《发电机组自动调节》实验指导书

名目\l“_TOC_250016“调速器整机静态特性试验 1\l“_TOC_250015“1.1简介… 1\l“_TOC_250014“试验目的… 1\l“_TOC_250013“试验条件… 1\l“_TOC_250012“试验步骤… 1\l“_TOC_250011“试验结果及分析… 2\l“_TOC_250010“调整规律及调整系统动态仿真试验 4\l“_TOC_250009“2.1简介… 4\l“_TOC_250008“试验目的… 5\l“_TOC_250007“试验条件… 5\l“_TOC_250006“试验步骤… 5\l“_TOC_250005“试验结果及分析… 6\l“_TOC_250004“自行设计试验… 8\l“_TOC_250003“参考方案… 8\l“_TOC_250002“附录：GYWT－PCC系列高油压调速器简介 14一、系统构造及工作原理 14\l“_TOC_250001“二、主要功能及参数 17三、参数设置及运行操作 18\l“_TOC_250000“〔一、人机界面… 18〔二、运行操作… 22附图1：GYWT-3000型调速器机械液压系统 24附图2：GYWT-7500型调速器机械液压系统 25调速器整机静态特性试验简介速系统静态特性应符合以下规定：①静态特性曲线应近似为直线；②测至主接力1-1中的规定值。1-1调速器转速死区规定值调速器类型调速器类型大型中型小型工程特小型电调电调电调机调转速死区ix%0.040.100.150.180.20速器试验分为四类，即：出厂试验、电站试验、型式试验和验收试验，四类试验能。因此，无论是在调速器出厂前，还是在电站安装完成后，都格外重视对调速器整机静特性试验，尽早觉察调速器可能存在的缺陷，准时调整加以解决，确保机组运行的安全稳定。试验目的p 测取调速器整机静态特性曲线〔即机组稳态转速与调速器主接力器行程之间的关系曲线，计算出调速器的永态转差系数bi，并与永态转差系数设定p 试验条件GYWT－PCC系列高油压调速器〔装置说明见后附录；⑵．XUTM－II型水轮机调速器微机测试仪；⑶．钢板尺。试验步骤中被机械振动和电气信号干扰，保证试验精度和可信度。⑵．调速器上电后工作在停机状态，检查调速器各局部工作状况，确保各部-1-分正常工作。在自动状况下发出开机令，开度增大到启动开度，用稳定的频率信50.00Hz，待接力器稳定后，使断路器信号DL闭合，相当于并网运行状况。bp＝6〔△fx=0.00KD为最小值K=KI为最大值K=1KP为中间值K=1。频率给定为〔=50.00Hz〔Y=50.0%50.0四周。⑷．上升信号频率使接力器全关，选取适宜的接力器位置参考点，用钢板尺开，接力器位置参考点不变，用钢板尺测量接力器位置，并记录接力器处于全开YmaxYM=|Ymax-Ymin|。〔20秒测量并记录对应于该信号频率的接力器位置。当接力器到达全关位置后，依次降低信号频率，直到接力器处于全开位置。按bp＝6%推算，试验测量点数约为8~108点，如测点有1/43次，试验结果取其平均值。⑹．将记录的数据表格〔表1-〕进展整理后〔表1-，绘制调速器整机静特性曲线〔图1-，求出调速器的永态转差系数bpi试验结果及分析1-2调速器整机静态特性试验记录数据f〔Hz〕48.5048.8049.1049.4049.7050.0050.3050.6050.9051.2051.50显示输出频率fd〔Hz〕Yw〔mm〕f〔Hz〕48.5048.8049.1049.4049.7050.0050.3050.6050.9051.2051.50显示输出频率fd〔Hz〕Yw〔mm〕Y=|Yw-Ymin|1-3。1-3调速器整机静态特性试验整理数据-2-f〔Hz〕48.5048.8049.1049.4049.7050.0050.3050.6050.9051.2051.50接力器行程Y〔mm〕接力器行程Y〔mm〕依据1-31-1。f(Hz)51.5051.00150.50 50.0049.5049.00148.50 f

△fmax

△Ymax

频率降低接力器开大测点频率上升接力器关小测点248.0047.5047.00Y Y1 20 20 40 60 80 100 120 140 1601-1调速器整机静态特性曲线

