灵敏。
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其实，对于比例-积分-微分环节的调节机理我们在对水轮机进行 手动调节时已经形象地反映出来了。例如：机组频率为51HZ和 54HZ均大于50HZ，但针对前者，关闭导叶的幅度要小一点，慢 一点；对于后者，幅度要大一点，快一点。这就是比例环节的 体现。 当机组频率接近额定值时，应当密切观察频率偏差， 缓慢、微量地开启或关闭导叶，直至机频恢复正常范围。 类似 于积分环节。 当机频由54HZ以较快速度下降到51HZ时，虽然仍 大于50HZ，但此时不应继续关闭导叶，可能还需要使导叶稍微 开启一点，这是针对水流惯性和机组惯性而采取的超前调节原 则，对应于PID环节中的微分环节。
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频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量的下降不仅影响用户 的用电质量，同时对电力系统的影响也很大，严重时可造成系统瓦解。 当机组并入大电网运行时，水轮机调速器主要起到电网一次调频 的频率调节器和电网二次调频及电网负荷频率控制的功率控制器的作 用。所以，原来所说的水轮机调节系统的功能有了增加和扩展：在完 成水轮机频率调节任务的同时，还与电网AGC系统和电厂AGC系统相接 口，具有一些与电网控制有关的附加功能。 电网的一次调频是针对偏离了系统额定频率50HZ的频率偏差，按 功率永态差值系数（速度变动率）ep对机组进行功率控制，由于该系 数的存在，也决定了该调节是一个有差调节，因而由各机组共同完成 的一次调频不可能完全弥补电网的功率差值，从而也不可能使电网频 率恢复到允许范围。 为了进行电网负荷频率控制，使电网的功率差值得到弥补，恢复 电网频率，就必须进行电网的二次调频，控制机组的目标功率值，改 变调速系统静态特性曲线，使机组在新的目标功率值确定的静态工作 点下运行，补偿了功率和频率，电网实现新的功率平衡。
水轮机调节
2.Mt＞Mg，水轮机的动力矩大于发电机的阻力矩，当发电机的负荷减小时会出现这种情况 ，此时dω/dt＞0，机组转速上升，在这种情况下，应对水轮机进行调节，减小流量Q，从 而减小Mt，以达到新的平衡状态。
谢谢
根据偏差的情况通过放大器向执行元件发出指令，执行元件根据指令改变导水机构的 开度，反馈元件则将导叶开度的变化情况反回给计算器，以检查开度变化是否符合要求， 如变化过头，则发出指令进行修正。
在图中，测量、计算、放大、执行和反馈元件总称为自动调速器。导水机构包括机组 在内，统称为调节对象。调速器和调节对象构成水轮机自动调节系统。
反馈元件
水轮机调节系统方框图 13
图中的方块表示水轮机调节系统的元件： 箭头表示元件间信号的传递关系： 箭头朝向方块表示信号的输入， 箭头离开方块表示信号的输出，前一个元件的输出是后一个元件的输入。 从图中可以看出，由导水机构输人的水能经机组转换成电能输送给系统。
电能的频率f(亦即机组的转速n)信号输入调速器的测量元件，测量元件将频率f信号转化 成位移(或电压)信号输送给计算器(图中的⊕)并与给定的f值作比较，判定频率是否有偏差 和偏差的方向，
水轮机调节系统以频率 f (亦即机组转速)为被调节参数，根据实测 f 与给定值间的偏差 调节导水机构的开度，从而改变机组的出力和转速(频率)，但要使改变后的频率符合给定 值需要一个调节过程，这个过程又称为调节系统的过渡过程，在这个过程中，频率、开度 等参数随时间不断变化。
各参数随时间的变化情况，及在经过一段时间以后是否能达到新的平衡状态(即稳定工 况)，与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的动特性。
水轮机调节
第四章 水轮机调节一、水轮调节的任务系统符合发生变化时，对机组产生两方面的影响：1) 系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作→发电机的端电压恢复并保持在许可范围内。
2) 系统负荷变化→系统电流的频率f 发生变化，由于f 是磁极对数p 和转速n的函数→发电机调速器动作→发电机的转速恢复并保持在许可范围内。
水轮机调节的任务：1) 随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。
2) 保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过±0.5Hz ，大电力系统不超过±0.2Hz 。
3) 启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。
