汽轮机调节系统课件

第一章汽轮机调节

的基本概念

Chapter1BasicConceptsofTurbineControl

第一章：汽轮机调节的基本概念

Chapter1BasicConceptsofTurbineControl

第一节汽轮机自动调节的基本内容

Section1BasicContentsofSteamTurbine

汽轮机是大型高转速的原动机，汽轮机调节的任务首先是保证汽轮机安全运行，其次满足用户的功率需要，保证供电质量----电压和频率。所以汽轮机都具有相当完善的自动控制系统，它包含以下几方面的内容：

二、自动保护系统：Auto-ProtectingSystem三、自动调节系统：Auto-controlSystem四、程序控制系统：Program-controlSystem一、自动检测系统：Auto-checkingSystem自动检测系统

汽轮机上装有各种检测仪表，以监视主要运行参数。此外还具备自动记录、报警功能，在计算机的配合下实现预测、事故追记、效率计算等功能。目前自动检测内容包括：自动检测内容

发电机功率、新蒸汽压力与温度、真空度、监视段压力、润滑油压、调节油压、转速、油动机行程、转子轴向位移、转子与汽缸的相对膨胀、汽缸与转子的热应力、汽轮机的振动、主轴挠度、轴承温度与润滑油温度、推力瓦温度、推力轴承油膜压力、油箱油位、上下汽缸温度差。

自动保护系统

为保护机组不受损害而设置该系统，当运行数超出正常范围时，它会报警或采取措施。紧急情况下及时动作，自动停机。目前汽轮机自动保护装置主要有超速保护（多重保护）、低油压保护、轴向位移保护、胀差保护、低真空保护、振动保护等功能。自动调节系统

该系统用于保证汽轮发电机组供电的质量和数量，满足用户需要。为保证频率，对转速的要求较高，但大机组的调节系统还引入其它参数作为输入量。程序控制系统

即汽轮机自启停控制系统。目前大机组主要根据机组热应力来控制其启停过程的。运用该系统对经济性和可靠性有利。电气液压式调节系统：Electric-HydraulicControlSystem机械液压式调节系统：Mechanical-HydraulicControlSystem第二节汽轮机自动调节系统的发展

DevelopmentofTurbineControlSystem自动调节系统经历了以下阶段：模拟电气液压式调节系统：AnalogElectric-HydraulicControlSystem数字电液调节系统：DigitalElectric-HydraulicControlSystemc机械液压式调节系统：Mechanical-HydraulicControlSystem

控制器执行器（机械的）（液压的）此系统通常只具有窄范围的闭环转速调节功能和超速跳闸功能，并且系统的响应速度较低，由于机械间隙引起的迟缓率较大、静态特性是固定的，不能根据要求任意改变，但是由于它的可靠性高且能满足机组运行的基本要求，所以至今仍200MW以下机组多用它。电气液压式调节系统：Electric-HydraulicControlSystem

控制器1T执行器控制器2模拟式电气液压式调节系统：AnalogElectric-HydraulicControlSystem

控制器执行器（模拟电路的）（液压的）

数字式电气液压式调节系统：DigitalElectric-HydraulicControlSystem

控制器执行器（数字计算机的）（液压的）第三节汽轮机调节的基本原理

Section3PrincipalofControlSystem2、调节系统的组成3、典型调节系统的介绍1、汽轮机调节的任务4、调节系统的静态特性

我们知道汽轮机是利用蒸汽的热能来作功的原动机，它带动发电机向外界用户供电。由于用户的用电量随时变化，电能又不能大量储存，所以机组负荷必须随时根据外界要求而变化。同时电压、频率还不能有大的波动，所有这些都要靠调节系统来实现。在汽轮机中将学到，功率的大小取决于进汽量和蒸汽作功能力的大小。出于经济考虑，通常采用控制进汽量的方法来调整功率，电压由励磁电流调整，频率单值取决于转速。保证供电的质和量就是汽轮机调节的任务，这离不开调节系统。它就象大脑，支配汽轮机维持转速不变、所带负荷与用户要求相一致。那么是如何实现的呢？汽机调节的任务TaskofGoverning

维持转速的原理见力矩方程和力矩平衡图。

负荷的改变是通过改变进汽量来实现的，具体过程见下图：汽机调节的任务TaskofGoverning感受机构传动放大机构配汽机构反馈机构调节对象调节系统的组成ComposeofControlSystem

目前我国发电用汽轮机调节系统有两种形式：机械液压式（或全液压式）和数字电液调节系统，它们都是间接的有差调节系统，调节系统的组成

图中调节对象指汽轮发电机组，配汽机构指调节阀，感受机构和传动放大机构类型较多，相对复杂些。这在以后逐步介绍。

典型液压调节系统介绍：IntroductionofTypicalHydraulicControlSystem

典型系统工作原理见挂图或胶片。感受机构：（Sensor）有三种类型：机械、液压、电子（工作原理以后讲）。液调用前两种，电调用后者。前二者工作原理如下：

1、高速弹性调速器：见实物。

2、径向泵和旋转阻尼：见挂图。

传动放大机构：位于感、配之间的部分。信号的传递和放大过程见200MW机组调节系统录像。

执行机构（配汽机构）：包括传动机构和调节阀

调节系统的静态特性：Static-property1、定义：稳态时，调节系统输出量与输入量之间的关系称为静态特性。

2、静态特性曲线的求取：

3、（局部）速度变动率、：是的特例：

当负荷从零变到P0的时候，就是了。3、1速度变动率对机组的影响：

3、1、1并网时的负荷分配特性：3、1、2一次调频：3、1、3甩负荷时的速度变动：单机缓慢将负荷减到零，转速从而甩负荷时，最高转速将超过此值，为不使保安器动作，一般应小于6%。

3、1、4不同工况时的稳定运行：静态特性线的合理形状：讲清为何两端陡、中间缓；局部速度变动率及应用举例。

4、迟缓率：

4、1定义：

4、2迟缓率对机组运行的影响单机转速在范围内波动。并列功率在范围内晃动。

4、3减小迟缓方法：提高每个元件灵敏度。同步器：为解决由于机组功率和转速一一对应的关系而带来的无法同时满足负荷和频率要求的矛盾，设立了同步器。电调机组由计算机代替。