180 200 Y(mm)frYMd(f)f

f Y ff Y ff Yb r

Y

M 2 1 M 1 2 Mp d( )YM

Y fr

Y-Y f2 1

Y-Y f2 1 rix两条曲线间的纵向最大区间为转速死区，即找出同一接力器开度下最大的频率偏差。但由于试验数据上无同一开度下频率偏差△fmax，有同一频率下的最大的开度偏差△Y

，通过关系式f

bfrY

，可得：max

max pYM

maxfi maxx fr

Yb maxp YM

byp

max-3-调整规律及调整系统动态仿真试验简介作为水轮机的把握器，调速器把握策略格外重要，虽然对各种型把握策略争论格外踊跃，但从有用的角度来说，PID调整规律仍为调速器的根本把握策略。发电机组自动调整系统是由调速器和被调整对象〔水轮机以及引水系统、发电机以及电网〕组成，调整系统稳定性及动态品质不仅与调速器调整规律有关，而且调整对象动态特性亲热相关。课本上第6、7章水轮机调整系统分析局部，运用经典把握理论的频率法和根轨迹法对调整系统进展了综合分析。但这种基于复频域的解析分析方法是一种间接争论把握系统的方法，比较抽象或不直观，不利于学生深入理解调整系统动态特性，造成了学习自动把握理论的主要障碍。将调速器调整规律以及调整系统动态过程通过计算机仿真及关心分析手段，可便利地得出时域中的解，即用图形曲线显示出来，来争论调整参数以及调整对象参数对调整系统动态特性的影响。语言编制程序运行保存数据，最终通过专用的图形处理软件输出曲线结果。MATLAB是近年来用于科学工程计算的高效率高级语言，应用越来越广泛，通过不断的版本升级更，其功能不断增加。现在已不仅是单一编程语言，已成为一种系统应用开发环境，其内容包含了一般的数值计算、系统动态仿真、自动把握、优化设计、系统识别、振动理论、时序分析、以及图形处理等几乎全部的MATLABSimulink象的可视化编程手段，能够便利地将水轮机调速器及调整系统动态构造图直接绘制出来，选择适宜的仿真参数和输出方式仿真运行，就可得出仿真数据或曲线结果，保存或直接打印输出。国家标准GB/T9652.1-1997《水轮机调速器与油压装置技术条件》中要求水轮机调整系统动态特性应符合以下规定：-4-⑴．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，观看过渡过程，以便选择调速器的运行参器不超过±0.25％，特小型调速器不超过±0.3％。假设机组手动空载转速摇摆相对值大于规定值，其自动空载转速摇摆相对值不得大于相应手动空载转速摇摆相对值。⑵．机组甩负荷后动态品质应到达100%额定负荷后，在转速变化过程中，超过稳态转速3%额定转速值以100%到机组摇摆值不超过±0.5%40s。试验目的MATLABSimulink建模及仿真方法；PID调整规律的影响；析调整参数和对象参数对调整系统稳定性和动态品质的影响。试验条件PC，配置PⅢ-500Hz64M40G及以上；试验步骤取出调速器动态构造图〔2-2〕中对应的环节，并将各局部正确连接起来后，再将调速器动态构造图封装成一个模块〔Createsubsyste，编辑调速器模块参数〔EditMask的调整参数；取出水轮发电机组动态构造图〔2-3〕中对应的环节，并将各局部正确连接起来后，再将机组动态构造图封装成一个模块〔Createsubsystem，编辑机组模块参数〔EditMask，最终双击调速器模块，选-5-择一组的调整对象参数；⑷．把调速器和机组、选择开关、阶跃输入信号、输出状态变量和示波器等连接成为机组调整系统仿真框图，其中调速器调整规律开环试验见图2-4，调整系2-5；〔00.12-6〔0.0sec〕〔50.0sec〕0.01sec，算法〔ode45〕2-8；M2-92-10；⑺．用图2-4调整规律曲线；⑻．用图2-5对象的参数，可得出不同的调整系统动态过程曲线。试验结果及分析6组典型曲线〔bt、Tdn2个值，求出曲线上对应的btTdn2-1PID参数与调整规律曲线关系。x(x(t)10tx(t)10ty(t)y(t)1tby(t)1tbTt db(1Tn)tTdT Tt1 t dbtT td n d2-1PID参数与调整规律曲线关系-6-㈠、PI调速器的传递函数：y(s)

Ts1 1 1sG(s)sr

x(s)

d

b bTst d t t d㈡、PID调速器的传递函数：y(s)

Ts1 1 T 1 TG(s)r

x(s)