二、水轮机调节原理水轮发电机组的运动方程式为：dtd JMM gt ϖ=-式中： M t ——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功)M g ——发电机的阻力矩 J ——机组惯性矩； ω——角速度；由此方程可见：当M t - M g >0时，机组转速上升；当M t - M g >0时，机组转速下降； 当M t - M g =0时，机组转速保持不变。
所以当负荷变化时，应调节M t ，使M t =M g ，n =n e 又：ϖηληγϖQH M QH M t t =⇒=所以，要使ω=C，一般不能改变H和效率η，而是通过改变Q而达到改变主动力矩M t的目的。
调节流量的途径：反击式：通过改变导叶开度a0，ZZ：同时改变叶片转角。
冲击式：通过改变喷嘴开度。
水轮机调节的定义：随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。
调节实质：调节转速水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。
三、水轮机调节系统的组成水轮机自动调节系统：调速柜+油压设备+接力器。
其中中小型水轮机调速器将这三部分组合成一个整体，称为组合式，运行方便。
调速柜的作用：以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，以达到改变出力恢复转速的目的。
水轮机调节的基本要求
水轮机调节的基本要求
水轮机是一种横向动力机械，常用于电力、水泥、石油化工、冶金、矿山、港口、纺织、烟草和其他企业的动力设备，具有较好的节能效果和可靠性。
它的调节要求也相当高。
水轮机的调节要求必须保证转速的精确控制，即水轮机的转速不能超过规定的最大转速或低于规定的最小转速，以保证机组正常运行，防止机组过载。
水轮机的调节要求必须考虑负荷特性，即水轮机必须对负荷变化作出及时有效的调节，以保证机组输出的功率恒定，达到节能的目的。
水轮机的调节要求还必须考虑安全性，即水轮机必须能够及时和准确地发现和处理机组中出现的各种故障，以避免发生灾难性事故。
水轮机的调节要求必须考虑智能性，即水轮机必须具备自动控制和监测能力，以便实现自动调节，使机组在最优运行状态下运行，达到节能的目的。
水轮机调节要求十分严格，必须考虑转速的精确控制、负荷特性、安全性和智能性，才能保证水轮机达到最优的节能效果。
水轮机调节的基本概念
水轮机调节系统的新技术和新应用
智能控制技术：实现水轮机调节的自动化和智能化 远程监控技术：实现水轮机调节的远程监控和故障诊断 节能技术：提高水轮机调节的效率和节能效果 环保技术：减少水轮机调节对环境的影响实现绿色环保
水轮机调节系统的挑战和机遇
挑战：技术难度大需要不断研发和创新 挑战：市场竞争激烈需要不断提高产品质量和性能 机遇：绿色能源需求增长水轮机调节系统市场前景广阔 机遇：政策支持有利于水轮机调节系统的推广和应用
03 水轮机调节的种类
机械调节
机械调节原理：通过改变水轮机叶 片角度或导叶开度来调节流量
机械调节特点：响应速度快、调节 精度高、稳定性好
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机械调节方式：叶片角度调节、导 叶开度调节、桨叶调节等
机械调节应用：广泛应用于水电站、 泵站等水轮机调节系统中
电气调节
原理：通过改变发电机的励磁电流来调节水轮机的转速 优点：响应速度快调节精度高 缺点：需要额外的励磁设备成本较高 应用：适用于大中型水轮机特别是调频调峰场合
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汇报人：
调速器：控制水轮机转速的 装置
水轮机：将水流的动能转化 为机械能的设备
控制系统：实现水轮机调节 的自动化控制
传感器：监测水轮机运行状 态的设备
执行器：根据控制信号调整 水轮机运行状态的设备
水轮机调节的基本原理
水轮机调节的目的是控制水流量以保持稳定的发电量 水轮机调节的基本原理是通过改变水轮机的叶片角度改变水流量 水轮机调节的基本原理是通过改变水轮机的叶片角度改变水流量 水轮机调节的基本原理是通过改变水轮机的叶片角度改变水流量
水力发电站：调节水轮机转速控制发 电量
水力发电站：调节水轮机转速控制发 电量
水轮机调节
1、反应电能质量指标：电压和频率。
2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。
3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。
调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。
