水轮机调节系统PID参数选择120080922

1、水轮机调节系统PID参数选择 空载工况的推荐初始参数空载工况的推荐初始参数 2.2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频被控机组并入大电网，满足电网一次调频 和二次调频的技术要求和二次调频的技术要求3.3.被控机组在小（孤立）电网运行被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数国家标准轮对水机调节系统空载频率波动特性的规定是：(1). 水轮发电机组应能在手动各种工况下稳定运行。在手动空载工况（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不超过0.2；对中、小型和特小型调速器均不超过0.3。(2). 对比例积分微分（PID）

2、型调速器，水轮机引水系统的水流惯性时间常数 Tw不大于4 s ；对比例积分（PI）型调速器，水流惯性时间常数Tw不大于2.5 s。水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta的比值不大于0.4。反击式机组的Ta 不小于4 s ，冲击式机组的Ta不小于2 s 。(3). 调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性。在空载工况自动运行时，施加一阶跃型转速指令信号，观察过渡过程，以便选择调速器的运行参数。待稳定后记录转速摆动相对值，对大型电调不超过0.15，对中、小型调速器不超过0.25，特小型调速器不超过0.3。如果机组手动空载转速摆动相对值大于规定值，其自动空载转速摆动相对值不得大于相应手动空

3、载转速摆动相对值。水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统空载频率波动实测特性水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数手动空载频率波动0.185Hz 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数仿真波形见图6-12。从图中可以看出，在同一个机组手动空载频率波动值的情况下，通过恰当地选择PID参数，可以使自动空载频率波动值满足相关技术标准的要求。水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数空载扰动过程仿真空载扰动过程仿真仿真结果表明：比例增仿真结果表明：比例增益益K KP增大增大( (或或btbt减小减小) ) ( (

4、曲线曲线3)3)，空载扰动过，空载扰动过程可能由单调过程趋程可能由单调过程趋于有超调过程发生；于有超调过程发生；反之，比例增益反之，比例增益K KP减减小小( (或或btbt增大增大) () (曲线曲线1) 1)，使得动态过程起始端使得动态过程起始端加快，但是动态过程加快，但是动态过程后期缓慢；后期缓慢； 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数空载扰动过程仿真空载扰动过程仿真仿真结果表明：积分增益仿真结果表明：积分增益K KI过大过大( (或或btTdbtTd过小过小) () (曲线曲线3)3)，空载扰动过程可能由，空载扰动过程可能由单调过程趋于有超调过单调过程趋于有超调过

5、程发生；反之，积分增程发生；反之，积分增益益K KI过小过小( (或或btTdbtTd过大过大) ) ( (曲线曲线1) 1)，使得动态趋于，使得动态趋于缓慢；缓慢；水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数空载扰动过程仿真空载扰动过程仿真仿真结果表明：微分增益KD过小(或Tn/bt过小) (曲线3)，空载扰动过程可能产生超调，微分增益KD过大(或Tn/bt过大) (曲线1)，可能抑制空载扰动的初期的快速响应过程。 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节的任务nwwwtaawdw(0.3 0.5)1.5335TTTTbTTTTT220.330.67

6、0.080.220.080.2aapwwaaIwwaDaTTKTTTTKTTTKT水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况bt、Td、Tn的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 国家调度通讯中心对于并入电网运行的机组调速系统一次调频特性有下列

7、要求： （ 功率）永态转差系数（火电机组调速系统称速度变动率 ）；频率（转速）死区 (DL/T 1040-2007 电网运行准则规定为 )；响应特性；电网频率变化超过一次调频频率死区时，机组应在15s内响应机组目标功率，在45s内机组实际功率与目标功率的功率偏差的平均值应在其额定功率的3%内；稳定时间应小于1min。3% 4%pe =0.033fEHZ= 0.05fEHZ= 水轮机调节系统PID参数选择2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求图6-36给出了水轮发电机组并入电网开环仿真的原理框图，在仿真研究中也是切断电网频率信号通路，阶跃变化微机调速器的频率给定fc，录制机

8、组有功功率变化曲线(波形)，根据实测波形检验被仿真系统是否满足电网一次调频的技术要求。水 轮 机 控 制 系 统 水 轮 机 及引 水 系 统 频 率 给 定 Dfc=Dfo LpD - - + 发 电 机 电 网 频 率f 负 荷 扰 动 TpD+ 水轮机调节系统PID参数选择2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求水轮机调节系统PID参数选择2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 (1). 曲线2满足式(6-8)，其一次调频动态过程满足电网对于一次调频的动态性能要求； (2). 积分增益KI愈大，一次调频动态过程中的机组功率趋近稳定值的速度愈快，但

9、是，如果选择过小的积分增益KI将对电网的动态稳定不利； (3). 动态过程初期的反向调节，是由引水系统的水击(水锤)效应(水流时间常数TW)引起的；比例作用(KP)作用的近似反映在图中+0.017与水击效应引起的-0.017之差，即 。(0.017-(-0.017)=0.034KPp水轮机调节系统PID参数选择2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求水轮机调节系统PID参数选择2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 (1). 曲线1、2和3均满足式(6-8)，其一次调频动态过程满足电网对于一次调频的动态性能要求； (2). 比例增益KP愈大，一次调频动