(Ts1) d n) nssbn b T bTssbt d t d t d tn2-1设计与实测PIDn编号btbtTdTdTnT123456注：可取阶跃信号幅值为c=0.1。6组典型曲线〔即固定调整对象参数Tw、Ta、en，bt、Td、Tn各取1个值；固定调速器调整参数bt、d、n，T、Ta、n1个值6bt、、Tn，Tw、Ta、enTp、超调量δX6个参数对调整系统稳定性和动态过程品质的影响。62-26编号btTdTnTwTaenTpδX12345注：可取阶跃信号幅值为c=0.2，稳定区域△=±1%；可将图形中曲线放大后进展观测。-7-自行设计试验结果，并进展分析；〔比照试验结果与分析。的了解，更好把握调速器工作性能。参考方案2-2调速器动态构造框图2-3水轮发电机组动态构造框图-8-2-4调速器调整规律开环仿真试验图2-5调整系统闭环仿真试验图-9-2-6调整规律仿真试验时的阶跃信号/调速器参数/机组参数设置界面2-7调整系统动态仿真试验时的阶跃信号/调速器参数/机组参数设置界面-10-2-8系统仿真参数设置界面-11-2-9M函数及调整规律仿真曲线-12-图2-10 M函数及调整系统动态过程仿真曲线-13-附录：GYWT－PCC系列高油压调速器简介GYWT—PCC系列高油压调速器以可编程计算机把握器〔PCC〕为核心，选PowerPanelPP41集成式模块，液压放大局部选用标准液压元件，电液转换元件有电液比例阀和高速开关球阀两种，并配备具有高压气囊的压油罐，构成电液随动系统。具有把握性能优良、构造简洁、操作维护便利，牢靠性高等优点。一、系统构造及工作原理GYWT－PCC1PP41模块为核心的电气局部和高油压电液随动系统两大局部组成。显示显示RS485通讯按钮急停阀测频PCC可编程把握器手动阀组驱动器随动阀组导叶接力器开关量导叶电气反响外部信号调速器电气局部液压随动局部1调速器的系统构造图调速器电气局部GYWT－PCC系列调速器电气局部承受奥地利贝加莱公司生产的B&R2023系PCC的各功能模块为硬件，另设有开关电源、测频整形放大电路等局部组合而成的高牢靠性工业把握装置。PCC是一种专为工业环境设计的进展数字运算和操作的B&R2023PCC的平均无故障时30PCC为多任务分时操作系统，可将高ABCAB语言，可实现面对对象编程方式，使编程更简洁。⑶．具有-14-门时检测功能可完全由PCC模块实现频率测量，提高了调速器整体牢靠性。测频时大大简化了测频电路，极大地提高了牢靠性。测频输入整形测频输入整形可编程把握器2机组频率测量根本原理PP41B&R2023把握系统的集显示器、键盘、把握器为一体的把握单元，每条指令的执行速度可0.125μｓ，用户RAM700KB，PROM1.4MB109个输出开关量RS232和一个CAN模RS-232接口用作编程接口，CAN模块的主要功能是系统监控、程序执行等。A/DAI35112A/DPP41的螺钉CPU时间。AI351A/D转换。调速器液压放大局部〔GYWT-3000型〔GYWT-7500极少漏失，在检修期内一般不需补气，需要时用特地的补气装置和瓶装氮气可方-15-便地进展补气，节约了电站高压气系统的投资本钱，并降低了运行费用。而且，皮囊内所充氮气与油液不直接接触，油质不易劣化，延长压力油的使用寿命。电液转换元件承受电液比例阀或高性能高速开关阀，将电信号转换成具有压力的油根本上解决了电液转换器机械发卡和油路堵塞引起的把握失灵问题，从而使电液随动放大系统的工作牢靠性大大提高。油压装置〔压力油源系统〕12345、6787是一密闭的标准液压的压力容器，在其内部的橡胶皮囊中未使用前预先充有确定压力的氮气，可16Mpa时，取一般10Mp。当油泵启动，压力油进入压力容器压缩其内部的皮囊，使油压持续上升2调整，当蓄能器中的油压到达溢流阀设定压力，则溢流阀开头溢流，压力油不再进入蓄能器，保持系统的压力620μ，保证液压阀的正常工作；电接点压力表8无需再为调速器设置特地气源，降低了电站的本钱。