4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。
5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。
，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。
7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。
8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。
9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。
10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。
11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。
用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。
12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。
作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。
13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。
14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。
15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。
16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。
17、18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。
水轮机调节的基本要求
水轮机调节的基本要求发电机是给电力系统提供足够可靠的“信赖”，功率调节范围宽，调节精度高以及其调节性能良好，因此调节是液力发电设备运行中重要的调节工作。
发电机液力调节有很多技术要求，有三种常用的调节方式，即水力泵、气流泵和电力机组。
其中，水轮机发电调节是运电量调控最重要的水轮机调速系统，涉及调节要求因而响应更加复杂多变。
水轮机的调节要求一般包括如下内容：1. 发电机的运行范围要宽：水轮机发电调节一般要求能实现从最大出力调节到最小出力，出力范围一般为95%-105%，高级调节要求可达90%-110%。
2. 调节精度高：液力发电机的调节精度是一个重要的技术指标，比如现代液调机组的调整精度由1%或0.5%调节至0.1%，调节范围从原来的手动调节，到现在的PLC调节，使液力发电机的调节精度不断提高，来满足发电机最优发电要求。
3. 调节速度快：液力发电机调节要求调节速度快，要适应各种变化的负荷，在发电过程当中实现调节速度，根据机组的调节曲线的设定，要求调节速度快，可调节时间1min 以内，以保证机组的平稳、可靠运行。
4. 功率调节平稳：发电机调节要求功率调整平稳，不宜瞬间大特别又频繁的调节，以保证机组的安全运行，提高机组的利用效率，节省机组运行成本。
5. 稳定性要强：发电机的调节要求稳定性较高，尤其是在不断变化的环境下，要保证机组调节的准确性、稳定性和条件参数的完备性，良好的调节才能保证机组的安全运行。
总的来说，水轮机调节的基本要求就是要协调负荷变动和发电量的变化，以保证机组的安全运行。
发电机液力调节要求运行范围宽，调节精度高，调节速度快，功率调节平稳，稳定性要强等。
发电调节是发电机运行中的关键技术指标，因此，发电厂要综合考虑有关的技术指标，选定最合适的调节设备及系统以满足发电厂运行的要求和效率。
水轮机调节复习资料
1.水轮机转速调节的方法：当水轮机的主动力矩大于发电机的阻力矩时，机组转速就会升高，应减小水轮机的流量或开度;当水轮机的主动力矩大于发电机的阻力矩时，机组转速就会下降，应增大水轮机的流量或开度。
所以，根据机组转速变化来调整水轮机流量输入及主动力矩输出，以维持机组的转速或频率在规定的范围之内，这就是水轮机转速的调节方法。
2.放大原件方块图：3.调节系统工作特性的三种情况：（1）无反馈作用时。
此时相当于缓冲器节流孔全开（Td=0），缓冲活塞上下油路完全畅通，不会形成油压差或油压力，缓冲杯动作不会影响缓冲活塞，及缓冲活塞位置始终保持不变，反馈量为零。
（2）用反馈作用时。
此时相当于缓冲器节流孔全关（Td=00），缓冲活塞上下油路切断，缓冲活塞完全跟随缓冲杯动作，反馈量预祝接力器位移成正比。
