stfzxt水轮机调节仿真决策支持系统

STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统四．STFZXT-1水轮机调节仿真决策支持系统的安装及运行九．水轮发电机组的水流修正系数Ky和机组惯性比STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是水轮机调节理论与技术、数字仿真理论与技术STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是水电站从事水轮机调节的技术人员和水轮机调STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是高等院校与水轮机调节相关课程的理想辅助教STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是学习、理解、执行中民一．水轮机调节系统动态特性仿真动态特性进行经济、方便、直观、迅速的研究，像机组甩在科学研究和工程应用的建模中，MathWorks公司推出的软件，因为其中的首选工具。名字由MATrix(矩阵)和LABoratory()两个单词的前3个字母组析和计算方法，是当代内容丰富、功能强大、使用方便、界面直观的国际公认的标准计算完全准确地反映水轮机调节系统的实际过程并得到定量的结论，是十分的；只能从定二．水轮机调节系统仿真决策支持系统决策支持系统(DecisionSupportSystem，简称DSS)是协助使用者通过系统模型、仿真STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统（HydraulicTurbineRegulatingSimulationandDecisionSupportSystem）是水轮机调节理论与技术、数字仿真理论与技术和计算机软STFZXT—1轮机调节系统的基本理论、工作原理和动态仿真进行了系统、深入、全面的分析和研究，详细地分析、推导和论证了水轮机调节系统、水轮机控制系统和被控制系统的静态及动态特性原理及数学表达式，参照了大量的水轮机调节系统在水电站的实测动态实验资料，建STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统基械控制系统理论和技术，建立了水轮机调节系统的仿真模型，把典型的水轮机调节系STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系100%额定负荷和接力器不动时间等许多在现场无法进行或不宜多次重复进行的试验，都判断其动态过程类型；按照电站及机组的实际参数（Ta，Tw）和水轮机微机调速器的实际参（KPKIKDbpTfTgy0kyenPID参数行甩负荷试验以验证修改PID参数后的实际机组甩负荷动态性能。3个(组)数值仿真”的仿真策略，也就是说，在每次仿真中，采用选择的1个(组)仿真目标参数的3个(组)数值进行，将这3个仿真的动态过程的仿真变量波形和全部仿真参数在1个仿真图形中表示。众所周知，对应1个(组)仿真目标参数数值的仿真，只能得到一个孤立的动态过程；对应2个(或2组)仿真目标参数数值的仿真，可以得到对应的互为比2个动态过程；而对应3个(组)仿真目标参数数值的3个动态过程，则为进行参数变化以在其它参数相同的条件下，得到33三．STFZXT— 水轮机调节仿真决策支持系统基本特点和内STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统对水轮机调节系统建立了仿真模型(SimulationModel)(12和3)-----------------------------------重点提示❶仿真软件版本信息STFZXT-1W2.20M1(完整版)”或W2.20S1(完整版)”)是完整的水轮机调节仿真决策支持系统，共有66个仿真项目。STZXT-(中文W2.20M2(精选版)”或“中文W2.20S2(精选版)”)是精选的水轮机调节电网一次调频仿真决策支持系统，包含STFXT1中除“机组开机”和STFZXT-3(中文W2.20M3(电网运行版)”或“中文W2.20S3(电网运行版)”)是水轮机调节“电网一次调频”和“孤网运行”仿真决策支持系统，共有16个仿真项目STFZXT-1水轮机调节仿真决策支持系统的子项目。STFZXT-4(中文W2.20M4(一次调频版)”或“中文W2.20S4(一次调频版))是水轮机调节“电网一次调频”仿真决策支持系统，共有9个仿真项目，是STFZXT-1水硬件加密U1）.没有插入硬件加密U盘为体验版，PID参数可以修改，Ta,Tw,en,Tf,Tg和2）.插入硬件加密U盘为正式版。3）.体验版可以在多台计算机（包括台式计算机）上使用，但是，只有插入硬件加计算机序列号版1）.没有的计算机为体验版，PID参数可以修改，Ta,Tw,en,Tf,Tg和3）.体验版可以在多台计算机（包括台式计算机）上使用，但是，只有的笔记本计算❷ 参数仿真策略、变量单位、仿真波形和数据的保存仿真目标参数的3个(组)数值仿真”的仿真策略，也就是说，在每次仿真中，采用选择的个(组)仿真目标参数的3个(组)数值进行，将这3个仿真的动态过程的仿真变量波形和全部仿真参数在1个仿真图形中表示。对应2个(或2组)仿真目标参数数值的仿真，可以得到对应的互为比较的2个动态过程；3频率：F-绝对值，（Hzf-相对值；f=0.0，对应于0.0Hz；f=1.050.0Hz机组有功功率：p-相对值，p=0.0对应零功率；p=1.0对应于额定功率。时间：t-秒（s。的文件夹C:\SDATA\,仿真波形在子文件夹C:\SDATA\figure\中。❸STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统的说明书HELPSTFZXT8个仿真大项8pdf文件说明书，HELP文件夹应该置于C：\SFATA\路径下。