1、同步器作用：单机运行时：转速给定并列运行时：功率给定

2、二次调频：在电网周波不符合要求时，操作电网中某些机组的同步器（或通过计算机发出指令），增加或减少它们的功率使电网周波恢复正常。这一过程称二次调频。

注意：二次调频与一次调频不同。整个电网负荷不变，被操作同步器的机组增加或减少的功率和，被其他机组经一次调频减少或增加的功率和抵消。3、同步器的工作原理：（见挂图）强调一点：转速不变，用同步器改变了z---n的对应关系，从而使n---P（静态特性）关系改变。4、同步器的工作范围：一般为-5%----+7%。保证机组在高周波低参数时能带满负荷、在低周波高参数时可以空负荷。课内小结：Summary第一节汽轮机自动调节的基本内容自动检测系统、自动保护系统、自动调节系统、程序控制系统第二节汽轮机自动调节系统的发展机械液压式、电气液压式、模拟电气液压式、数字电液调节系统第三节汽轮机调节的基本原理汽轮机调节的任务、典型液压调节系统介绍、调节系统的静态特性、同步器课后思考题1、自动检测系统的检测内容有哪些？2、自动保护系统有哪些保护功能？3、汽轮机调节的任务是什么？4、什么是调节系统的静态特性？特性曲线如何获得？5、调节系统是如何改变负荷并维持频率基本不变的？6、什么是（局部）速度变动率？对机组有什么影响？7、什么是迟缓率？对机组运行有何影响？如何减小？8、说明同步器的工作原理、作用、工作范围；什么是一、二次调频？课后作业1、某额定功率为200MW的机组，其速度变动率为5%，现带180MW负荷运行，在电网频率不变的条件下，用同步器将其特性线向下平移15转/分钟，问平移后机组所带负荷有多大？2、课后思考题中的第4、6、7、8题。

参考书：Reference1、电厂汽轮机第六章1--6节朱新华张延峰等电力出版社2、铁岭电厂培训教材张延峰等3、汽轮机调节叶荣学电力出版社4、阜新电厂培训教材辽宁科技出版社第二章功频电液调节系统

Power-FrequencyEHControlSystem课前复习1、自动检测系统的检测内容有哪些？2、自动保护系统有哪些保护功能？3、汽轮机调节的任务是什么？4、什么是调节系统的静态特性？特性曲线如何获得？5、调节系统是如何改变负荷并维持频率基本不变的？6、什么是（局部）速度变动率？对机组有什么影响？7、什么是迟缓率？对机组运行有何影响？如何减小？8、说明同步器的工作原理、作用、工作范围；什么是一、二次调频？第三节汽轮机调节的基本原理

Section3PrincipleofControlSystem对调节系统的要求：（TheDemandtoTheControlSystem)

1、静态特性的要求：动态性能指标影响动态性能的主要因素2、动态特性的要求：

1）随功率增加而转速下降的可调倾斜特性。形状合理。

2）当主汽阀全开、蒸汽参数额定时，调节系统应能维持空负荷时运行稳定，转速摆动不明显

3）在每一负荷下，负荷摆动小于2%N。。

4）调节系统的速度变动率=4.5--5.5%，迟缓率<0.3--0.5%(液压）<0.1%（电液）

5）有同步器可平移静态特性线，范围-5---+7%6）各部套结构简单，性能良好，调整方便，安全可靠。

7）主汽阀关闭时间：1秒（10万以下）0.5秒。

8）供热机组，热电负荷相互干扰不大于15--20%，调压器正常，压力变动率10--20%，有供热流量增加，蒸汽压力下降的可调倾斜特性。从一个稳定状态到另一个稳定状态的过程特性。其性能指标包括：

1、稳定性（必须的）：机组运行时遇到扰动，能够很快过渡到新的稳定工况。

2、超调量：机组最大飞升转速与稳定值之差。最大飞升转速应低于危急遮断器动作转速。

3、过渡过程时间：从外扰引起调节开始到被调量满足要求为止的最短时间。<=1分钟

4、振荡次数：小于2---3次。影响因素：

1、调节对象：转子飞升时间常数和中间容积时间常数。飞升时间常数越小、中间容积时间常数越大，动态特性越差，稳定性不好。

2、调节系统：油动机时间常数、变动率、迟缓率。油动机时间常数小、变动率大、迟缓率小，则稳定性好。第四节：中间再热式汽轮机调节特点

ControlPropertyofReheatTurbine中间再热带来的问题：ProblemBecauseofReheat1、中低压缸功率滞后：

2、设置中压调节阀及其动作规律；

3、机组只能采用单元制，必须设旁路系统。单元机组的控制运行方式：TheRunningWayofUnits

1、锅炉跟随的控制方式：2、汽轮机跟随的控制方式：（定压运行）3、汽轮机跟随的控制方式：（滑压运行）4、机炉协调控制方式：功率调节器B主汽压调节器1、锅炉跟随的控制方式：

利用锅炉蓄热，主汽压力变化较大。流量锅炉主信号压力功率指令

燃料控制阀调节阀

2、汽机跟随的控制方式：（常压）

主汽压波动小，但功率迟缓，只适宜直流炉带基本负荷运行。

功率调节器B主汽压调节器

3、汽机跟随的控制方式：（滑压）调节阀开度不变，功率变燃料量变，采用前反馈控制或改进方法，功率增加，先开大调节阀利用蓄热，后提高燃料量。

功率调节器B

4、机炉协调控制方式：（常压）特点：将部分锅炉蓄热用于汽轮机迅速发出功率，另一方面同时改变锅炉出力，以适应发电机功率输出。同时将功率指令和主汽压力偏差信号均输入锅炉调节系统来控制燃烧率，迅速改变锅炉负荷，使机组功率与要求一致，并维持主汽压波动不大。

锅炉控制B汽机控制功率指令发电机功率功率偏差调节阀燃料控制阀锅炉主指令主汽压给定主汽压力机炉综合控制器第二章功频电液调节系统

Power-FrequencyEHControlSystem较早时期的调节系统只是根据转速变化进行阀门开度的调节，而不是直接调节产生的功率。这就带来一个问题：对于单元机组，当蒸汽参数变化时，相同的阀门开度所对应的功率并不同，况且中间容积影响了中低压缸的功率响应速度，这使得机组对负荷的适应性差，实际功率可能与要求不同。为解决这以问题引入功率信号。第一节功频电液调节系统的工作原理

Section1PrincipleofPFEHCS

功频电液调节系统的基本原理图见教材图2-1。主要包括电调和液压放大两部分。（注意负荷变化、参数变化、功率滞后补偿分别如何实现）系统框图如下：给定UgEH油动机蒸汽容积HP测功UNUnPIRH-IP、LP扰动测速转子+负荷-第二节功频电液调节系统的静态特性

