水轮机的基本概念和微机调速器讲座6

1、 2 水轮机调节的基本概念 和数字式（微机）电液调速器 o 一. 水轮机调节的基本概念 o 二. 水轮机调速器 o 三. 微机调节器 o 四. 我国数字式（微机）调速器的现状及发 展趋势 3 一. 水轮机调节的基本概念 1. 水轮机调节的任务 2. 水轮机调节系统 3. 水轮机调节系统的动态和静态特性 4 1.水轮机调节的任务 维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调频 要求； 完成调度下达的功率指令，调节水轮机组有功功率， 满足电网二次调频要求； 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。 5 2.水轮机调节系统 l系统结构： 图1-1 水轮机调节系统的

2、结构图 6 l系统特点： 操作力大需要经液压放大操作接力器 水流惯性： 机械惯性： 系统复杂、非线性特性 l手动水轮机调节 比例操作 超前操作 积分操作 gh lv Tw r r p nGD Ta 3580 2 2 7 3.水轮机数字式（微机）调速器 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1-2 电气液压调速器(PID)结构图 8 PID结构 ： 图1-3 微机调速器结构图 9 水轮机调节系统的静态和动态特性 l技术标准GB/T9652.1 1997 GB/T9652.2 1997 l静态特性 静态特性： 水轮机调节系统静态特性 水轮机调节系统静态特性 p b)(

3、s b 10 永态差值系数： 静速死区： 图1-6 转速死区ix p b )( s b x i 水轮机调节系统的静态和动态特性 11 随动系统不准确度 ： 图1-7 随动系统不准确度ia a i 01 .0y 2(输 出 ) y 1(输 入 ) ia 水轮机调节系统的静态和动态特性 12 水轮机调节系统的静态和动态特性 GB/T 9652.11997主要静态特性指标 调速器类型 项目 大 型中 型小 型 特小型 电调机调电调机调电调机调 转速死区/% ix 0.04 （0.02） 0.10 0.08 （0.06） 0.150.100.180.20 轮叶随动系统 不准确度 /ia% 1.5 bp

4、整定范围bp=0bPM，最小值不大于0.1%，最大值bPM不小于8% 13 l动态特性 调速器PID特性： 阶跃输入响应特性： 图1-8 PID调节器的阶跃输入响应特性 1 )( )( sk s kk sF sy DIP PID 1 1 )( )( 1 sT sk s kk sF sy v D IP PID 水轮机调节系统的静态和动态特性 14 水轮机调节系统的静态和动态特性 速动时间常数Tx=btTd 接力器响应时间常数Ty 图1-9 接力器响应时间常数Ty 15 调速器前向通道放大倍数的整定 图1-10 随动系统对单位阶跃输入的响应特性 水轮机调节系统的静态和动态特性 16 水轮机调节系统

5、的静态和动态特性 o曲线1的相对阻尼系数，无超调，但过程缓慢；曲线3的相对阻尼 系数，初始段反应快，但有过大的超调；曲线2的相对阻尼系数， 有较理想的响应特性，其超调量约为3%。所以，应选择、调整开 环放大系数Kop（也就调整了Ty），使随动系统对阶跃输入的响应 特性具有3%5%的超调量。 oIEC 61362标准推荐：导叶接力器Ty=0.10.25s；桨叶接力器 Ty=0.20.8s；冲击式折向器Ty=0.10.15s。在我国一般推荐： 导叶接力器Ty=0.10.2s；桨叶接力器的Ty取为导叶接力器Ty的 23倍。 17 水轮机调节系统的静态和动态特性 o调速器应保证机组在各种工况和运行方式

6、下的稳定性指标 o 手动空载工况（发电机励磁在自动方式下工作）运行时， 水轮发电机组转速摆动相对值对大型调速器来说不得超过 0.2%；对中、小型和特小型调速器来说均不得超过0.3%。 当调速器控制水轮发电机组在空载工况自动运行时，在选择调 速器运行参数时，待稳定后所记录3min内的转速摆动值应满足 下列要求： o l 对于大型电气液压调速器，不超过0.15%； o l 对于大型机械液压调速器和中、小型调速器，不超过 0.25%； o l 对于特小型调速器，不超过0.3%。 o 如果机组手动空载时的转速摆动相对值大于规定值（见 上），那么其自动空载转速摆动相对值不得大于相应手动空载 转速摆动相对

