数字插装式调速器的研究与应用

数字插装式调速器的研究与应用

1总结该收割机是控制水波发电的重要设备。2数字插值机械调速器2.1插装式调速器主要控制主阀设计数字插装式调速器与传统类型的微机调速器总体结构基本相同(分别见图1(a)、(b)),主要包括微机调节器和液压随动系统两部分,但两者也有区别。传统微机调速器主要利用微机调节器输出的模拟量对液压系统的先导阀进行控制进而控制主阀,而数字插装式调速器主要采用脉冲宽度调制(PWM)控制方式,利用微机调节器输出的脉冲量对高速开关阀或电磁阀进行控制,从而控制液动阀或插装阀。两者在结构上的主要区别在于液压随动系统,插装式调速器主要以高速开关阀为先导控制阀,液动换向阀和二通插装阀为主控制阀,传统微机调速器现阶段主要以比例伺服阀、伺服电机等电/液转换元件为先导阀,以主配压阀为主控制阀。两种类型调速器在电气控制回路上也有区别,传统微机调速器普遍采用调节器输出的经过D/A模块转换后的模拟量,再经过放大作用于先导控制阀,进而控制主配推动接力器运动。而数字插装式调速器则采用PWM控制方式利用调节器直接输出的脉冲量,其电气控制输出取消了数字量到模拟量之间的转换模块,可直接作用于液压系统。液压系统则根据“液阻”理论2.2插装式调速器主控制阀数字插装式水轮机调速器采用的插装技术通常是基于先导控制、阀座主级、插装式联接插装阀从原理上讲,是一种“单个控制液阻”插装阀油路的通断利用作用在阀芯的合力和方向来决定,由力学原理可知,阀芯所受合力∑F为:式中,F由式(1)、(2)可知,当∑F>0时,A、B腔油路断开,当∑F<0时,阀芯打开,A、B腔油路实现通路,即通过先导控制阀控制油腔K的压力控制阀芯的开启和闭合,从而实现油路A、B腔的通断,即在实际工程应用中形成了接力器的开关动作。高速开关阀作为一种新型的数字式液压元件,其采用脉冲控制方式,直接根据一系列脉冲信号进行开关动作。与伺服阀、比例阀的连续控制方式不同,高速开关阀主要采用PWM方法进行高速开关动作进而控制其通过阀的平均流量。高速开关阀应用于液压控制系统中,主要利用控制器输出的脉冲量的宽度和频率来控制液压系统的平均流量,无需D/A转换,可直接与控制器接口,简化了整个系统结构,有效降低了制造成本。但高速开关阀工作频率很高,其通流能力偏小,在一些大流量、大功率的液压控制中无法直接驱动液压控制系统数字插装式调速器主控制阀即插装阀的选择与传统微机调速器主配的选择原则基本一致,需在额定压力下考虑最大通流能力以满足水轮机调节保证计算。由于插装阀灵活组合以及先导控制阀选择性多等特点,在设计液压控制系统时比传统液压系统复杂。同时在设计过程中也需考虑先导控制阀及液动换向阀的最大通流能力,否则影响整个系统的调节精度和响应速度。通常可以选用高速开关阀、比例阀等作为先导阀控制主阀以满足调节精度和响应速度要求;对于只需要换向的先导阀,如开停机阀、急停阀、事故配压阀,可选用普通的电磁阀。水轮机调节系统中对于导水机构的控制,对水轮机在运行过程面临的大波动和小波动调节的响应速度、调节精度以及稳定性提出了相关要求,液压系统调节的时间和控制精度符合要求,导水机构运动平稳,整个液压控制回路压力冲击小。因此,考虑到水轮机调节的特殊性和复杂性,数字插装式调速器选用合适的先导控制阀驱动液动换向阀或插装阀非常重要。由于比例阀、高速开关阀作为引导阀可实现对插装阀控制腔压力/流量的连续控制,故插装阀主阀芯开度可以得到成比例调节,解决了运动平稳性与压力冲击问题。数字插装式水轮机调速器的电气控制原理及液压随动系统框图分别见图3、4。3数字插值器的应用3.1调节范围及控制策略对机组agc稳定性的影响数字插装式调速器在国内水电站的工程应用已经形成流域性、全厂性、规模化应用(图5),湖南省柘溪水力发电厂2×250MW混流式机组、福建省水口发电厂7×200MW轴流转桨机组、广西自治区红花水电厂6×38MW贯流式机组等大型机组均采用了数字插装式调速器。湖南省碗米坡水电站3×80MW混流式机组采用数字闭环功率调节优先,脉冲调节后备控制,这种控制策略既提高了AGC控制效率,又保证了一次调频与AGC的协调一致。对于贯流式水轮发电机组,机组转动惯量偏小,水流的惯性对于机组的波动和飞逸转速影响显著。对于由水力、机械、电气等方面综合因素造成的机组在波动过渡过程中产生的有关问题,需综合考虑调速器的调节性能和机组的安全稳定运行,因此需优化其控制策略。工程应用中通常采用加快桨叶关闭时间,程序控制方面采用增加空载限制开度以及分段关闭等策略来解决贯流机组在甩负荷过程中出现的低频灭磁和过速问题,广西中广核红花水电站贯流式机组采用上述控制策略成功解决了困扰其长期运行的问题。3.2动态过渡过程复杂数字插装式水轮机调速器出口至洪都拉斯、巴基斯坦、越南、缅甸、叙利亚、赞比亚、白俄罗斯、巴拿马等国家,在国外也获得了大量工程应用。赞比亚伦佐水电站从其连接的电网线路来说,最短为30km、最长为220km,现场负荷类型基本为照明用电,即纯电阻性负荷。对于纯电阻性负载的孤网,其动态过渡过程十分复杂,涉及水力-机械-电力系统复杂的耦合关系,且纯电阻性负载的电力系统本质上提供的是零阻尼或负阻尼,这样的孤网系统本质上很难稳定。赞比亚伦佐水电站冲击式机组采用数字插装式调速器有效解决了其所属的北部电网孤网运行问题,对孤网运行情况判断迅速准确、及时切换控制模式及参数、调节过程快捷稳定4数字插装式调速器a.数字插装式调速器作为调速器控制的一个新方向具有很高的应用价值,其相关控制策略和规律对于解决机组运行中的实际问题有较好借鉴意义。b.数字插装式调速器采用高速开关阀和插装阀作为液