Section2StaticPropertyofPFEHCS稳态时△n与△N的关系称为静态特性。对功频调节系统，由于：

Ug+UN+Un=0当给定值Ug不变、另二者变化时，必有：

Ug+（UN+△UN

）+（Un+△Un）=0即△UN+△Un=0设测功、测速单元的转换系数分别为KN

、Kn则△UN=KN△N；△Un=Kn△n∴△N=-Kn/KN△n=K△n

可见：K为与蒸汽参数无关的常数，所以功频电液调节系统静态特性线为一直线。第三节功频电液调节系统的反调现象

Section3Anti-governingofPFEHCS由于技术上的原因，作为反馈件的功率调节器只能以发电机功率代替汽轮机功率。正常调节时，功率偏小则输出一个信号，开大调节门，使进汽量增加达到功率平衡。然而当甩负荷时，发电机与电网解列，功率为零，我们希望快速关门，防止超速，但该装置仍然输出开大调节门的信号。此谓反调。对机组稳定不利。克服反调的方法有：系统中引入转速微分信号；测功元件串联一滞后环节；引入负功率微分信号；甩负荷时同时切除功率给定信号。课内小结Summary课后思考1、对调节系统的要求是什么？2、动态特性指标有哪些？影响因素是什么？3、中间再热为什么会导致中低压缸功率滞后？4、单元制机组的运行控制方式有哪几种？各有何特点？画出框图。（本题作业）5、画出功频电液调节系统的方框图，并说明为什么会出现反调现象，如何克服？（本题作业）参考资料：Reference1、电厂汽轮机第六章朱新华张延峰等电力出版社2、汽轮机原理及运行第六章沈士一等电力出版社3、热工过程自动调节

第三章汽轮机数字

电夜调节系统

Digitalelectrichydrauliccontrolsystem课前复习1、对调节系统的要求是什么？2、动态特性指标有哪些？影响因素是什么？3、中间再热为什么会导致中低压缸功率滞后？4、单元制机组的运行控制方式有哪几种？各有何特点？画出框图。5、说明功频电液调节系统为什么会出现反调现象，如何克服？第三章数字电液调节系统

Digital-Electric-HydraulicControlSystem

第一章中介绍了，调节系统经历的四个阶段，但无论何种系统，其执行部分仍采用液动。力量大，动作快，体积小，比较可靠。DEH系统是Digital-Electric-HydraulicControlSystem的简写，它与液压式调节系统有本质的不同。而且润滑油与调节系统用油分离，前者仍用透平油，后者已经由高压EH油代替。其信号传递大致如下：

DEH控制器电液伺服执行机构油动机调节阀、主汽门第一节DEH系统的组成

Section1ComposeofDEH

DEH由电子控制器和EH供油系统组成。1、作用一、电子控制器：ElectronicController2、组成二、EH系统部分：ThePartofEHSystem1、EH供油系统2、电液伺服执行机构3、危急遮断系统主汽门调节汽门电子控制器的作用

电子控制器是混合式控制系统，由数字系统和模拟系统组成。数字系统完成输入信息的处理、检查、设定值的计算处理和控制运算。其输出通过模拟系统来设置模拟量的阀位讯号。由阀位讯号经电液伺服执行机构来控制主汽门和调节汽门。数字系统模拟系统A/DD/Au控制器执行器电液转换（阀位信号）电子控制器的组成电子控制器由以下部分组成：1、硬件2、数字系统3、模拟系统电子控制器的硬件：DEH控制柜00：计算机柜、执行诊断监控01：基本控制模拟量、开关量、输入输出02：阀门控制柜03（04）：汽机自动控制（寿命）柜05：UPS电源柜操作站图象站调试终端操作盘显示盘PC机：管理CRT和打印机CRT、打印机基本控制调试终端ATC调试终端电子控制器的数字系统硬件软件基本控制计算机ATC控制计算机双机容错数据采集、通讯、操作系统输入输出接口基本管理部分基本控制部分ATC部分电子控制器的模拟系统Ⅰ、数模转换器：将数字系统产生的阀门控制数字信号转换成模拟量信号，再送至阀门伺服回路。Ⅱ、手操设备系统：当DEH的计算机系统发生故障时，运行人员可通过手操系统来实现对机组的控制，因此计算机可进行“在线”检修和维护，不影响机组的正常运行。

手操系统主要接受以下信号：

①操作台来的阀位操作信号。当运行人员按操作盘上加（减）负荷（转速）时，就有一个信号手操可逆计数器，使它向增大（减小）方向记数。

记数器输出的记数值通过数模转换器向阀门伺服回路送去一个模拟信号，使阀门开大（关小）②主汽门压力控制器来减负荷信号：在模拟系统中也有一个主汽门压力控制器，它是在DEH系统切换到手操时实现对主汽门压力控制的。当主汽门压力模拟量信号低于某一给定值时，它就向可逆计数器发出减负荷信号，使之向减小方向记数以便关小调节阀门，直至主汽门压力恢复到给定值或调节门开度达到全量程的29%为止。③跳闸减负荷信号：一是出现电气主开关跳闸时，就有一减负荷信号送到手操可逆计数器，使之向减小方向记数以关闭调节阀。模拟系统之手操设备系统模拟系统之手操设备系统④返回信号（RUNBACK）：同数字系统一样，在模拟系统中也有模拟的返回功能，在必要时，为保护机组而实行快速减负荷。手操可逆计数器一旦接受返回信号就能向减小方向记数使调节门关小。⑤数字系统来的输出跟踪信号：当DEH处于自动方式时，数字系统的输出通过数模转换器得到一个模拟量的阀门开度要求信号，在送往阀门伺服回路的同时，也送到手操可逆计数器，使手操系统输出的阀门开度要求信号跟踪数字系统的输出，DEH系统在自动切换到手动时是无扰动的。模拟系统之阀门伺服回路的电气接口阀门伺服回路的电气接口：汽机的主汽门和调节阀门都是由液压来开启或关闭的，而阀门伺服回路所接受的是数模转换器输出的模拟电气信号。因此，在伺服回路中必须有：

①将阀门开度的模拟电气信号转换成液压信号的电液转换装置。②将阀门开度的机械位移信号转换成电气信号的装置。③为实现某些保护功能，伺服系统中必须有能实现阀门快速关闭的装置。

模拟系统之阀门伺服回路的电气接口

数模转换器来的阀门开度要求信号和阀位反馈信号比较后，其偏差经伺服放大后送入伺服阀，该伺服阀起到电液转换器的功能。它根据输入信号的极性去开启或关闭调节阀门（主汽门）。在油动机上装有一个位移差动变送器（LVDT），它根据油动机活塞的移动位置（阀门开度）产生一个阀位电气信号作为阀位反馈信号送至伺服系统的输入端。超速保护控制器（OPC）：由三部分组成：