当打开仿真软件时，会自该大项目的说明书；当打开其它仿真大型大项的仿真小项时，会自动打开该大项目的说明点标注功能最小值、稳定时间等：tE、tM、t0.8、tSR、tE/tM、tSR/t0.8P15/PW、W601/W601…。仿真软件能按照一定算法自动对仿真特性进行分类：[迟缓型]、[良好型]、[优秀型❺单调节和双调节接力器1段关闭机组甩负荷仿真（SFH1、接力器2-3段关闭机组甩负荷仿真（SFH2）和孤立电网仿真（XW）设置了单调节/双调节变量K12：K12=1.0为单调节，K12=2.0，2.1…3.718个基本双调节协联特性，随着K12的数值加大，非协联状态的机组效率减小加剧。K12与khen300❻一次调频仿真项目设置了机组运行水头系数变 机组运行水头系数变量Hcoef=1.0为额定水头，Hcoef<1.0❼具有双向扰动的仿真项目空载扰动仿真（KZRD）的扰动频率,既可以是频率向上扰动（48.0Hz→52.0H也可已是频率向下扰动（例如2.0Hz→48.0Hz；（p<0❽动态波形图（仿真结果）的最大坐标和最小坐标的自动设置功能❾仿真软件使用人的标注功能的文字通道，其中已经有数个中文或英文短语供使用者选用，软件使用者也可以输入❿仿真软件可以有2种显示模式：完整显示动态波形和仿真使用的DS=1：完整显示动态波形和仿真使用的全部参数。时，还显示了与人机界面一致的、仿真采用的全部变量的数值，便于使用者与波形对DS=0：仅仅显示动态波形。-----------------------------------重点提示STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统是基于软件对水轮机调节系统动态特性进行仿真的培训和决策支持系统。它们能对通常的水轮机调节系统的8类电站试验项目1段关闭机组甩负荷特性、接力器23段关闭机组甩负荷特性、电网一次调频特性STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统特点STXTFZ-1,,每次仿真仅需(2~5秒;在每1次仿真中,将3个(组)不同目,果的示波图中同时显示了机组频率(f)和接力器开度(y),机组甩负荷特性还显示了引水系统水压(h),仿真结果的示波图中列出了仿真参数,图中的仿真参数显示区，标示了仿真采用的水轮机调节系统全部参数，在参数显示区的下3个(组)(开机tSR，t0.8，tSR/(空载频率波动(空载扰动SFH1(甩负荷Fm，tM，tE，tE/(小网Fm，tM，tE，tE/(一次调频PW，W45，W451，W60，W601，W451/W45W601/W60，P15，P45，P15/PW，P45tSR/t0.8tSR80%额定转速(40Hz)的时间t0.8的比值；ΔFm―空载频率波动自动工况频率波动峰-峰值T(y1)―接力器不动时间―接力器从甩负荷开始至接力器关闭 0.1%的时间T(y2)―接力器不动时间―接力器从甩负荷开始至接力器关闭了0.2%的时间T(f)―从甩负荷开始至机组频率上 0.02%的时间W451―电网一次调频45秒的机组实际电量(相对值W60―电网一次调频60秒的机组期望电量(相对值W601―电网一次调频60秒的机组实际电量(相对值)；W451/W4545电量贡献比率；P15―电网一次调频15秒机组的功率；P45―电网一次调频45秒机组的功率；P15/PW―电网一次调频15秒机组的功率与期望功率的比值P45/T(y2)―接力器不动时间―接力器从甩负荷开始至接力器关闭了0.2%的时间T(f)―从甩负荷开始至机组频率上 0.02%的时间W451―电网一次调频45秒的机组实际电量(相对值W60―电网一次调频60秒的机组期望电量(相对值W601―电网一次调频60秒的机组实际电量(相对值)；W451/W4545电量贡献比率；P15―电网一次调频15秒机组的功率；P45―电网一次调频45秒机组的功率；P15/PW―电网一次调频15秒机组的功率与期望功率的比值P45/PW―电网一次调频45秒机组的功率与期望功率的比值水轮机调节系统机组单调节和双调节动态特调节方式变量K12。仅仅在水轮式变量K12。参数（TjfTjgTjys。由于桨叶关闭时间Tjf和桨叶开启时间Tjg均明显分别大于导叶关闭时间Tj和导叶开Tg例如机组甩负荷动态过程和孤立电18协联特性导致的机组效率下降的协联特性系数K12可供选择；K12的数值愈大，在同样偏离协双调节机组甩负荷过程的特点Tg=20.0sTf1=12.0sTf3=70.0s,12Y12=0.4，23Y23=0.1。*双调节机组(K12=2.5)(3甩负荷特性：；Tf1=12.0s,Tf2=30.0s,Tf3=70.0s,Tg=20.0s；1段和2段关闭拐点Y12=0.4，2段和3段关闭拐点Y23=0.1。桨叶接力器关闭时间Tjf=30.0s，桨叶接力器开启时间Tjg=30s。*接力器1段关闭的单调节和双调节动态特性比较导叶接力器关闭时间Tf1=12.0s,导叶接力器开启时间Tg=30.0s。双调节。Tf=12.0sTg20.0s；桨叶接力器关闭时间Tjf=30.0s，桨叶接力器开启时间Tjg=30s。较好PID参数比例增益积分增益KI微分增益KD单调节双调节双调节*接力器3段关闭的单调节和双调节动态特性比较红色点画波形：单调节，K12=1.0，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段关闭拐点Y12=0.5，23段关闭拐点Y23=0.2。黑色实线波形：双调节，K12=2.5，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段关闭拐点Y12=0.5，2段和3段关闭拐点Y23=0.2；桨叶接力器关闭时间Tjf=20.0s，桨叶接力器开启时间Tjg=30s。