10、态过程中的机组功率趋近稳定值的速度愈快，但是3条动态波形相差不大，起主要作用的仍然是积分增益KI； (3). 动态过程初期的反向调节，是由引水系统的水击(水锤)效应(水流时间常数TW)引起的；比例作用(KP)作用的近似反映在图中+0.017与水击效应引起的-0.017之差，即 。(0.017-(-0.017)=0.034KPp水轮机调节系统PID参数选择2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求水轮机调节系统水轮机调节系统(3.505/0.0545)1.558(1/ )100.6420.16.4IPtdtdKsKbTbTs水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电

11、网运行孤立电网或小电网运行工况，对于绝大多数大中型机组，这是一种事故性的和暂时的工况，当被控机组与大电网事故解列时，微机调速器(数字式电液调速器)会根据电网频差超差自动转为频率调节模式工作于频率调节器方式(频率死区Ef=0)。由于被控机组容量占小电网总容量的比例、小电网突变负荷大小和小电网负荷特性等因素的影响，使得这种情况下的调速器的工作条件十分复杂，只能尽量维持电网频率在一定范围内。如果突变负荷超过小电网总容量的(1020，则大的动态频率上升或下降是不可避免的。 水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行 (1).

12、 在同一个调节对象和同一组调节参数的情况下，突加5%、10%和15%额定负荷 引起的电网频率下降的最低值分别为49.57Hz、49.14Hz和48.7Hz； (2). 在同一个调节对象和同一组调节参数的情况下，突加5%、10%和15%额定负荷 电网频率恢复到49.8 Hz以上的时间分别为30s、43s和47s水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行从图从图6-456-45的仿真波形可以看出：的仿真波形可以看出：(1).(1).曲线曲线1( 1(虚线，虚线，KP=4.33)KP=4.33)的最低的最低频率为频率为49

13、.25Hz49.25Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 49.8 HzHz以上的时间为以上的时间为17.7s17.7s；，；， (2).(2).曲线曲线2(2(实线，实线，KP=3.33)KP=3.33)的最的最低频率为低频率为49.14Hz49.14Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为16.5s16.5s； (3). (3). 曲线曲线3(3(点画线，点画线，KP=2.33)KP=2.33)的的最低频率为最低频率为49.0Hz49.0Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为15.0s15.0s； 因此，比例

14、增益因此，比例增益KPKP值愈大值愈大( (暂态差暂态差值系数值系数btbt值愈小值愈小) )，在同样的负荷，在同样的负荷扰动之下的动态频率下降值小。扰动之下的动态频率下降值小。 水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行(1). 1). 曲线曲线3(3(点画线，点画线，KI= 0.25(1/s)KI= 0.25(1/s)的最的最低频率为低频率为49.05Hz49.05Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为36.5s36.5s；(2).(2).曲线曲线2(2(实线，实线，KI

15、= 0.55(1/s)KI= 0.55(1/s)的最低的最低频率为频率为49.14Hz49.14Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以以上的时间为上的时间为16.5s16.5s；(3).(3).曲线曲线1( 1(虚线，虚线，KI= 0.85(1/s)KI= 0.85(1/s)的最低频的最低频率为率为49.20Hz49.20Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上以上的时间为的时间为11.5s11.5s；因此，积分增益因此，积分增益KIKI值愈大值愈大( (速动时间常数速动时间常数Tx= btTdTx= btTd值愈小值愈小) )，在同样的负荷扰动之，在同

16、样的负荷扰动之下的动态频率下降值小、频率恢复到下的动态频率下降值小、频率恢复到50Hz50Hz的速度快，但是容易出现调节的超的速度快，但是容易出现调节的超调现象；积分增益调现象；积分增益KIKI值愈小值愈小( (速动时间常速动时间常数数Tx= btTdTx= btTd值愈大值愈大) )，在同样的负荷扰动，在同样的负荷扰动之下的动态频率下降值大、频率恢复到之下的动态频率下降值大、频率恢复到50Hz50Hz的速度慢，趋近的速度慢，趋近50Hz50Hz的调节时间的调节时间长。长。 水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行

17、(1).(1).曲线曲线1( 1(虚线，虚线，KD= 6.0s)KD= 6.0s)的的最低频率为最低频率为49.19Hz49.19Hz，频率恢，频率恢复到复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为17.0s17.0s；(2).(2).曲线曲线2(2(实线，实线，KD= 3.0s)KD= 3.0s)的最低频率为的最低频率为49.14Hz49.14Hz，频率，频率恢复到恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为16.5s16.5s； (3). (3). 曲线曲线3(3(点画线，点画线，KD= KD= 0.0s)0.0s)的最低频率为的最低频率为49.06Hz49.06

18、Hz，频率恢复到频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时以上的时间为间为15.5s15.5s；因此，微分增益因此，微分增益KDKD值愈大值愈大(Tn/bt(Tn/bt值愈大值愈大) )，在同样的负，在同样的负荷扰动之下的动态频率下降荷扰动之下的动态频率下降值小、频率恢复到值小、频率恢复到50Hz50Hz的速的速度快；微分增益度快；微分增益KDKD值愈小值愈小(Tn/bt(Tn/bt值愈大值愈大) )，在同样的负，在同样的负荷扰动之下的动态频率下降荷扰动之下的动态频率下降值大、频率恢复到值大、频率恢复到50Hz50Hz的速的速度较快。度较快。水轮机调节系统PID参数选择3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统水轮机调节系统221.01.5350.50.671.00.140.330.330.5wwtaawdw