（3）软反馈作用时。
此时相当于缓冲器节流孔部分开启（Td等于有限值），缓冲被运动时会在缓冲活塞形成油压差，在油压力作用下缓冲活塞也发生运动。
当缓冲被动作停止后，缓冲活塞在弹簧力的作用下逐渐回到中间位置，反馈量小时为零。
节流孔口越大，Td越小，缓冲活塞回到中间过程越快；节流孔口越小，Td越大，缓冲活塞回到中间过程越慢。
4.调差机构工作原理：调差机构也称永态转差机构。
调差机构是指从主接力器到引导阀针塞之间的杠杆机构（拐臂2，拉杆2，杠杆2，两岸，杠杆1），在调速器中起到硬反馈作用，调节系统静态特性与前述硬反馈作用时形成过程相同。
常用调差率e p来表征调节系统静态特性。
5.表动负荷在并列运行机组间的分配：并列运行的机组所担任的变动负荷与其额定容量成正比，与其调差系统成反比。
在一定的系统容量前提下，要想系统频率受负荷冲击影响小，各台机组机组需要采用较小的调差系数。
大容量、小调差率的电网频率基本保持不变，各台机组的出力也基本保持不变6.调节系统动态特性：动态特性值调节系统受到扰动后，系统进入到动态中各变量随时间的变化规律。
常用动态指标：（1）调节时间Tp。
水轮机调节应知应会
水轮机调速器期末复习资料第一章水轮机调节的基本概念水轮机调节系统由被控制系统（调节对象）和被控制系统（调节器）所组成，对水电站而言，调节器就是调速器。
由于水电站是一个水、机、电综合系统，一方面机组与压力引水道有水力上的联系，另一方面又与电力系统有电气上的联系。
因而调节对象包括机组（水轮机和发电机）、引水道和电网。
国家电力部门规定，电网的额定频率为50Hz（赫兹），大电网（容量大于3000MW）允许的频率偏差为±0.2Hz，小电网（容量小于3000MW）允许的频率偏差为±0.5。
水轮机调节的任务就是解决如何能使机组转速（频率）保持在额定值附件的某个范围之内。
水轮机调节的实质就是：根据偏离额定值的转速（频率）偏差信号，调节水轮机的导水机构和轮叶机构，维持水轮发电机机组功率与负荷功率的平衡。
调节进入水轮机的流量，对于混流式水轮机，采用改变导叶开度的办法；对于转桨式水轮机，采用同时协联改变导叶开度和转轮叶片角度的办法；对冲击式水轮机，采用同时协联改变喷针行程和折向器开度的办法来实现。
水轮机调速器是水电站水轮发电机组重要的辅助设备之一，它除了控制机组的转速之外，还与电站二次回路或微机监控系统相配合，完成如下的工作：（1）进行机组的正常操作：机组的开停机、增减负荷以及发电、调相等各种工况的相互切换。
（2）保证机组的安全运行：在各种事故情况下，机组甩掉全部负荷后，调速系统应能保证机组迅速稳定在空载转速或根据指令信号，可靠地紧急停机。
（3）实现机组的经济运行：按要求自动分配机组间的负荷。
按调速器元件结构分类——可分为机械液压型和电气液压型两大类。
按调速器容量的大小分类——可分为大型调速器、中小型调速器和特小型调速器。
按调速器调节规律分类——可分为PI型和PID型调速器。
按调速器所用油压装置和接力器是否单独设置分类——可分为独立式和分离式调速器。
YT－6000；YDT－18000；WST－100型号的含义。
水轮机调节的基本要求
水轮机调节的基本要求
1水轮机调节
水轮机调节是一种利用水力发电的机器，它根据池塘的水位的变化，调节水轮机的转速，使电力系统的峰谷差更有效地发挥作用，更好地满足电力系统的发电要求。
1.1水轮机的调节方式
水轮机的调节主要有两种方式，一是固定式，一是变动式。
固定式水轮机在水压不变的情况下，其流量调节由改变转速来实现，从而调节电力发电量；变动式水轮机则是通过水轮机本身的涡轮叶片来更改检测口的水流量，从而调节转速以及电力发电量。
1.2水轮机的基本要求
在水轮机的调节过程中，必须考虑一定的安全控制问题，因此水轮机的调节过程中需要考虑两个基本要求：
1）水位控制要求：在调节水轮机过程中，要保证水轮机不会超负荷运转以及供水不足，以保证水位持续处于允许调节范围内；
2）调节变化率控制要求：为了避免电力系统中峰谷差的过大变化，在调节水轮机时，应该限制水轮机的调节变化率，确保电力系统的峰谷差的变化满足要求。
总之，调节水轮机是一项艰巨的任务，必须考虑到水位控制要求和调节变化率控制要求，才能有效调整水轮机，达到理想的发电效果。
水轮机调节的基本概念讲解
水轮机控制系统 hydraulic turbine control systems:
用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差， 并将它们按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。
被控制系统 controlled system:
由水轮机控制系统控制的系统，它包括水轮机、引水和泄水系统、装有 电压调节器的发电机及其所并入的电网。