蓝色双画线波形：双调节，K12=3.0，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段关闭拐点Y12=0.5，2段和3段关闭拐点Y23=0.2；桨叶接力器关闭时间Tjf=20.0s，桨叶接力器开启时间Tjg=30s。PID参比例增益积分增益微分增益单调双调双调中的最高转速数值fmax“最高转速数值fmaxTjTf双调节机组在小电网中运行特点*电网突加20%额定负荷的单调节机组动态特性单调节机组：K1210导叶接力器关闭时间Tf100s，导叶接力器开启时间Tg=20.0s*电网突加20%额定负荷的双调节机组动态特性桨叶接力器关闭时间Tjf=30s，桨叶接力器开启时间Tjg=30s。*电网突减20%额定负荷的单调节机组动态特性单调节机组：K1210导叶接力器关闭时间Tf100s，导叶接力器开启时间Tg=20.0s*电网突减20%额定负荷的双调节机组动态特性桨叶接力器关闭时间Tjf=30s，桨叶接力器开启时间Tjg=30s。桨叶接力器关闭时间Tjf要明显大于导叶接力器关闭时间Tf器开启时间TjgTg。所以，在小电网运行的双调节机组，在电网中负荷变化过程中的导叶接力器行程和桨叶接力器行程处于非协联状况，机组效率下降，使得水轮仿真波形及其数据仿真动态波形显示的同时,系统还将仿真结果在c:\figure中,其上标注有仿真进行的年、月、日、时、分；仿真波形图中还有包括相应规定的性能指标在内的的辅助线，便于使用者根据判断仿真结果波形的动态性能指标。与仿真波形对应的数据自动在c:\SDATA\的相应同名子文件夹下仿真项目*.xlsx文件，可以供使用者参考使用。ABCDETFfyTFY扰动TFfyTFfyTfy(1段关闭甩负荷TFfyH(2-3段关闭甩负荷TFfyHTFfy调频TpYTpyT―时间(s)；F―机组频率(Hz)；f―机组频率(相对值y―接力器行程(相对值)；H―水压(相对值)；PSTXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统的决策支持STFZXT-1在仿真中对仿真的动态过程的动态特性性能指标进行了分析，并对其动态特性类型进行了分类(迟缓型、良好型、优秀型、振荡型等（接力器不动时间过程则为优秀、良好、合格、不合格）)，为如何修改PID参数以优化系统动态性能提供了决策支持。仿真标注在仿真项目中设置了“仿真标注”变量。“仿真标注”变量为空时，仿真结果[K_I增大的作用：[迟缓型]→[优良型]→[振荡型]][仿员]”或使用者拟表达的其它内容，在仿真结果波形图上会显示相应内容。STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统的项目参数都是可以设定的,因此,可以按照需要扩展新的仿真项目，设定的仿真参数都会实时显STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统的PID参数在仿真中，PID参数均以比例增益KP、积分增益KI（1/s）和微分增益KD(s)作为设定户使用，仿真报告中，给出了由KP、KIKDbt、TdTn值。STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统的帮助文档(HELP，即说明书在仿真中，能自动弹出与当时仿真项目相关的帮助WORD文档(C:\SDATA\HELP\)，供使用者参考，STXTFZ-1STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统简介水轮机调节系统机组接力器1段关闭机组甩负荷特性仿真水轮机调节系统机组接力器2-3段关闭机组甩负荷特性仿真STXTFZ- 水轮机调节仿真决策支持系统的仿真参数显示DS=1：显示全部仿真动态波形和仿真参数，适合显示比 1.0：1.0DS=1(显示比例DS=1(显示比例DS<>1坐标数字字体和文字字体，便于使用者将仿真波形图缩小尺寸，以便用撰写文章的插图和0.660.66或0.50.5名称的代号()，例如SFH1(PID)：1段关闭机组甩负荷(PID)。四．STFZXT- 水轮机调节仿真决策支持系统的安装及运安在限定的计算机序列号的计算机上安装软件，(用户自备，版本为2009b或2011b)。安装路径不限1:“Custom”安装（即选择性安装 2:“Typical”安装（即全部安装 将随机文件SDATA.rar解压后(内含帮助WOND文档HELP)，置于C盘根仿真系统会自动建立放置帮助文件和仿真波形数据文件（*.xlsx）的文件夹C:\SDATA\HELP\,仿真波形在子文件夹C:\SDATA\figure\中。C:\SDATA\中的文件夹运W2.20M1(完整版)”仿 *机组开机特性仿真(KJ)，6个仿真项目；，，，， 外，以后的仿真报告（波形）将在点击“仿真”按钮后的2~5秒显示。在仿真中，能自动弹出相关的帮助WORD文档(C:\SDATA\HELP)，供使用者参考。中，与仿真图形对应的动态波形数据(数表)在C:\SDATA中五．水轮机调节仿真决策支持系统案例振荡型PID参数优化方向。仿真决策支持系统中输入机组和水轮机调速器的实际参数（Ta、机组水流时间常数Tw、导叶接力器关闭时间Tf和开启时间Tg、桨叶接力器关闭时间Tjf和开启时间Tjg、导叶接力器空载开度y0、调速器PID参数KP、KI、KD、永态差值系数bp等），通过调节甩100%负荷动态过程的仿真波形尽量接近机组甩100%负荷动态过程的录波曲线。*优化调速器PID参数：修改调速器PID参数，优化机组甩100%负荷动态过程的仿真波形，直至机组甩100%负荷动态过程的指标明显优化并满足技术标准性能指标要求。机组基本参数：轴流转桨式机组：导叶关闭时间Tf=18.0(s)，导叶开启时间Tg=8.0(s)，桨叶关闭时间Tj=32(s空载开度y0=0.2甩负荷前开度y=0.92KP=3.2KI=0.22(1/sKD=1.0(s)；bt=0.32,Td=14.6(s),Tn=0.32(s)。甩负荷前接力器开度y=0.92。/实测特性分