中压调节阀门快关作用（甩部分负荷保护）CIV；

负荷下跌预测功能LDA（甩全负荷保护）；

超速控制功能（超速保护）。EH系统部分----EH供油系统

提供高压抗燃油，驱动伺服执行机构。具体内容将在以后介绍。EH系统部分-----执行机构

配汽机构包括两台高压主汽门、六台高压调节汽门和两台再热主汽门、二台再热调节汽门。各个蒸汽阀位置是由各自的伺服执行机构控制的。在执行机构中，油缸和弹簧组成油动机，高压抗燃油可使油缸打开蒸汽阀门，而弹簧用来关闭蒸汽阀门。

开关型执行机构：中压主汽门。

控制型执行机构：高压主汽门、高、中压调节汽门。EH系统部分-----危急遮断系统自动停机危急遮断系统（AST）：包括危急跳闸ETS、机械超速和手动停机（110--113%）

ETS监视的指标：转速、推力轴承磨损、润滑油压低、EH油压低、低真空、DEH失电、MFT、发电机主保护、机组振动。任一指标超限，均发出警报以至停机。OPC系统；危急遮断控制块及电磁阀：四个AST、二个OPC电磁阀，正常时带电关闭。另有2个单向阀。试验组件：装在前轴承座边上，监视EH油压和试验各压力开关。第二节DEH系统功能

FunctionofDEH一、运行方式：OperationTypeDEH可在下列任何一种方式下运行，相邻两状态方式间可无扰动切换。

二级手动一级手动操作员自动ATC1、二级手动：最低级，仅作备用，系统全部由常规的模拟部件组成。2、一级手动：开环运行方式。操作员在操作盘上按键控制阀门开度，各按钮之间有逻辑互锁，此方式作为自动方式的备用。

3、操作员自动方式：是最基本的运行方式，用这种方式可实现汽轮机转速和负荷的闭环控制，并具有各种保护功能。该方式设有完全相同的A和B双机系统，两机容错，具有跟踪和自动切换功能，也可以强迫切换。在该方式下，目标转速和目标负荷及其速率，均由操作员自定。

4、ATC运行方式：基于操作员之上。目标转速、负荷、升速率和升负荷率均来自内部计算设备或外部设备。二、系统功能

TheSystem’sFunction1、汽轮机自动程序控制（ATC）2、汽轮机的负荷自动调节3、汽轮机的自动保护功能4、机组和DEH系统的监控功能汽轮机的自动程序控制(ATC)

操作员通过一个单独按钮就能使机组从盘车转速升到同步转速，同时尽可能降低启停过程的热应力，使启动机组和机组加负荷所需的时间最少。DEH调节系统的自动程序控制，是通过状态监测，计算转子热应力，并在机组应力允许范围内，优化启停过程。用最大的速率和最短的时间实现机组启动过程的全部自动化。

ATC允许机组有冷态和热态启动两种方式。冷态启动从盘车、升速、并网到带负荷。其间各操作、阀门切换全由计算机控制。在非启停过程中，还可以实现ATC监督。汽轮机的负荷自动调节功能在负荷控制阶段，有以下功能：1、有转速控制回路和负荷控制回路。2、根据要求，可选择参与一次调频或带基本负荷。3、负荷上下限和升降负荷率有运行人员调整设置。4、迅速、自动冲过临界转速。5、有调节级压力反馈和电功率反馈回路，可在负荷大于10%时由运行人员选择是否投入。6、适应冷、热、温态启动。7、可选择定压运行或滑压运行方式。定压时有阀门管理功能：单阀、顺序阀。保证获得最大效率。汽轮机的负荷自动调节功能8、适应电厂的炉跟机、机跟炉、机炉协调等运行方式。9、有与自动同期装置的接口，能接受从CCS协调控制系统、电厂调度装置和运行人员操作盘来的目标负荷指令，自动控制汽轮机出力。10、对控制系统所有的重要模拟量进行3选2处理，对重要开关量进行2选，对操作员输入命令按预定的规则进行检查。11、阀门试验：操作人员通过按钮自动对高中压缸主汽门、调节门进行全行程阀门试验。汽轮机的自动保护功能DEH的保护系统有如下三种保护功能：1、超速保护（OPC）2、危急遮断控制（ETS）3、机械超速保护和手动脱扣自动保护功能----危急遮断控制（ETS）该保护是在ETS系统检测到机组超速达到110%n0或其它安全指标达到安全界限后，通过AST电磁阀关闭所有的主汽门和调节汽门，实行紧急停机。自动保护功能----超速保护（OPC）甩全负荷超速保护：因油开关跳闸，迅速关闭调门，延迟一段时间后再开启调门，维持汽机空转，保证汽机迅速再并网。甩部分负荷保护：当电网中某一相发生接地故障，引起发电机功率突降，从而使汽机实发功率与发电机功率不匹配，为维持电网稳定，保护电网系统，迅速将中压调门快关一下，然后再开启，维持正常运行。超速保护：当110%n0>n>103%n0时，迅速将高、中压调节阀关闭。自动保护功能----机械超速保护和手动脱扣前者属于超速的多重保护，即当转速高于110%n0时实行紧急停机；后者为保护系统不起作用时进行手动停机，以保障设备和人身安全。机组和DEH系统的监控功能该系统在启停和运行过程中对机组和DEH装置两部分运行状况进行监督。内容包括：操作按钮状态指示和CRT画面（16个）状态指示。其中对DEH监控的内容包括：重要通道、电源和内部程序的运行情况等；CRT画面包括机组和系统的重要参数、运行曲线、潮流趋势和故障自动显示、记录打印等。该系统给操作员提供机组运行状态及操作指导。课内小结Summary重点和难点

Important&DifficultPoints重点：DEH系统的组成、功能、运行方式及它们之间的关系，自动保护功能的内容。难点：电子控制器的组成、作用。尤其是模拟、数字部分。课后思考Assignment1、说明DEH系统的组成，并简要说明各组成部分的作用。2、DEH有哪几种运行方式？它们之间有何关系？3、DEH系统有哪些功能？4、在负荷控制阶段，DEH系统有哪些功能？5、DEH系统有哪几种保护功能？它们分别在什么情况下动作？目的分别是什么？6、3、4、5题作业。第四章

数字系统

Digitalsystem数字系统自动控制系统设定值处理和控制运算高压主汽门的数字系统高压调节汽门的数字系统中压调节汽门的数字系统第一节自动控制系统AutocontrolsystemDEH调节系统TV控制系统GV控制系统IV控制系统各系统按一定逻辑协调工作一、转速调节SpeedcontrolBYPASSOFF(冷态高压主汽门启动)阀门TVGVIV冲转前全关全关全关0~2900（TC）控制全开全开2900（GC）控制~全开全开~控制全开2900~3000全开控制全开BYPASSON（热态中压缸启动）阀门冲转前0~260026002600~290029002900~3000

