调速器原理

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微机调速器的基本原理

微机调速器控制系统结构图
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微机调速器的基本原理

目前微机调速器按其调节规律来说多数是PID 型，个别的采用了适应式变参数PID。按算法 不同可分为位置型、增量型和仿真量型三种， 按所采用的伺服系统不同，又有电液随动系 统型和数液型伺服系统型。
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水轮机调节的特点
必须具备足够大的调节功 调节滞后易产生过调节 水击的反调效应 结构复杂

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水轮机调节的工作原理
水轮机调节系统的组成
水轮机+导水机构+调速器构成水轮机自动调节系统
调速器的作用
以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，达到改 变出力恢复转速的目的。
调速器原理
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主要内容
水轮机调节的基本概念及工作原理 微机调速器的工作原理 调速系统重要元件作用与原理 答疑

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一、水轮机调节的基本概念及原理
水轮机调节的任务和特点 水轮机调速系统的工作原理 水轮机调速器的发展与分类 水轮机调速器的功能和调节系统的静动 态特性。 水轮机调节系统并列运行中静态分析
维持机组转速恒定（基本功能） 承担机组启动、停机、并网和增减负荷 有功功率分配 机组安全控制，如事故停机。

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调节系统的静动态特性

动态特性
调节特性指标图。 调节时间、最大转速偏差、超调量、振荡次数。
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调节系统的静动态特性

曲线照片
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微机调速器的伺服系统

电液比例伺服系统
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微机调速器的伺服系统

步进电机伺服系统（结合CAD步进电机 图）
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三、调速系统重要元件及作用
油压装置 两段关闭电磁阀 事故配压阀

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油压装置
供给调速器操作所需压力的储能设备。 包括：压力油罐、回油箱、油泵、保护装置、控制装置、 补气装置、安全装置。 油罐油气比：四分之一到三分之一。 自动补气：保持油气比例。 事故低油压：保证机组停机的最低油压。

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任务


系统对频率稳定的要求，大电网±0。4%，中小电网 要求频率波动值不超过±1%。 系统负荷总在不断变化，并且有一定的不可预见性， 负荷变化必须导致系统频率的变化。 基本任务 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。
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)。
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微机调速器的调节模式
2、开度调节模式（YM）：是机组并入大网后采用的一种调节模式。 主要用于机组带基荷运行工况，其特点是： 1）人工频率死区、人工开度死区和人工功率死区等环节全部投 入工作。 2）采用PI调节规律，即微分参数为零。 3）调差反馈信号取自PID调节器的输出YPI，并构成调速器的静 态特性。 4）微机调节器通过开度给定Yc变更机组负荷，而功率给定不参 与闭环负荷调节，功率给定Pc实时跟踪机组实行功率，以保证 由该调节模式切换至“功率调节”模式时无扰动转换。
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微机调速器的调节模式
4、调节模式之间的相互转换
1）机组自动开机后进入“空载”工况，调速器处于“频率调节模式”； 2）当发电机出口开关闭合时，机组并入电网工作，若机组带基荷运行机 制，此时调速器自动选择“功率调节”模式工作。机组并网后，也可 以人为地选择三种调节模式中任何一种调节模式工作； 3）当调速器在“功率调节”模式工作时，若检测出机组功率反馈故障， 则调速器自动切换至“开度调节”模式工作； 4）调速器工作于“功率调节”或“开度调节”模式时，电网频率偏离额 定值过大（超过人工频率死区整定值），且保持一段时间（若持续 15S），则调速器自动切换至“频率调节”模式工作； 5）当处于“功率调节”或“开度调节”模式下带负荷运行时，由于某种 故障导致发电机出口开关跳闸，机组甩负荷，同时调速器也自动切换 至“频率调节”模式，使机组运行于空载工况。
16*DO
DM465
16*DO
智能切换继电器
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微机调速器的调节模式
三种模式：频率、开度、功率 1、频率调节模式（YM）：适用于机组空载自动运行、单机带孤立 负荷或机组并入小电网运行、机组并入大电网作调频方式运行 等情况。主要特征： 1）人工频率死区、人工开度死区和人工功率死区等环节全部切 除。 2）采用PID调节规律，即微分参数不为零。 3）调差反馈信号取自PID调节器的输出YPID，并构成调速器的静 态特性。 4）该模式下，功率给定Pc实时跟踪机组实际功率Pg，其本身不 参加闭环自动调节。
g
M t M M t M
g
g
g
所以当负荷变化时，应调节Mt，使Mt=Mg，n=ne 又：
M t QH M
t

QH
要使 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Mt的目的。
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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。
水轮发电机组的运动方程
Mt P

P 9 . 81 HQ
J
dw dt
Mt Mg
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；
d dt
——角加速度；
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任务及途径
(1 ) M t M g ， ( 2 ) N M ( 3 ) N M d dt 0 , c , n n e d dt d dt 0 n 0 n
调节系统的静动态特性