所以，在一定的机组工况下，只有调节流量Q和效率 η ，才能调节水 轮机转矩，达到调节目的。从最终效果来看，水轮机调节的任务是维持 水轮发电机组转速（频率）在额定值附近的允许范围内。然而，从实质 上讲，只有当水轮机调节器相应地调节水轮机导水机构开度（从而调节 水轮机流量Q）和水轮机轮叶的角度（从而调节水轮机效率），使，才 能使机组在一个允许的稳定转速（频率）下运行。从这个意义上讲，水 轮机调节的实质就是：根据偏离额定值的转速（频率）差信号，调节水 轮机的导水机构和轮叶机构，维持水轮发电机组功率与负荷功率的平衡。
水轮机调节的基本概念 和
数字式（微机）电液调速器
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统 2.水轮机调节的任务 3.水轮机微机调速器的原理 4.静态特性 5.动态特性
二、数字式（微机）电液调速器
1.微机调速器的结构 2.静态特性 3.动态特性 4.控制功能
一、水轮机调节的基本概念
器的主要作用是根据偏离机组频率(转速)额定值的偏差，调 节水轮机导叶和轮叶机构，维持机组水力功率与电力功率平 衡，使机组频率(转速)保持在额定频率(转速)附近的允许范 围之内。这时的水轮机调速器主要是一个机组频率(转速)调 节器。 现代水电厂和电力系统，对水轮机调速器的性能及功能提出 了新的和更严格的要求。
水轮机调节系统(普通高等教育“十三五”规划教材)
水轮机调节系统（普通高等教育“十三五”规划教材）一、引言水轮机是一种将水能转化为机械能的设备，广泛应用于水力发电和水资源利用领域。
水轮机调节系统是水轮机运行和控制的关键部件，其稳定性和可靠性对水轮机的运行效率和安全性起着重要作用。
本文将对水轮机调节系统的构成、工作原理、性能指标和未来发展方向进行介绍和分析。
二、水轮机调节系统构成水轮机调节系统由传感器、控制器、执行器和监测系统等组成。
传感器负责感知水轮机的状态和环境参数，包括水位、流量、压力等，将这些信息传递给控制器。
控制器通过对传感器信号的处理和分析，制定相应的控制策略，并将调节信号发送给执行器。
执行器则根据控制信号控制水轮机，完成对水轮机的调节。
监测系统则对水轮机的运行状态进行实时监测和分析，以确保水轮机调节系统的安全稳定运行。
三、水轮机调节系统工作原理水轮机调节系统的工作原理是通过控制水轮机的进水量来实现对水轮机转速的调节，从而控制水轮机的输出功率。
当负荷发生变化时，控制器接收到传感器的信号，根据预设的控制策略计算出相应的调节信号，并发送给执行器。
执行器根据控制信号的大小和方向，对水轮机的进水阀门进行调节，改变进水量，从而使水轮机的转速稳定在预设值附近。
四、水轮机调节系统性能指标水轮机调节系统的性能指标包括响应时间、稳定性和控制精度。
响应时间是指系统从接收到负荷变化信号到完成调节的所需时间，影响到系统的动态特性。
稳定性是指系统在负荷变化过程中的稳定性能，包括系统的抗干扰能力和抗过载能力。
控制精度是指系统调节水轮机转速的精确程度，反映了系统的控制能力和调节精度。
五、水轮机调节系统的发展方向随着科技的进步和需求的变化，水轮机调节系统也在不断发展和改进。
未来的水轮机调节系统将更加注重系统的智能化和自动化程度。
例如，利用先进的传感技术和自适应控制算法，提高系统对复杂环境的适应能力和控制精度。
同时，加强对水轮机运行状态的监测和分析，预测和预防潜在的故障和风险，提高系统的可靠性和安全性。
水轮机调节的基本知识(可用)
A'
E"
E
E'
机组出力E
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水轮机调节基本知识
当电网频率发生变化时，如频率从 f 下降到 f ' 时，则工作点 沿静特性由A移至A'，机组出力由E增加到E'
电网 频率f
f f' A A'
E
E'
机组出力E
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水轮机调节基本知识
机组静态转差率 bｐ 值愈大(即调速器的转差率 bｐ 值整定愈大，但 ep 不完全取决于 bｐ ，它还与水头，机组特性等有关)，则在电网频率发生 变化时，机组所承担的变动负荷愈小，如图 6 所示，反之则愈大，当 b ｐ 整定为零时(即 eP 也为零)，该机组即为单机调频机组，电网频率的 微小变化，将引起机组出力的大幅变化。
水轮机调节基本知识
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水轮机调节基本知识
一、水轮机的调节系统组成
组成：调节器、调节对象、反馈测量
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水轮机调节基本知识
1.