（阀切换）（阀切换）

TV全关全关全关~控制控制控制~全开全开

GV全关全开全开全开全开~控制控制

IV全关控制控制~不变不变不变不变0~30%30%全开全开控制控制控制全开二、负荷调节Loadcontrol内环IMP调节级压力中环MW功率外环 WS转速负荷调节三个串级回路构成，控制GV三、其他调节Otherscontrol可完成AS、CCS、RUNBACK、ATC等第二节设定值处理和控制运算Treatingreferenceandcontrolcalculation设定值处理控制运算阀门管理一、设定值处理Treatingreference转速调节——设定值为转速负荷调节——设定值为负荷不同工作方式设定值处理不同，如图4-4主汽门压力控制（TPC）当主汽压低于某值，GV开度大于全量程的20%，则DEH系统按规定的速率降低负荷设定值，关小GV，直至主汽压上升到给定值或GV关小至全量程的20%。优选，按其要求设置给定值。

外部设定值返回（EXTERNALREFERENCERUNBACK）包括发电机开关跳闸，DEH系统根据预定的速率或外部选定的速率降低设定值，直至负荷达到规定值。手操控制（MANUAL）自动控制功能被切除，数字系统的控制输出跟踪手操系统。当控制系统从手操切换到自动时，无扰动。自动控制（AUTO）机组负荷由运行人员给定，在控制盘上设置要求的负荷值和负荷的变化率，然后输入GO的键命令，DEH系统根据此要求改变负荷设定值，直到达到运行人员的要求。

自启动控制（ATC）自启停程序给定设定值和速率。厂级计算机或数据链控制（PLANTCOMPUTER）

计算机根据控制源送来的负荷要求值和变化率，调整控制系统的设定值。自动同步控制（AS）

在n=（+10~-50）n0时，投入自动同步器控制方式，DEH系统接受转速要求信号，调整控制系统的速度设定值，使机组与电网频率自动同步并网。

中心调度自动控制（AUTODISPATCHSYSTEM）机组负荷由中心调度调配，DEH系统接受调度所送来的负荷要求值和负荷速度变化率，调整负荷控制系统的设定值。二、控制运算controlcalculation给定值处理设定值控制运算回路

控制运算回路对给定值和反馈值的偏差进行运算，运算结果向伺服系统输出阀门位移请求信号，如图4-5。1、DEH系统处于负荷控制电网频率升高，表明电网负荷降低，应减少机组负荷。电网频率降低，表明电网负荷升高，应增加机组负荷。TV全开，控制系统输出到伺服回路的信号为GV开度信号。先对设定值进行频率误差修正。按频率误差修正的设定值与负荷反馈比较，经过限值、阀门管理，控制GV的开度。2、DEH系统处于转速控制首先判断是否中压缸动高压缸启动：转速小于2900时，TV控制；转速大于2900时GV控制。中压缸启动：转速大于2600时，IV控制。若处于GV控制，还要判断是否顺序阀控制，经阀门管理程序运算后，再输出至模拟系统的伺服回路。三、阀门管理Valvemanagement每个GV配一个独立的伺服控制回路，阀门开启由专用程序管理，使阀门按预先设定的顺序进行开启单阀控制：节流调节，高压缸第一级汽室温度分配均匀，变工况时转子和静子之间温差小。适用于冷态启动或调峰机组。多阀控制：喷嘴调节，适合于带基本负荷机组。高压主汽门控制的工作方式高压主汽门控制系统第三节高压主汽门数字系统Digitalsystemofhighpressurethrottlevalve一、高压主汽门控制的工作方式Workingfashionofthehighpressurethrottlevalvecontrol

如图4-8自动方式（AUTO）手操方式（AUTO或MANUAL）1、自动工作方式

此方式由计算机实现控制ATC或运行人员（OPERATOR）给出的设定值送入TV控制系统，其输出经数模转换成为TV控制信号（TVCONTROL）送到伺服放大回路。数模转换器的输出还作为跟踪信号（TRACKING）送入模拟系统，实现切换时无扰动。2、手操工作方式

此方式下数字系统不参与机组控制，运行人员通过模拟系统对机组控制。模拟系统直接将运行人员从操作台上发出的操作命令送至伺服放大器作为TV控制信号。模拟系统的输出信号还送至数字系统的输入端作为跟踪信号（TRACKING），实现切换时无扰动。

送入TV伺服回路的信号除TVCONTROL（TVDEMAND）外，还有：TVCLOSEBIAS：由模拟系统产生，当汽轮机保安系统发生跳闸信号时，无论TV控制信号有多大，此信号保证TV紧紧关闭。TVTEST：由数字系统产生，通过模拟系统的数模转换器送至伺服回路，当要测试TV时，用来关闭所选的TV。以上两个信号正常时为零。二、高压主汽阀控制系统Workingfashionofhighpressuregovernorvalvecontrol高压主汽门数字系统的组成速度设定值逻辑分析高压主汽门控制回路分析1、高压主汽阀数字系统的组成如图4-9，TV控制回路接受：速度设定值产生“逻辑”信号汽轮机转速信号（SELECTEDSPEED）对手操输出的跟踪信号（TRACKING）TV开偏置信号（TVOPENBIAS）速度设定值产生逻辑接受：通过ATC接口接受ATC程序给出的速度设定值及其变化率。通过控制盘接口接受的操作人员再操作盘上设定的速度设定值及其变化率。对手操输出的跟踪信号（TRACKING）当DEH系统处于手操工作方式时，模拟系统输出的手操控制信号通过模拟量输入装置送入数字系统，然后由“跟踪”模块得到“TV控制回路”跟踪输入信号。此信号保证数字系统输出等于模拟系统的输出。汽轮机转速信号（SELECTEDSPEED）

DEH系统装有三个控制用速度通道，两个为数字量信号，直接送入数字系统中的“速度选择”功能块，另一个由汽轮机监视仪表测量的模拟量信号，通过数字系统的模拟量输入装置进入“速度选择”功能块。“速度选择”功能块是一个软件程序，用来判断速度信号的正确性，并从三个速度信号中选择一个作为TV控制回路的速度反馈信号。TV开偏置信号（TVOPENBIAS）

当n=90%n0时DEH系统将从TV控制切换到GV控制，此时应将TV完全开启。当切换结束（TRCOM=1），这一偏置信号就送入TV控制回路，将TV打开。

TV控制的数字系统引入几个输入信号，哪个用于TV控制回路，要取决于它的工作状态。当系统处于自动工作方式（AUTO=1）且由TV控制（GC=1），它将取速度设定值信号，该设定值可以由ATC产生。也可以由操作人员再操作盘上设定，TV控制回路将它和汽轮机速度反馈信号相比较，产生TV控制信号，以实现速度控制。当系统处于手操工作方式（AUTO=1）时，它将跟踪模拟信号输出。若完成了GV的切换（TRCOM=1），则它将接受TV开偏置信号，全开TV。2、速度设定值逻辑分析