值下降到50Hz附近、继而上升并极为缓慢地趋近50Hz，机组甩负荷动态过程属于迟缓型（S型）动态过程，因而需要恰当地选择合适的调速器PID参数，大体方向是，是适当地加大比例KPKI（btTd。曲线（波形）拟合/enKYK12，使仿真得到的机组甩负荷动优化调速器PID参数KP=3.3，KI=0.3(1/s)，KD=1.0(s)；bt=0.30,Td=11.0(s),Tn=0.30(s),见下图。电站试验验证1).KI=0.22(1/s)增大为KI=0.3(1/s)，或Td=14.6(s)减小为Td=11.0(s)；差值为3.6(s)。 KD=1.0(s)，Tn=0.32(s)增大为Tn=0.3(s)；差值为0.02(s)KP=3.3，bt=0.30，差值为0.02在电站参考仿真结果修改PID参数，机组甩负荷特性明显改善。六．水轮机调节系统水轮机调节系统的结构框图水机节统由轮控系统(Hydraulicturbinecontrolsystems)和被控制系统(Controlledsystem)组成的闭环系统(Closedloopsystem)。水轮机制系是用于检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给参量的偏差，并将它们按一定特性转换成主接力器(Mainservomotor)行程偏差的些备所组成系统也可称为调器水轮机调速器(Hydraulicturbines ernor)则实机及制构和指示仪表等组成的一个或几个装置的称；从一般义上讲，水轮机控制系统就是包含油引水和泄水系统、装有电压调节器的发机及其所并的电网及负荷，也可以称为调节对象。的频率f（与其成比例的被控制机组的转速n、机组有功功率Pg、机组运行水头H、水轮机Q等参量测量出来，与水轮机控制系统的频率给定、功率给定、接力器开度给定等给统(Openloopsystem)。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发电被控(包括机组(电网)频率、机组功率等)对(Feedbackeffect)(调速器)自身也是一个闭环系统。输入信号与反(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，闭环调节系统动态稳定时，还可能出现动态过程中超调(Overshoot)或衰减振荡(Damplyoscillation)现象。被控制系统水轮机控制系统水轮机调节系统的任务水轮发电机组把水能转变为电能供工业、农业、商业及人民生活等用户使用。用户在用电过程中除要求供电安全可靠外，对电网电能质量也有十分严格的要求。按我国电力部50H（赫兹0.2Hz5%~10%2%~3%早期的机械调速器和电液调速器的主要作用是根据偏离额定值的机组频率的水轮机调速器主要是一个机组频率（转速）调节器(Frequency(speed)regulator)。要求。与微机调速器发展、完善和广泛应用的同时，水电厂自动发电控制系统（AGC、电AGCAGC统的功能有了增加和扩展：在完成水轮机频率（转速）的调节任务的同时，还与电网AGC范围，除包含了原来的机组频率(转速)调节的内容之外，还要完成电网AGC系统和电厂AGC①②.被控制的水轮发电机组单机带负荷或在小电网中运行，水轮机调速器的任务是调电网AGC系统和电厂AGC系统下达的机组给定功率的指令，调节水轮机组有功功率，满足水轮机调节的实质Jdd