调节器
即调速器，由电气、机械液压两部分组成
2.
调节对象
由水轮机、引水系统、发电机及负载等组成
3.
反馈测量
包括机组转速测量和机组出力测量两部分
4.
给定
有功率给定和频率给定两种
5.
扰动
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水轮机调节基本知识
五、水轮机调节系统的基本原理
M1 F P2 + + f R T P1 G
一次调频及及二次调频回路示意
C1
+
－
M3
E
C2
+ M2
－
W
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水轮机调节基本知识
水轮机调节
（5）阀组（安全阀、逆止阀、减载阀）
安全阀的作用是保证压力油罐内油 压不超过允许值，防止油泵与压力油罐 过载。
减载阀的作用是保证油泵电动机在 低负载下启动，缩短启动时间，减少启 动电流。
逆止阀用来防止压力油罐内的压力 油在油泵停止运行时倒流
6、调速器的类型与系列
（1）按调速器元件结构分
• 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈 均由机械环节完成。现在很少使用。
二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
（1）无差调节：调节前后 机组转速不变，如图5-1a。 （2）有差调节：调节前后 机组转速有一小的偏差， 如图5-1b。
对单机运行的机组，才有可能采取无差调节的方式； 多台机组并列运行时，各台机组反应时间和动作快慢 不同，需采用有差调节的运行方式。
（2）有差调节
（3）电液转换器（步进电机）结构原 理及作用
电液转换器的作用是将电气部分信号 输出的综合信号，转换成具有一定操作 力的机械位移信号或具有一定压力的流 量信号。
电液转换器有电气位移转换信号和液 压放大两部分组成。
工作线圈：实现控制操作 线圈
振荡线圈：防止卡阻，提高工作可靠性
电液转换器中一般有两个线圈，一个工作 线圈，一个振荡线圈。工作线圈通的是工作电 流，振荡线圈通入振荡电流。通入工作电流后 ，使控制套产生位移，使下一级随动。振荡电 流使线圈和控制套产生微小振动，以提高控制 套的灵敏度，防止卡阻。
成一个整体，称为组合式，运行方便。
（1）调速柜主要有以下几个部分组成：
• 测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信 号转变为位移信号，然后输出。
• 放大机构：(引导阀+辅助接力器、主配阀+主 接力器，二级放大)：位移变化→油压变化。
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1.油压装置安其布置方式可以分为分离式和组合式两种.