10，电气局部输出的自动开机或关机电量信号分别加在电液比例阀开机或关机线圈上，电液比171416，连接到主接15上，把握主接力器的开大或关小，调整机组转速或出力。压锁关闭，操作手动切换阀13，把握主接力器的开大或关小。紧急停机电磁阀12动作，直接向主接力器关闭配油，使主接力器以最大速度关闭。其中双单向节流阀调整主接力器开关闭时间，分段关闭装置通过主接力器位置拐点把握关机侧排油管路上的节流孔，形成接力器两段关闭规律。附图2〔GYWT-7500型〕液压系统电液转换元件为高速开关电磁球阀，其中9为关机电磁球阀、12为开机电磁球阀，电气局部输出两路脉宽可调的脉冲信号，-16-分别把握开机、关机电磁球阀的动作。当电磁球阀带电时球阀开启，向液动换向阀供给压力油；当电磁球阀失电时自动关闭，向液动换向阀供给回油通路。液动13、分段关闭装置15，连接到主接力器油缸14上，把握主接力器的开大或关小。通过把握开关机电磁球阀协作及动作时间，可把握主接力器动作速度，到达连续调整机组转速或出力的目的。手动操作可直接由电磁球阀上的手动按钮来实现，人为手动操作开关按钮，11动作，使开启电磁球阀〔右侧〕输出接通回油，使关闭电磁球阀〔左侧〕输出接通压力油，液动换向阀右移，油管路A接回油，油管路B接压力油，使主接力器以最大速度关闭。其中调整液动阀两端的调整螺母，可限制液动阀芯的动作行程，即限制了液动阀输出油路开口，从而到达整定开关机时间的目的。分段关闭装置通过主接力器位置拐点把握关机侧排油管路上的节流孔，形成接力器两段关闭规律。二、主要功能及参数主要功能把握。速自动准同期并网。⑶．自动调整与安排负荷：机组并入电网，调速器将依据其整定的bp值和电网频差，自动调整机组出力。⑷．开停机操作：承受中控室或上位机指令，实现开停机操作。行与手动操作的相互切换。⑹．能便利地实现与上位机的通讯。主要技术参数-17-⑴．转速死区 ix≤0.04%⑵．静特性曲线的非线性度 ε≤5%甩25%负荷时接力器不动时间 Tq≤0.2sec⑷．机频、网频电压范围： AC0.3~110V⑸．电源： 及DC220V±10%⑹．工作油压： 16Mpa调整参数范围KP0~20⑵．积分系数KI0~101/secKD0~5secbp0~10%Wf0~1HzFG45~55HzPG三、参数设置及运行操作0~100%〔一、人机界面GYWT—PCC调速器的显示包括液晶显示器和运行指示灯显示。GYWT—PCC调速器的液晶显示器及键盘由一个1/4VGA液晶显示器和40个薄膜按键组成如图3所示显示画面共二幅由PP41自动切换或通过按键4所示。其次幅为运行画面：显示运行5在运行画面中的显示“跟踪频给”位置，假设设置调速器并网时为跟踪电网频则显示“跟踪频给”。-18-在需要设置参数时，按下 键，则画面显示“请输入口令，这时按数字键输入口令，再按回车键 确认，则进入参数设置画面，参数设置画面如以下图。通过光标把握键 、 、 、 、上、下、左、右移动光标至要修改的参数，然后用数字键输入参数〔留意：小数点键位于四个光标键的中间假设输入出错，用回退键 删除最终一个数字，最终用回车键确认。设置完成后按“保存参数”键保存参数，再按 键转至运行画面。3PP41面板-19-4初始上电画面5运行画面频率跟踪方式选择时，按“跟踪网频”键则该键左上方LED灯亮，则调速器设置为跟踪电网频率方式运行；按“跟踪频给”键则该键左上方LED灯亮，则调速器设置为跟踪频率给定方式运行。运行方式选择时，按“单机运行”键则该键左上方LED灯亮，则调速器设置为单机运行方式〔该运行方式适合于单机或并入小网运行LED灯亮，则调速器设置为并大网运行方式。-20-6参数设置画面各参数设置及范围如下：比例系数: “Kp”—————设定范围0～20积分系数: 设定范围0～101/sec微分系数: —————设定范围0～5sec永态转差系数:“bp0～10%空载开限: —————设定范围0～80%开度限制: 设定范围0～100%转速死区: “Wf”—————设定范围0～1Hz开机时间： “Tkj”—————设定范围0～100sec脉宽系数： —————设定范围0～100设定范围为0～10。设置随动系统死区“MM”是为