产生速度设定值的“逻辑”是一个软件程序，如图4-10，它表示了TV控制程序中速度设定值的形成过程。设定值来自于运行人员请求或ATC程序。两个信号由各自状态逻辑开关（AUTO=1或ATC=1）选通，送入比较器。比较器将设定值与当前的设定值比较（相减），送入计数器（积分器）。积分器输出端的设定值变化规律为一条指数曲线，其跟踪快慢取决于积分速度，该速度或由操作人员再操作台上选择，或者由ATC程序选定。比较器和计数器之间有一些逻辑开关。当设定值来自ATC，比较器输出的RAISE或LOWER直接送入计数器。当设定值来自操作命令，信号不能直接送入计数器。输入“新目标值”同时，有一个保持信号（HOLD）被自动置位（HOLD=0），且该键灯亮，表示控制器已接受运行人员输入的目标请求，所以必须按下进行“GO”键，使进行信号置位（GO=1），保持信号复位（HOLD=1），计数器才能接受信号开始计数。3、高压主汽门控制回路分析TV控制回路为TV控制系统的核心部分，是一个控制程序，如图4-12。TV控制回路是一个速度回路（启动回路），是从汽轮机脱离盘车开始控制升速过程，直到转速达到2900转/分后系统切换至GV控制。启动时要求的升速曲线由ATC程序给出或运行人员在操作盘上随时设置。由速度设定值产生“逻辑”得到的速度设定值信号送入TV控制回路，被选的速度信号作为控制反馈信号，控制回路根据两个信号相减产生的速度误差值进行比例积分控制作用的计算。比例积分运算得到的控制输出，受到逻辑开关AUTO和TRCOM的连锁。当AUTO=0，TRCOM=1（TV-GV未切换）控制输出通过D/A转换器送至伺服回路。当TRCOM=0控制输出被禁止，此时，TV开偏置信号通过D/A转换器送至伺服回路，使TV全部打开。当TV处于手操时，跟踪信号通过逻辑开关AUTO=1，TRCOM=1送至D/A转换器，使TV的控制输出始终跟踪模拟系统手操的输出。第四节高压调节阀门数字系统DigitalsystemofhighpressurethrottlevalveGV控制系统的工作方式GV控制系统工作方式的选择逻辑GV控制系统

如图4-13所示自动方式（AUTO）手操方式（AUTO或MANUAL）一、高压调节汽门控制的工作方式Workingfashionofhighpressuregovernorvalvecontrol1、自动工作方式

在这种工作方式下，计算机参与控制，数字系统接受：电厂计算机来的输入信号（PLANTCOMPUTER）远方控制（自动调度系统或锅炉控制系统）来的输入信号（REMOTE）自动同步来的信号（AUTOSYNC）汽轮机自启停（ATC）程序运行结果电厂来的返回命令（PLANTRUNBACK）运行人员的操作命令（OPERATOR）

远方控制信号和自动同步信号受励磁机状态的逻辑开关控制，自动同步来的信号只能在励磁机断开的条件下才能输出，此时远方控制信号不起作用。

上述信号送入数字系统，经运算处理后，通过D/A转换作为GV的控制信号（GVCONTROL），再送到伺服回路。

D/A转换器的输出，还作为跟踪信号（TRACKING）送至模拟系统，以实现自动和手操之间的无扰动切换。2、手操工作方式

计算机不参与对GV的控制，运行人员的操作命令（OPERATOR）和电厂的返回命令（PLANTRUNBACK）通过模拟系统输出至伺服回路作为GV的控制信号。模拟系统的输出送到数字系统的输入端，完成数字系统对手操的跟踪，以实现无扰动切换。GV伺服放大器板上的阀位请求信号还包含：GV关偏置信号（GVCLOSEBIAS）：由模拟系统给出，当汽轮机停机系统发生跳闸信号时，使GV紧紧关闭。GV测试信号（GVTEST）：由数字系统产生，通过D/A转换后送至伺服回路，当测试GV时，关闭所选的GV。

正常时GVTEST和GVCLOSE都为零每一个GV的伺服回路中还输入一个独立的顺序阀门控制信号SEQ1POS、SEQ2POS……SEQ6POS，它们是由数字系统的阀门管理程序软件包产生，分别送至每个阀门的D/A转换器。二、GV控制系统工作方式的选择逻辑Selectinglogicofhighpressuregovernorvalveworkingfashion自动工作方式（AUTO）自动汽轮机控制方式（ATC）远方控制方式（REMOTE）电厂计算机控制方式（PLANTCOMP）自动同步工作方式（AS）电厂返回控制方式（PLANTRUNBACK）1、自动工作方式（AUTO）

又称操作员自动方式（OA=1）逻辑框图如图4-14所示。当DEH系统投入自动时，系统就处于操作员自动方式，此时数字系统参与工作，运行人员可利用按钮设置要求的速度或负荷设定值。这种工作方式向下可退到手操方式，向上可进到ATC、REMOTE、AS、PLANTCOMPUTER等方式。2、自动汽轮机控制方式（ATC）

当机组处于速度控制阶段时，励磁机逻辑开关断开（BR=0），此时按下“ATC”则DEH系统就可进入自动汽轮机控制方式。速度控制设定值的变化（升速曲线）通过ATC程序计算给定。当机组处于负荷控制阶段（BR=1），DEH系统可通过以下两种途径进入ATC方式。若系统处于AUTO工作方式，并且设置的设定值请求与现有的设定值不相等，则按下“ATC”键，系统就可以进入“ATC”工作方式，这时的速度设定值请求由操作人员给出。若系统处于远方控制（REMOTE=1）或电厂计算机控制（PLANTCOMP=1）时，按下“ATC”键，系统也可以进入“ATC”工作方式，这时的速度设定值请求由ATC程序计算提供。3、远方控制方式（REMOTE）远方控制方式是DEH通过接受锅炉控制系统或自动调度系统来的控制信号，来调整汽轮机负荷，通常用来实现机炉电协调控制，负荷的设定值来自锅炉或调度。当系统处于负荷控制（BR=1），采用AUTO方式（OA=1）或从AUTO方式进入ATC方式（OA=1，ATC=1）并且电厂计算机退出系统（PLANTCOMP=1），此时按下“REMOTE”键，系统则进入远方控制工作方式。4、电厂计算机控制方式（PLANTCOMP）