2.调速器的油压装置是由:压力油罐、回油箱、中间油罐、螺杆油泵、补气阀、
安全阀等组成。
3.齿盘测频回路具有输出频率信号电压的漂移量小，测频精度高的特点。
4.引入测频微分回路可以改善过渡过程的调节品质，提高速度性、缩短调节时
间、减少超调量。
5.位电转换器就是将机械位移信号转换成电信号的位电转换元件。
6.电液转换器室友电气-位移转换和液压放大两部分组成。
7.微机调速器由两部分组成，即微机调节器和液压随动系统。
8.微机型调速器按照输入信号种类的不同，分为模拟量和开关量信号等。
9.电液随动系统由电液转换元件、液压控制元件和执行元件等组成。
10.PLC微机调速器的频率测量采用残压测频时，信号取自母线电压互感器（TV）
或者发电机出口电压互感器；采用齿盘测频时，信号引自安装在水轮机大轴或发电机大轴上的齿盘脉冲转速探测器。
12.微机调速器在不同运行工况下采用不同的调节规律、控制结构、调节参数和调节模式。
13.微机型调速器的调节模式有频率调节模式、功率调节模式、开度调节模式。
14.频率调节模式是一种适用于机组空载运行、并入小电网或孤立电网运行和在大电网以调频方式运行的自动调节模式。
15.若机组并入电网运行，微机调速器一般采用开度调节模式或功率调节模式进行控制，其调节规律PI运算。
16.在模拟型电气液压调速器中，一般采用电液转换器将电气信号转换成机械液压信号。
17.微机调速器的电液伺服系统中所采用的电机转换装置有电液伺服阀、步进电机或伺服电机式电液转换器。
电液伺服阀、电液比例阀、伺服电机、步进电机、数字阀。
18.调速器整机静态特性实验母的：通过对调速器静特性曲线y=f（n）的测定，确定调速器的转速死区i
，校验永态转差系数bp值，以鉴别调速器的制造和安
x
装质量。
19.调速器的动态实验主要指空载实验、突变负荷实验和甩负荷实验等。
20.空载扰动实验的目的：实在空载工况下以人为的方法向调节系统输入一个阶跃的转速扰动量，在此阶跃输入下，测出不同调节参数时的动态品质，从而确定空载运行时的最佳调节参数，并为带负荷运行确定参数参数提供初步依据。
21.突变负载实验的目的：是观测与分析调节系统在负荷突变时的动态特性，选择带负荷工况下的最佳调节参数值，确保调节系统既有良好的响应特性，又有较好的稳定性。
22.甩负荷实验目的是校验调速器动态特性的一个重要项目。
其实验目的是：（1）在已选定的调节参数下，考核调节系统过渡过程的动态品质指标，鉴定调速器的工作性能和调节质量。
（2）检查机组甩负荷后的最大转速上升率和蜗壳压力上升值，验证调节保证计算的正确性，为机组的安全运行提供数据。
（3）最后整定导叶关闭时间和关闭规律
（4）测量调节系统静特性曲线
23.甩100%额定负荷实验的目的是：检验机组在选定的参数下调节过程的速动性和稳定性，检查能否满足调节保证计算的要求。
24.用户除了要求供电安全、可靠和经济外，还要求电能的频率、电压保持在额定值上、下的某一范围内。
25. 调节保证计算的任务是：根据水电站压力引水系统和水轮发电机组特性，选择合理的导叶调节时间和调节规律，进行最大水击压强变化值和最大转速上升值
计算，使水击压强变化和转速上升都在允许范围内。
26. 水轮机调节的任务:根据电力系统负荷的变化不断的调节水轮发电机组的有功功率输出,并维持机组转速在规定的范围内。
27转速调整机构的作用：当机组单运行时，用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网运行时，用于改变机组所带的负荷。
简答
1.水轮机调节系统与其他原动机调节系统相比有什么特点？
（1）水轮机调速器设置较大的液压操作机构。
2.因开发方式的不同，一些水轮机需要采用双重调节。
3.受自然条件的限制，有些水电站具有较长的引水管道。
4.随着电力系统容量的扩大和自动化水平的不断提高，对水轮机调速器的稳定性、速动性、准确性提出了越来越高的要求，调速器的操作功能、自动控制功能不断完善，已经成为水电站综合自动化必不可少的自动装置。
1.与电气液压调速器相比，微机调速器具有哪些特点？