7、值。 18 水轮机调节系统的静态和动态特性 o机组甩负荷后应保证的动态品质 o 甩100%额定负荷后： o l 在转速变化过程中，超过3%额定转速以上的波峰不超过 两个； o l GB/T 9652.11997规定：从接力器第一次向开启方向 移动到机组转速摆动值不超过0.5%为止所经历的时间应不大 于40s。IEC 61362水轮机控制系统技术规范导则规定： 在甩负荷中，若记从甩负荷开始至出现最大转速上升值为止的 时间为tM，记从甩负荷开始到机组转速摆动值不超过1.0%为 止的时间为tE，则tE/tM的推荐值为2.54.0（8.0）（对于冲 击式机组）和15（对于高水头混流式机组）。 o 转速

8、或指令信号按规定形式变化，接力器不动时间： o l 对于电气液压调速器，不大于0.2s； o l 对于机械液压调速器，不大于0.3s。 19 水轮机调节系统的静态和动态特性 GB/T 9652.11997对调速器主要动态参数要求对调速器主要动态参数要求 参数参数 btTd/sTn/sKPKI/s1KD/s 最小值最大值最小值最大值最小值最大值最小值最大值最小值最大值最小值最大值 数值数值 0.050.802.0020.000.002.000.3020.000.5010.000.005.00 20 水轮机调节系统的静态和动态特性 技术标准对技术标准对Ta和和Tw的规定的规定： o l 水轮机引水

9、系统水流惯性时间常数Tw： o 对于PID型调速器，不大于4s； o 对于PI型调速器，不大于2.5s； o l 机组惯性时间常数Ta： o 对于反击式机组，不小于4s； o 对于冲击式机组，不小于2s。 o l 比值Tw/Ta不大于0.4。 21 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 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 22 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 双比例伺服阀系统原理框图 23 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 交流伺服电机自复中系统原理框图 24 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 步进电机伺服缸系统原理框图 25 二. 水轮机数字式

10、（微机）电液调速器 比例伺服阀自复中系统原理框图 26 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 1. 水轮机微机调速器的结构 微机调节器、电/机转换装置、机械液压系统 图2-1 PLC水轮机微机调速器的总体框图 27 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 典型结构 步进电机（速度环）电液转换器/机械液压随动系统型 步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器框图 28 步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器方块图 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 29 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 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 30

11、 交流伺服电机电液转换器/电液执行机构型调速器方块图 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 31 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 微机调速器自动调节部分框图 32 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 o 人工频率死区环节的特性，其数学表达式为：人工频率死区环节的特性，其数学表达式为： o o Ef的一般取值范围相当于频率值为00.5Hz在频 率转换系数Kf=25000时所对应的范围，即 Ef=0250 o Ef可由程序按调速器的运行工况和调节模式自 动地被设定：机组在“空载”工况运行时，设定 Ef=0；机组在并入电网方式下运行，且调速器在 “频率调节”模式下时，设定Ef=0；调速器在

12、“开度调节”和“功率调节”模式下时，设定Ef= 设定值。 F=0， F=FEf， F=F+Ef， 当EfFEf时 当 EfF时 当FEf时 Ef F F Ef 0 33 l 永态差值环节和人工死区： l 三种调节模式： 人工开度/功率死区环节特性 调节模式间的转换关系 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 34 1. 水轮机微机调速器的基本调节模式 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 35 2.静态特性 o 永态差值系数bp/ep o bp是指导叶接力器行程永态差值系数， 用于“频率调节”和“开度调节”模式；ep 是指机组功率的永态差值系数；部分调速器 往往只引入bp的概念，即在“功率调节”

13、模 式下，也采用永态差值系数bp。 36 对静态特性的影响 l 调整频率给定和开度给定后的微机调节器静态特性 2.静态特性 ()0 cgpcPID Iffbyy cc yf 、 37 2.静态特性 fc =50.5Hz，yc=0.5，bp=0.04 (b) fc=50Hz，yc=0.5，bp=0.04 (a) 0 fg(Hz) y1.00.5 49.0 50.0 51.0 0 fg (Hz) y1.00.5 49.5 50.5 51.5 fc=50Hz，yc=0.5，bp=0.02 (d) fc=50Hz，yc=0.25，bp=0.04 (c) 0 fg(Hz) y 1.00.25 48.5 50.0 50.5 0 fg(Hz) y1.00.5 49.5 50.0 50.5 38 pcgc byyff、l 的关系： 微机调节器的静态特性（bp=0） 2.静态特性 39 l PID响应特性 l开环增量环节的作用 PID调节器的阶跃输入