当系统处于负荷控制下（BR=1，采用AUTO方式（OA=1）或从AUTO方式进入ATC方式（OA=1，ATC=1）并且远方控制已被切除（REMOTE=1），此时按下“PLANTCOMP”键，系统则进入电厂计算机工作方式。这种方式下，DEH接受电厂计算机系统发来的控制命令，使负荷设定值改变。5、自动同步工作方式（AS）当机组启动升速至额定转速的90%以上时，控制阀门已切换到GV，为使机组达到并网运行，必须使汽轮机的转速等于或略高于电网的频率，一旦并网后，汽轮机的转速由电网频率决定，这一并网过程则由自动同步系统控制，即DEH系统根据自动同步系统发出的命令进行转速控制。当系统处于转速控制下（BR=1），转速升至额定转速的90%以上，运行人员按下“AS”键，系统则进入同步工作方式。6、电厂返回控制方式（PLANTRUNBACK）

在自动工作方式下，DEH系统还接受电厂返回信号，用来减负荷。当系统处于负荷控制时（BR=1），此时运行人员按下“RUNBACK”键，系统立即进入电厂返回减负荷控制方式。三、GV控制系统Controlsystemofhighpressuregovernorvalve高压调节阀门控制系统的组成高压调节阀门控制系统设定值的选择逻辑1、高压调节阀门控制系统的组成

核心为GV控制回路，是一软件程序，根据输入信号，计算出对GV位置的要求值，其输入信号有：速度或负荷的设定值输入（SPEEDORLOADERFERENCE）转速信号（SELECTEDSPEED）第一级汽室（调节级）压力信号（TP1）发电机功率信号（MW）高压主汽门压力信号（TP）模拟系统输出的跟踪信号速度或负荷的设定值输入（SPEEDORLOADERFERENCE）

此信号在调节阀控制处于AUTO工作方式时用作控制设定值。GV控制回路的设定值可能来自六个不同的外部源，通过各自的接口送入到一个“逻辑”功能块，该功能块是一个软件程序，可判断控制系统目前需用哪一个信号源，从而根据要求向GV控制回路送出一个相应的设定值。转速信号（SELECTEDSPEED）

此信号作为GV控制回路的反馈信号，其中通道“A”和通道“B”是数字量信号，另一个是模拟量信号，来自汽轮机监督仪表的速度信号，通过模拟量输入装置进入数字系统，这三个信号通过“速度选择”逻辑功能后进入GV控制回路。“速度选择”功能块对输入的速度信号的正确性进行判断，并选择其中一个作为GV控制回路的反馈输入。第一级汽室（调节级）压力信号（TP1）

此信号作为模拟量信号，通过模拟量输入装置送入GV控制回路，它是再GV进行负荷调节时用作汽轮机功率的反馈信号。发电机功率信号（MW）

此信号也为模拟量信号，通过模拟量输入装置送入GV控制回路，负荷调节时，发电机输出功率的反馈信号。高压主汽门压力信号（TP）

此信号是一个模拟量信号，在负荷控制过程中，其值要求不小于某一给定的数值，当高压主汽门压力低于某一给定值时，主汽门压力控制器就要发出一个信号，使负荷设定值降低，通过GV控制回路来关小GV，从而使高压主汽门压力恢复，直至高于给定值。主汽门压力控制器包含在GV控制的数字系统中，主汽门压力信号是这一控制的反馈信号。模拟系统输出的跟踪信号

此信号作为手操工作方式时，数字系统对模拟系统的跟踪信号，此信号保证了高压调节阀门从“手操”切换至“自动”时实现无扰动切换。在AUTO工作方式下，GV控制回路通过控制运算产生一个蒸汽流量的请求信号，由于GV的控制方式有单一阀门控制和顺序阀门控制两种方式，因此控制回路的输出通过一个“阀门管理”程序产生单一阀门控制和顺序阀门控制两个控制信号，之后分别被送至各自的数模转换器中，在这中间设置了两个反馈的逻辑开关“SINGLE”和“SINGLE”。当DEH采用单一阀门控制方式时，SINGLE=1，这时“阀门管理”软件输出单一阀门控制信号至GV伺服回路，反之，若指定为顺序阀门控制方式时，SINGLE=1，阀门管理软件把顺序阀门控制的输出信号送至GV伺服回路。在AUTO工作方式下，模拟系统来的跟踪信号可保证GV控制回路的输出与手操模拟系统的输出相等，实现无扰动切换。2、高压调节阀门控制系统设定值的选择逻辑

在GV控制系统中，转速或负荷的设定值来自多个信号源，最终由一个逻辑功能块来选择确定，如图4—20所示。设定值是由“设定值计数器”的软件产生，它实际上是一个积分器，受增加(RAISE)、减少(LOWER)和计数率（RATE）三个信号控制。送至设定值计数器的增加或减少信号来自两个途径，或者来自于比较器的输出，或者来自于各个外部信号源，这取决于DEH工作方式。AUTO和ATC工作方式外部来的改变设定值的信号使DEH系统降低负荷的请求信号AUTO和ATC工作方式

当DEH系统处于AUTO和ATC工作方式时，转速和负荷的设定值请求都是通过比较器和现有设定值进行比较后，产生一个增加或减少的信号去控制设定值计数器，其基本原理和TV速度控制系统中的设定值产生逻辑相同，当DEH系统处于其它工作方式时，外部信号源进入系统的是要求的设定值变化量(增量或减量)，故不必通过比较器，可直接送入设定值计数器控制计数。

在AUTO工作方式下，无论是速度控制，还是负荷控制，其设定值和变化速率可由运行人员在操作盘上选择，然后按“进行(GO)”键，就能通过比较器输出增加或减少信号送至设定值计数器，使计数器按运行人员选定的速度率计数，直至设定值等于所要求的数值。在ATC工作方式下，并且“AS=0”，“REMOTE=0”，“PLANTCOMP=0”时若进行速度控制(BR=1)，此时转速设定值和变化率均由ATC程序产生，不需要运行人员选择。若进行负荷控制(BR=1)，负荷设定值由运行人员在操作盘上选择，之后通过比较器去控制设定值计数器。计数器的速度(即设定值的变化速率)则由ATC程序的低信号选择器给出，即首先由ATC程序根据汽机允许的负荷变化率和发电机允许的负荷变化率选择其中较少的一个，然后再依次与电厂负荷允许的变化率、操作人员设置的负荷变化率相比较，每次都选择较少的一个，经过这样低值选择后得到一个负荷变化率送到设定值计数器，控制它的计数率。其中ATC程序中机组的允许负荷变化率是根据机组运行时有关参数计算得到的。外部来的改变设定值的信号自动同步系统远方控制(来自协调控制系统CCS或自动调度系统)电厂计算机。