1.采用了性能优越、可靠性高的计算机硬件，运用了先进的调节规律，是调速器具有更加优良的静态和动态特性。
2.采用了新型的电液转换元件，解决了电液转换器因油污而发卡的问题，提高了抗油质污染的能力，机组运行的可靠性得到了很大提高。
3.控制功能日益完善，具有灵活性大、控制功能强等特点。
除了常规的频率跟踪、功率跟踪、无扰动手动自动切换功能外，还有按水位设定启动开度、空载开度功能，容错控制功能、故障诊断功能等。
4.电液随动系统取消机械杠杆机构，消除了死行程，定位精度高、响应速度快、结构紧凑简单和维护方便。
5.易于实现与厂站级计算机的通信接口和远方控制，为提高水电厂综合自动化水平奠定了基础。
2.频率调节模式的特点是：
1.人工频率死区（E
=0）、人工开度死区（Ey=0）和人工功率死区（Ep=0）等
f
环节均被切除。
2.采用PID调节规律，即微分作用参数Tn≠0或者Kd≠0
3.调差反馈信号取自PID调节输出，并构成静态特性
4.在频率调节模式下，微机调节器的功率给定Pg实时跟踪机组实际功率Pj，其本身不参加闭环调节。
3.开度调节模式的主要特点
1.开度调节模式主要适用于机组并网运行和带基荷的工况
2.人工失灵区，即频率死区（Ef≠0）、开度死区（Ey≠0）和功率死区（Ep≠0）均投入。
3.采用PI调节规律，即微分作用参数Tn=0或Kd=0
4.调差反馈信号取自PID调节输出，并构成静态特性
5.微机调节器通过给定开度Yg改变机组负荷，在这种模式下，功率给定Pg 不参与闭环自动调节，而是实际跟踪机组实际功率Pj，实现从开度调节模式到功率调节模式的无扰动切换。
4.功率模式的主要特点
1.功率调节模式是机组并入大电网带基荷所优先采用的一种运行模式。
2.人工失灵区，即频率死区、开度死区和功率死区均投入。
3.采用PI调节规律，即微分作用参数Tn=0或Kd=0
4.调差反馈信号取自机组功率Pj，并构成调速器静态特性。
5.在这种模式下，微机调节器给定开度Yg，实时跟踪实际导叶开度，实现从功率调节模式到开度调节模式的无扰动切换。
5.微机调速器的测频方式有哪几种？水轮机调节系统采用那种并叙述其原理？
频率测量一般有两种方法，一种是直接测量法（测频法），一种是间接测量法（测周法）水轮发电机组的额定频率为50Hz，属于低频信号，一般采用测量周期法。
侧周法是输入信号的周期作为门时△t=T，在信号周期T期间将计数器时钟端打开计数，计数脉冲信号选择很高的频率f0（=1MHz），若计数值为Nt，则信
号频率为N
T =f
△t=f
T F=1/T=f
/N
T
6.调节对象特性对调节过程的影响。
1.水流惯性时间常数Tw的影响：Tw是使调节过程动态品质恶化的主要因素，Tw越大，转速偏差加大、波动次数增多，调节时间加长，甚至超出稳定区域。
其原因是引水系统的水击造成水轮机动力矩变化滞后，当Tw较大时，应加大调速器各反馈参数。
当Tw很大时，有可能使调节系统无法稳定下来。
2.机组惯性实践常数Ta的影响：此数值增加将使机组惯性加大，增加调节系统的稳定性和延缓转速的变化，但Ta过大也可能使调节过程加长，总之，Ta加大对改善动态品质是有显著好处的。
3.机组自调节系数en的影响：en越大，越有助于稳定和改善动态调节品质。
9. 调速器参数对调节过程的影响？
1. 暂态转差系数bt的影响：bt值的大小表示软反馈的强弱，对于不同调节对象的调器而言均具有最佳的bt值。
一般情况下Tw大时，应增加bt以减小水击作用，Ta小时，应增加bt，以减小转速变化。
2. 缓冲时间常数Td：Td值表示缓冲器从动活塞回复时间的长短，Td越大，软反馈衰减越慢，接力器关机速度越慢。
Td越大，震荡次数减小，可提高调节过程的稳定性，但Td值过大，则使调节器速度减慢，调节时间增长。
因而，对一定调节对象的调速器有一最佳Td值。
3. 局部反馈系数a:局部反馈系数a增大，使主配压阀开启的窗口开度减小，接力器动作速度变慢，将有利于稳定，也有利于减小最大转速偏差。
4. 永态转差系数bp:调速器的永态反馈系数属于负反馈，因而增大bp可增加调节的稳定性，但由于bp的可调范围有限，故bp对系统的动态品质影响并不显著。