静源自文库特性
调节系统静态特性指标：调差率ep 调速器静态特性指标：调速器永态转差率bp 我们通常所说的调差率，都是指调速器的永态转差系数。
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调节系统的静动态特性

静态特性图片
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并列运行中静态分析
调差及功给（或转速调整） 机构的工作原理及作用 作用：使调节系统静特性 平行移动，以达到改变 机组转速（或改变机组 所带负荷）的目的。
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并列运行中静态分析
变动负荷在并列工作机组间的分配
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并列运行中静态分析
功给机构的作用
在机组并列运行时，功给机组可调整机组所承担的负荷以及系统的 转速（频率）
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二、微机调速器的工作原理
微机调速器的基本原理及原理框图 微机调速器的控制方式 微机调速器的伺服系统 微机调速器的电气原理图
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任务及途径

调节水轮机输出功率，最有效的方法和途径是调节水 轮机的流量。而流量的调节是通过改变导水机构（活 动导叶）的开度来实现的。对转浆式、贯流式还可以 通过协调调节轮叶转角来共同实现对流量的调节，而 实现这种调节的控制装置就是水轮机调速器。
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任务及途径
一体化工业控制机
至机组监控系统
IF 321 DI135 机组测频 行程采样 控制输出
CANBUS
IF321 DI135 机组测频 行程采样 控制输出
CP 476
AI774 AO352
CP476
AI774 AO352
16*DI
16*DI 过 程 开 关 量
调速器电液 随动系统
过 程 开 关 量
DM465
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微机调速器的原理框图

位置型数字PID微机调速器图
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微机调速器的原理框图

增量型数字PID微机调速器图
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微机调速器的原理框图

仿增量型数字PID微机调速器图
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微机调速器的原理框图

桐子壕电站调速器原理图

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微机调速器的优点（较电气型）
1、调节规律用软件程序实现，不仅可以实现PI、PID调节规律，还 可以实现其他更复杂的调节规律，如前馈控制、自适应调节等。 2、调节参数的速写和修改方便，运行状态的查询和转抽象灵活。 3、机组的开、停机规律可方便地用软件程序实现。即停机过程可 根据调节保证计算要求，灵活实现折线关闭规律； 开机过程可 根据机组增速及引水系统最大压力降的具体要求进行设定。 4、简化了操作回路。各种运行操作相互间的逻辑关系均可用软件 程序完成，取消了相应的继电器，降低了成本，提高了可靠性。 5、便于直接与计算机监控系统的现地控制单元进行信息交互，有 利于实现全厂的综合控制，提高水电站的自动化水平。
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微机调速器的调节模式
3、功率调节模式（YM）：是机组并入大网后带基荷运行工况优先 采用的一种调节模式。其特点是： 1）人工频率死区、人工开度死区和人工功率死区等环节全部投 入工作。 2）采用PI调节规律，即微分参数为零。 3）调差反馈信号取自机组功率Pg，并构成调速器的静态特性。 4）功率调节模式特别适合于水电站实施AGC工况。在该模式下， 微机调节器通过功率给定（或者由上位机下达功率给定值）使 机组变更负荷。而开度给定不参与闭环负荷调节，开度给定Yc 实时跟踪机组导叶接力器开度值，以保证由该调节模式切换至 “开度调节”模式时无扰动转换。
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事故配压阀

事故配压阀是装在主配压阀与接力器操作管路中，处 于优先状态，手动或电动操作事故电磁阀都能安全把 机组停下来。 事故配压阀动作判断：140%，主配拒动。
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两段关闭阀

装在主配阀和接力器操作油管路中，当机组在紧急或 事故停机时，手动或电动操作两段关闭阀，使机组的 关机曲线形成拐点，保证机组安全紧急或事故停机。
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调速器发展与分类

发展
19世纪末到20世纪30年代，机械液压型水轮机调速 1944年第一台电气液压型调速器 20世纪70年代第一台数字式调速器（微机调速器），中国是80年代 开展了微机调速器的研制。

分类
按元件结构分机械液压型和电气液压型，电气液压分模拟型电气液 压型和微机型电气液压调速器。 按调节数目分为间调节调速器和双调节调速器。 按工作容量分为特小型、小型、中型、大（巨）型调速器。大型工 作容量50KNM以上，并按放大执行元件主配压阀直径（80、 100、150、200、250）来计算。
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微机调速器的伺服系统
微机调速器分两大部分，微机调节器和伺服系统。 常见5种： 1、电液伺服阀驱动的电液随动系统； 2、基于电流比例阀驱动的电液比例伺服系统； 3、基于伺服电机驱动的电机伺服系统； 4、基于步进电机伺服系统 5、基于电液数字阀驱动的数字阀伺服系统。 前3种属于电液伺服系统（或称电液随动系统），后两 种属于数液伺服系统。
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水轮机调节的工作原理
机械液压型调速器 电气液压型调速器 微机液压型调速器

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水轮机调节的工作原理
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水轮机调节的工作原理
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水轮机调节的工作原理
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水轮机调速器的功能