M

J——机组转动部分的惯性矩（kg·m2n——机组转动角速度（radsn——机组转动速度（r/minMt——水轮机转矩（N·mMg——发电机负荷阻力矩（负载转矩）（N·m式（1）清楚地表明，水轮发电机组是转速对力矩的积分环节，机组转速(频率)保持恒值的条件是d 0，即要求MM，否则就会导致机组转速(频率)相对于额定值持续升d 水轮机转矩对转速的传递系数et(ex)和发电机负载转矩对转速的传递系数eg的特性，使得M （mt——水轮机效率——水的密度（kg/m3MtMg，才能使机组在一个允许的稳定转速（频率）水轮机调节系统的特点Tw来表述。水流惯性时间常数(Waterinertiatimeconstant)是在额定工况下的表征过水管道中水流惯性的特征时间。水流惯性时间常数Tw的表达式见式(9)。水流惯性时间常数Tw的物理概念是：在额定水头Hr作用下，过水管道内的流量由0加大至额定流量Qr所需要的时间。水系统水流、水流动能转变为势能、水轮机工作压力短时上升，而导致水轮机力矩有水轮发电机组的机械惯性，可用机组惯性时间常数Ta来表述。机组惯性时间常数(Unitinertiatimeconstantunitaccelerationconstant)机组惯性时间常数Ta的物理概念是：在额定力矩Mr作用下，机组转速n0上升nr所需要的时间；这使得对于一个阶跃输入信号，机组转速的动态过程具有明开度开始，至机组转速到达变化差值95%的时间为3Ta，至机组转速到达变化差值98%的时间4Ta；例如，Ta=10s95%t0.95≈30s98%的时间t0.98≈40s。轮机调速器必需在其工作电源后，仍然能靠的能源可靠地关闭水轮机导水机构,以手动水轮机调节长期对被控制系统特性的认识和手动控制经验的总结，随着机械技术、技术、电气技术、计算机技术、自动控制技术等的出现及应用，才逐步使水轮机调节系统成为的水微分(超前)操作原则在手动操作中，不仅要密切观察机组频率偏离额定值的大小，而且要注意机组频率向54Hz以较快的速度下降到51Hz时，虽然它仍然大于50Hz，不续水，需使构启才有(Derivative)积分(微量、精确)操作原则七．水轮机调节系统的PID调节规律微机调速器简化结构图如下列2个框图所示。y(图12和图13中虚线所示)。仿真结果及现场试验结果表明，两种反馈信号取法的动态性测 1 机 1g频

fKKD1T

1T1Ty 1

+ +b+bp(

y–yf1

PID型微机调速器结构图测 频1 机 死1g11

++bbp(

KD1T1v ++

S S 1y–yf1

PID型微机调速器结构图若永态差值系数bp为零，则得到PID调节器输出yPID对其输入频差f

K1 K DD(S) I 1TYPID(S)

