水轮机调节的基本概念讲解
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.水轮机调节系统
水轮机调节系统的结构如图所示。其工作过程为：测量元件 把机组转速n（频率f）、功率Pg、水头H、流量Q等参量测 量出来，与给定信号和反馈信号综合后，经放大校正元件控 制执行机构，执行机构操纵水轮机导水机构（或导水机构和 桨叶机构），同时经反馈元件送回反馈信号至信号综合点。
一、水轮机调节的基本概念
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮机调节系统是一个闭环自动调节系统
开环系统:众所周知，如果系统的输出量对系统的输入 (控制)作用没有
影响，则这个系统是开环系统(Open loop system)。因此，对应于一个 输入(控制)量，便有一个相应固定的输出量与之对应，系统的控制精度 取决于系统参数的校准；但是，当系统出现扰动或参数变化时，原来相 应固定的输出量就会变化了；所以，采用开环控制系统是不可能构成精 确的控制系统的。
闭环动态系统的最基本要求。
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
闭环系统的稳定性 在扰动作用下会偏离原来的平衡状态(静
态)而产生偏差，进入动态，所谓动态系统 的稳定性，就是指当上述扰动消失后或者 扰动保持为常量时，动态系统由动态恢复 到新的平衡状态(静态)的性能。如果系统 能够恢复到平衡状态，则系统是稳定的； 若系统偏差不能消除且愈来愈大、不能恢 复到到平衡状态，则称系统是不稳定的。 显然，稳定性是一个闭环动态系统能够正 常工作的最基本要求。
水轮机调节系统 hydraulic turbine regulating system:
由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环系统。
随动系统 servo-system:
自动跟踪控制装置输出，并转换、放大的位置反馈控制系统。
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮机转矩
式中：Q－通过水轮机的流量（m3/s）；H－水轮机净水头（m）； η－水轮机效率； ρ－ 水的密度kg/m3）。
1.水轮机调节系统
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。
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。
闭环系统:从图可以看出，水轮机调节系统的输出(机组(电网)频率、机
组功率等)对系统的控制作用(转速(频率)给定、机组功率给定、接力器开 度给定等)有着直接的影响，一般称其为反馈作用(Feedback effect)；所 以，水轮机调节系统是一个闭环系统，水轮机控制系统(调速器)自身也 是一个闭环系统。输入信号与反馈信号之差称之为误差，误差信号施加 在控制器的输入可以减少系统的误差，并使系统的输出量趋于给定值。 所以，闭环系统就是利用反馈来减小系统的误差。当然，对于一个闭环 控制(调节)系统来说，系统的稳定性(Stability)始终是一个重要问题。除 去稳定问题之外，闭环控制(调节)系统的动态过程及动态品质(性能)也是 比开环系统复杂的多；因为，闭环控制(调节)系统动态稳定时，还可能 出现动态过程中超调或衰减振荡(Damply oscillation)现象。
一、水轮机调节的基本概念
2.水轮机调节的任务
在数字式微机电液调速器发展、完善和广泛应用的 同时，水电厂自动发电控制(AGC)系统、电网能量管 理系统(EMS)也日趋成熟并进入实用化的阶段；现代 电力系统中，区域电网容量迅速加大，区域电网间 联网并要求进行交换功率控制；大中型和多数小型 水轮发电机组均并入大的区域电网运行。在这种运 行方式下，电网的负荷频率控制(LFC)是通过电网 AGC系统和电厂AGC系统来控制水轮发电机组的水轮 机调速器及火电组的调速系统实现的。
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮机调节系统是一个闭环自动调节系统
水轮机调节系统和水轮机控制系统在工作过程中，有两种工作状态：
静态（稳定状态）和动态（瞬变状态）。
调节系统的静态又称为稳定状态:
稳定状态 (steady state)是指机组在恒定的负荷、给定信号和水头
下运行，水轮机控制系统和水轮机调节系统的所有变量都处于平衡状态
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
Байду номын сангаас 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
的运行状态。
调节系统的动态又称为瞬态:
当系统受到负荷、水头等扰动作用，或给定信号变化时，系统将出
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,就称为水轮机调节系统和水轮机
控制系统的动态。系统动态不稳定时，则出现等幅振荡或发散振荡，系
统不能正常工作、没有稳定状态；所以，一个动态系统是稳定的，是对
水轮机调节系统是一个闭环自动调节系统，由水轮机控制系统和被控制系统 组成，它除了具有一般闭环控制系统的共性外，还有一些值得注意的特点：
１.操作力大——需要经液压放大操作接力器 2.水流惯性：
3.机械慢性： 4.系统复杂、非线性特性
一、水轮机调节的基本概念