K1KS

（取T(S) I D 式中，YPID(S)——接力器行程yPID的拉斯变换；F(S)——机组频率f的拉斯比较上列公式，可以得到PID型调速器的比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD加速度-缓冲型调速器的暂态差值系数bt、缓冲时间常数Td、加速度时间常数Tn这两套调KTdTn1b b t t KIb t K bb PTKP P K K ItT DKb DtK PID调节器的阶跃输入响应特性如下图。y KDxD

B

0 根据上列公式，可以方便地在2种参数间换算。例如，已知KP=2.5、KI=0.25(1/sKD=1.25s，则易bt≈0.4、Td=10s和Tn=0.5s八．水轮机调节系统的仿真模型 水轮发电机组仿真系统结构图(KP、KI、K1K2K3K4K5K6K7K1/K2（电网频率信号投入/闭环/开环K3/K4/K5（前馈信号投入/切除开关；K6是功率/K7是调节器导叶开度接力器实际开度反馈信号选择开关。这些开关的不同位置及其组合，可以构成水轮机调节系统的不同工况的仿真模型。当然，由于水轮机调节系统各种工况的差异性很大，最好是对于不同工况使用的模型，有时甚至对于一种工况采用几个不同的模型，以满足特殊工况和仿真目标参数的要求。水轮发电机组仿真系统结构图(bt、Td、九．水轮发电机组的水流修正系数Ky、水压修正系数Kh和机组惯性比率(UnitInertiaRatio)RI机组自调节系数en和机组惯性比率GB/T9652.1-2007《水轮机控制系统技术条件》规定的静态及动态特性指标适用工作条件中关于“水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta”有下列条款：“3.3对比例积分微分（PID）型调速器，水轮机引水系统的水流惯性时间常数Tw不4s（PI）Tw2.5s。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4s，冲击式Ta不小于2s于水轮机引水系统的水流惯性时间常数Tw数值和水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta众所周知，机组惯性时间常数Ta和水流惯性时间常数Tw的数值，对于水轮机调节系统动态特性的品质起着重要的作用；但是，对于“水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta比值的大小，对于水轮机调节系统动态特性品质的影响，要远远大于机组惯性时间常数Ta和水流惯性时间常数Tw数值的影响。惯性时间常数Ta比值对系统动态特性品质的影响。水轮发电机组惯性时间常数Ta和机组自调节系数 GD2nTar M 水轮发电机组惯性时间常数Ta的表达式为Ta=(GD2nr2/3580Pr参见式(1-4)和式(1-5))。值得的是，由水轮发电机组设计和制造单位提供的水轮发电机组惯性时间常数Ta过程来说(例如机组甩负荷动态过程)，如果要对不同机组工况，使用修正后的水轮发电机组惯性时间常数Ta是十分繁琐和的en(Controlledsystemself-regulationcoefficient)是在所取转速点的发电机转矩对转速的传递系数eg与水轮机转矩对转速的传递系数et发电机转矩对转速的传递系数eg(Transmissioncoefficientofgeneratorloadtorquetospeed)又称发电机负载自调节系数(Generatorloadself-regulation值的关系曲线在所取转速点的斜率；水轮机转矩对转速的传递系数et(Transmissioncoefficientofturbinetorquetospeed)(Turbineself-regulationcoefficient)，是水头和主接力器行程恒定时，水轮机转矩相对偏差值Δp与机组转速相对偏差值Δn(频率相对偏差值Δf)en=Δp/Δn=Δp/Δfenen的数值。而且，在en的变量，可以用适当变化其变化对水轮发电机组惯性时间常数Ta的影响。水轮发电机组水流惯性时间常数Tw、水流修正系数Ky和水压修正系数值得的是，由水电站设计单位提供的水轮发电机组水流惯性时间常数Tw值，是指如果要对不同的机组运行工况，使用修正后的水轮发电机组水流惯性时间常数Tw也是十分繁琐和的。所以，我们引入水流修正系数KY，用以在不同的机组运行水头H和机组功率工况下，修正水流时间常数Tw对水轮机调节系统动态过程的影响。水轮发电机组水流惯性时间常数Tw的表达式为Tw=ΣLV/gH水流惯性时间常数Tw与引水系统各个分段的水流流速V成正比、与机组运行水头H成反比。值得着重的是，电站设计单位(水电勘测设计院)提供的机组水流惯性时间常数Tw，是在机组额定工况(机组额定运行水头Hr和机组额定功率pr)下的数值。机组不同的运行水头H和机组功率p不同，实际起作用的水流惯性时间常数Tw数值也是不同的。水电站试验资料和仿真结果表明，特别是水流惯性时间常数Tw对水轮机调节系统动态特性的影响程度，H变化大的水轮发电机组，最小运行水头下的较好的调速器比例增益KP和积分增益KI的数值，要分别明显小于最大运行水头下的较好的调速器比例增益KP和1水流修正系数(WaterCorrectingCoefficient)程度上接近实际水轮机调节系统的动态特性。水流修正系数的表示符号 KY水流修正系数KY与机组运行水头H的定性关系机组运行水头H大于机组额定水头HHr②.由于机组运行水头H大于机组额定水头Hr，机组流量Q小于机组额定水头下的流量Qr，因而引水系统各段水流的流速V都分别小于机组额定水头的流速Vr，这也将使得此时的水流惯性时间常数Tw数值小于机组额的工况的数值。所以，机组运行水头H大于机组额定水头Hr时，对水轮机调节系统起实际作用的水流惯性时间常数Tw数值，比机组额定水头下的水流惯性时间常数Tw数值要小。应该使用较小的水流修正系数KY。机组运行水头H小于机组额定水头HHr②.由于机组运行水头H小于机组额定水头Hr，机组流量Q大机组额定水头下的流量Qr，因而引水系统各段水流的流速V都分别大机组额定水头的流速Vr，这也将使得此时的水流惯性时间常数Tw数值大于机组额的工况的数值。所以，机组运行水头H小于机组额定水头Hr时，对水轮机调节系统起实际作用的水流惯性时间常数Tw数值，比机组额定水头下的水流惯性时间常数Tw数值要大。应该使用较大的水流修正系数KY。水流修正系数KY与机组负荷p的定性关系机组负荷p小(例如机组空载)，机组流量Q小、引水系统各段水流流速V小，应该使用较小的水流修正系数KY。机组负荷p大(例如机组甩100%额定负荷)，机组流量Q大、引水系统各段水流流速V大，应该使用较大的水流修正系数KY。所以，在其它条件相同时，机组甩100%额定负荷工况仿真的水流修正系数KY数值，应该大于机组空载扰动工况仿真的水流修正系数KY数值。Ky的变量，可以选择不同Ky的数值，来反映上述机组运行水头变化和机组负荷对机组云动态特性的Ky的数值，来微量改变机组转速(频率)和电机组水流惯性时间常数Tw的影响。水压修正系数Kh是用再机组甩负荷仿真项目时，修正蜗壳水压仿真动态波形的参数。机组惯性比率UnitInertiaGB/T9652.1-2007《水轮机控制系统技术条件》中规定了“静态及动态特性指标适用鉴于“水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta的比值”对水轮机调节系统动态特2机组惯性比率(UnitInertia流惯性与机组机械惯性之间的关系。机组惯性比率的表示符号为KY。机组惯性比率RI的表RI (4-式中：RI—水轮发电机组惯性比率，简称机组惯性比率(UnitInertiaRatio)Ta—机组惯性时间常数(s)。TaRI的数值，并显示在仿真结果中，以便于读者加深机组惯性比率RI这个名词术语的认识，并逐渐形成对机组惯性比率RI数量上的概念。Ta和水轮发电机组水流惯性时等于水流惯性时间常数Tw与水轮发电机组惯性时间常数Ta的比值。统计资料表明，与不同类型的水轮机构成的水轮发电机组对应的机组惯性比率RI=Tw/Ta也有不同的特点。机组惯性比率RI的数据。从表中的有关数据可以看出，混流式机组惯性时间常数Ta惯性时间常数Ta和机组水流惯性时间常数Tw平均值计算的机组惯性比率RI 平均值为0.183。水电站RI123456789下表给出了若干使用轴流转桨式水轮机的机组惯性时间常数Ta、水流惯性时间常数的和机组惯性比率RI的数据。轴流转桨式机组惯性时间常数Ta的数值范围为(5.5~9.74)s平均值为7.5s；水流惯性时间常数Tw的数值范围为(1.2~3.5)s，其平均值为2.15s；机组惯性比算器的机组惯性比率RI平均值为0.286。 123456789下表给出了若干使用灯泡贯流式水轮机TaTw值计算器的机组惯性比率RI平均值为：0.856。 1234567十．水轮机调节系统受到扰动后的动态过程的类型在对水轮机调节系统进行的每一次仿真中，我们都采用1个(或1组)仿真目标参数的个(或3组)数值进行。