2.水轮机调节的任务
在水轮机数字式(微机)电液调速器出现以前，水轮机调速
水轮机调节系统的结构如图所示。其工作过程为：测量元件 把机组转速n（频率f）、功率Pg、水头H、流量Q等参量测 量出来，与给定信号和反馈信号综合后，经放大校正元件控 制执行机构，执行机构操纵水轮机导水机构（或导水机构和 桨叶机构），同时经反馈元件送回反馈信号至信号综合点。
一、水轮机调节的基本概念
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮机调节系统是一个闭环自动调节系统
开环系统:众所周知，如果系统的输出量对系统的输入 (控制)作用没有
影响，则这个系统是开环系统(Open loop system)。因此，对应于一个 输入(控制)量，便有一个相应固定的输出量与之对应，系统的控制精度 取决于系统参数的校准；但是，当系统出现扰动或参数变化时，原来相 应固定的输出量就会变化了；所以，采用开环控制系统是不可能构成精 确的控制系统的。
闭环动态系统的最基本要求。
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
闭环系统的稳定性 在扰动作用下会偏离原来的平衡状态(静
态)而产生偏差，进入动态，所谓动态系统 的稳定性，就是指当上述扰动消失后或者 扰动保持为常量时，动态系统由动态恢复 到新的平衡状态(静态)的性能。如果系统 能够恢复到平衡状态，则系统是稳定的； 若系统偏差不能消除且愈来愈大、不能恢 复到到平衡状态，则称系统是不稳定的。 显然，稳定性是一个闭环动态系统能够正 常工作的最基本要求。
水轮机调节系统 hydraulic turbine regulating system:
由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环系统。
随动系统 servo-system:
自动跟踪控制装置输出，并转换、放大的位置反馈控制系统。
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮机转矩
式中：Q－通过水轮机的流量（m3/s）；H－水轮机净水头（m）； η－水轮机效率； ρ－ 水的密度kg/m3）。
1.水轮机调节系统
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。
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。
闭环系统:从图可以看出，水轮机调节系统的输出(机组(电网)频率、机
组功率等)对系统的控制作用(转速(频率)给定、机组功率给定、接力器开 度给定等)有着直接的影响，一般称其为反馈作用(Feedback effect)；所 以，水轮机调节系统是一个闭环系统，水轮机控制系统(调速器)自身也 是一个闭环系统。输入信号与反馈信号之差称之为误差，误差信号施加 在控制器的输入可以减少系统的误差，并使系统的输出量趋于给定值。 所以，闭环系统就是利用反馈来减小系统的误差。当然，对于一个闭环 控制(调节)系统来说，系统的稳定性(Stability)始终是一个重要问题。除 去稳定问题之外，闭环控制(调节)系统的动态过程及动态品质(性能)也是 比开环系统复杂的多；因为，闭环控制(调节)系统动态稳定时，还可能 出现动态过程中超调或衰减振荡(Damply oscillation)现象。
一、水轮机调节的基本概念
2.水轮机调节的任务
在数字式微机电液调速器发展、完善和广泛应用的 同时，水电厂自动发电控制(AGC)系统、电网能量管 理系统(EMS)也日趋成熟并进入实用化的阶段；现代 电力系统中，区域电网容量迅速加大，区域电网间 联网并要求进行交换功率控制；大中型和多数小型 水轮发电机组均并入大的区域电网运行。在这种运 行方式下，电网的负荷频率控制(LFC)是通过电网 AGC系统和电厂AGC系统来控制水轮发电机组的水轮 机调速器及火电组的调速系统实现的。
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮机调节系统是一个闭环自动调节系统
水轮机调节系统和水轮机控制系统在工作过程中，有两种工作状态：
静态（稳定状态）和动态（瞬变状态）。
调节系统的静态又称为稳定状态:
稳定状态 (steady state)是指机组在恒定的负荷、给定信号和水头
下运行，水轮机控制系统和水轮机调节系统的所有变量都处于平衡状态
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
Байду номын сангаас 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
的运行状态。
调节系统的动态又称为瞬态:
当系统受到负荷、水头等扰动作用，或给定信号变化时，系统将出
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,就称为水轮机调节系统和水轮机
控制系统的动态。系统动态不稳定时，则出现等幅振荡或发散振荡，系
统不能正常工作、没有稳定状态；所以，一个动态系统是稳定的，是对
水轮机调节系统是一个闭环自动调节系统，由水轮机控制系统和被控制系统 组成，它除了具有一般闭环控制系统的共性外，还有一些值得注意的特点：
１.操作力大——需要经液压放大操作接力器 2.水流惯性：
3.机械慢性： 4.系统复杂、非线性特性
一、水轮机调节的基本概念
2.水轮机调节的任务
在水轮机数字式(微机)电液调速器出现以前，水轮机调速