这样我们可以在其它参数相同的条件下，得到33组)仿真目标基于对众多水轮机调节系统的现场试验资料和仿真结果的整理和分析，水轮机调节系统受到扰动(100%额定负荷和孤立电网运行)后的典型动态过程的形态，划分为迟缓型(SlowType，以下简称S型(迟缓型))、优良型(BetterType，以下简称S型(优良型))和振荡型(OscillatoryType，以下简称O型(振荡100%额定负荷动态过程是密切相关的，也就是说，具有S迟缓型)、B型(优良型)或O型空载扰动特性的系统，一般也会具有与之对应相同的S型(迟缓型)、B型(优良型)或O型的机组甩100%额定负荷的动态S迟缓型)水轮机调节系统空载频率扰动特性的系统，那么其机组甩100%额定负荷特性有极大可能也是S型(迟缓型)动态特性。这种有关联特性为我们在电站选取调速器的PID参数提供了有效的途径，因为在水电站现场，不可能进行多次机组甩100%额定负荷的试验。我们在空载频率扰动试验中，通过选择调速器的PID参数，使其具有B优良型)的空载频率扰动特性，从而就选择了机组100%额定负荷时使用的调速器PID水轮机调节系统机组 100%额定负荷动态过程仿真结水轮机调节系统S型(迟缓型(SlowType))动态过程接力器行程y运动特点机组频率f运动特点机组甩负荷S或者是接力器关闭到接力器空比例增益KP和/值过小和搭配不机组空载扰S红色而缓慢的形态趋近于接力器扰比例增益KP和/值过小和搭配不孤立电网运S过小或比例增益KP过小和配不当，机组水轮机调节系统B型(优良型(BetterType))动态过程接力器行程y运动特点机组频率f运动特点B机组甩负荷(黑色实线)接力器关闭到接近接力器或者从接力器在关闭至全关位个小的超过接力器空载开度的机组频率调节稳定时间比例增益KP和/值合理和搭配恰B机组空载扰行程到达扰动后稳定值的速度者出现一个很小的超过接力器行程稳定值的过调值并迅速地机组频率调节稳定时间比例增益KP和/值合理和搭配恰B孤立电网运向稳定值恢复的速度适比例增益KP和/值合理和搭配恰水轮机调节系统O型(振荡型(OscillatoryType))动态过接力器行程y运动特点机组频率f运动特点机组甩负荷O(蓝色虚线)从接力器从关闭至完全关比例增益KP和/值过大和搭配不机组空载扰比例增益KP或积分增益KIO(蓝色虚线)孤立电网运O(蓝色虚线)而缓慢的形态趋近于接力器稳定开度，接力器调节稳定时间向稳定值恢复的速度过过大或比例十一.水轮机调节系统常用英文名hydraulicturbineregulatingsystem水轮机控制系统hydraulicturbinecontrolsystems被控制系统controlledsystem调速 微机调速 puter 双调整调速器double 比例-积分-微分调速器proportional-integral-derivativespeedsensingfrequencyartificialdeadbandmodule电液转换器electro-hydraulicconverterelectro-hydraulicservo-valve电液比例（方向）electro-hydraulicproportionaldirectional)maindistributingvalve,control（机械）(mechanical)openingelectricalopeningspeedadjustingmechanism,speedpowersettingfrequencysettingpilotmainguidevane(runner)blade[jetdeflector/cutindeflector]combinationstepclosingautomaticmanuallimitedloadisolatedparallelno-loadoperation,idlingloadloadsteadysmalloscillationcondition;smalltransientlargeoscillationcondition;largetransienttypeworkshopacceptanceno-loaddisturbingloadloadrejectionratedrelativespeedrelativedeviationof给定[指令]commandcommandsignalrelativedeviationofcommandservomotor接力器最大行程umservomotorrelativestrokeofservomo