自动同步系统是在机组处于速度控制阶段(BR=1)才起作用。DEH系统根据自动同步器发出的触点闭合信号来增大和减少设定值。当触点由断开状态变到闭合状态时，触点扫描功能和逻辑功能就记录下这一状态的改变，控制系统则根据这一状态的改变来增加或减少速度设定值1r／min。DEH系统要求触点输入的最小脉冲宽度为0.1秒，最小脉冲周期为1秒，速度设定值变化的最大速率为每秒1转。

远方控制系统和电厂计算机系统可以用三种方式向DEH系统输入设定值：即模拟量输入信号脉冲持续宽度触点输入信号脉冲序列触点输入信号脉冲持续宽度触点输入是以可变的脉冲宽度输入来代表远方控制系统要求的负荷设定值变化量。

当远方控制系统需要改变负荷设定值时，DEH系统的负荷设定值“增大／减小触点输入”就闭合，对DEH系统发出一个中断，DEH系统通过触点输入和逻辑功能判别出中断源。触点输入则起动一个软件的计时器，当触点断开计时器就停止，计时器的分辨率为0.1秒，因此负荷设定值的变化量是接点闭合时间长短的函数，负荷变化率一般为每分3%额定负荷。

脉冲序列触点接口是用来对输人脉冲数进行计数，且每秒一次修正设定值，它也是由中断程序控制的，DEH系统要求最小脉冲密度为0.25秒，脉冲之间的时间间隔大于0.5秒，每个脉冲相当于0.1%额定负荷变化量。

远方控制方式和电厂计算机控制方式是相互排斥的，选择了前者，后者就被禁止了，反之选择了后者，前者就被禁止了。但它们的信号即可能以在ATC工作方式下送人，也可在非ATC工作方式下送入，在ATC方式下，如果出现“ATC保持”状态(ATCHOLD=1)，则外部源送来的设定值请求信号就被禁止。使DEH系统降低负荷的请求信号来自高压主汽门压力控制器的信号返回请求信号汽轮机跳闸信号

来自高压主汽门压力控制器的信号在机组运行过程中，要求保持高压主汽门压力不低于某一给定值。高压主汽门压力控制器实际上是一个比较器，它将测量得到的高压主汽门压力信号与规定的限值进行比较，一旦低于这个值，则比较器就发出一个降低负荷设定值的信号，同时由TPC选定的速率也送至设定值计数器，计数器按规定的速度率减少计数值，机组的负荷也相应的降低，

由于GV的关小，使高压主汽门压力提高，直到高压主汽门压力恢复至高于规定值或者GV关小到最小允许开度为止，这时比较器的输出信号才消失，机组才停止减负荷。返回请求信号在自动工作方式下，DEH控制系统还能接受电厂送来的三个触点输入信号，分别产生返回1、2和3三种减负荷方式，每一种对应有一定的负荷变化率和最小负荷值；如表4—4所示，一旦触点闭合输入后，机组则减负荷，直到触点断开或负荷达到最小负荷值为止。返回信号负荷变化率最小负荷（%分钟）（%额定功率）

12002021002035020汽轮机跳闸信号一旦出现汽轮机跳闸条件（AST=1），则送入一个置零信号，使设定值计数器置零，机组将负荷减至零，GV关闭。所有送往设定值计数器去的增加或减少信号都要经过高负荷限值（HLL）或低负荷限值（LLL）的状态检验，这限值可由运行人员调整，一旦超出高、低负荷限值的范围，计数器就不能接受此信号，从而禁止计数。3、高压调节阀门控制回路汽轮发电机组动态特性分析DEH负荷控制系统分析GV控制回路如图4-21所示，送入GV控制回路的设定值来自于前面介绍的设定值选择逻辑。当GV承担速度调节任务时（BR=1），设定值为速度值，它将和机组的速度反馈信号一起被送人比例积分速度控制器，比例积分速度控制器产生控制输出送到GV伺服回路，控制机组转速；当机组处于负荷控制状态时（BR=0），速度控制器被切除。

当GV控制回路执行负荷调节任务时(BR=1)，输人的设定值为负荷设定值，机组的反馈信号为：发电机输出功率（MW）信号第一级汽室压力信号（TP1）汽机转速信号（n）此时GV控制回路实际上是三个回路的串级调节系统，通过对GV的控制来控制机组的负荷。汽轮发电机组动态特性分析

汽轮发电机组的动态特性不仅取决于它的结构参数，而且还与机组的运行方式和负荷特性，对于并网运行的某台机组，在分析其动态特性时，可假设：电网的容量相对于机组来说是无穷大，因此电网频率和电压不受机组转速和输出功率变化的影响。即通过调节阀门改变汽机输入功率时，电网频率不会改变，同样，当电网频率改变时引起的机组动态过程也不会对电网频率发生反影响。机组的自动调整装置能使机组在转速变动或电网负荷扰动时输出端电压保持恒定。作为被控对象的汽轮发电机组有两个输入量和两个输出量，一个输入量是汽轮机进口主蒸汽流量，它是机组的输入功率，由汽机调节阀门控制，通常称为控制输入。当调节阀门开度不变时，主蒸汽压力的变化也会引起蒸汽流量的改变，产生对机组的扰动。另一个输入量是电网负荷的变化，它是汽轮发电机组负荷侧的扰动，称为外扰。机组转速和输出电功率是反映机组运行状态的两个输出量，在稳态时，转速等于电网频率，在动态过程中，机组的输入功率与其输出的电功率不平衡时，转速出现偏差；机组的输出电功率代表了机组在单位时间内电网送出的能量。当汽轮发电机组的输入量改变时，将引起输出量变化，如当高压调节阀门开大时，蒸汽流量增加，则汽轮机的输入功率增大，汽轮机的输出转矩也随之加大，机组因原来的平衡状态被破坏而开始加速，若进汽量保持不变，汽轮机输出力矩随转速的增加将自发地减少，因而加速过程逐渐减慢。在加速过程中，由于电网频率恒定，则发电机功角将逐渐增大，机组输出功率随之增加，电磁阻尼力矩也相应增大，电磁阻尼力矩的负反馈将导致加速度下降，并出现负加速度，此过程直到汽轮发电机的输出力矩和电磁阻尼力矩在新的数值下达到平衡为止，这时机组才达到稳定，在新的稳定状态下机组转速仍保持与电网的频率相等，发电机保持在较大的功角下运行，因而机组输出的电功率增大，这增大部分的电功率正好是调节阀门开大所增加的汽机输入功率(不考虑机组效率的影响)。在电网负荷扰动时，电网频率则发生变化，负荷增大，频率则降低；负荷减少，频率则升高。假设电网频率升高，则并网运行的汽轮发电机组的功角将逐渐减少，发电机输出功率随之减少，若不考虑并网运行的其它机组的负荷调整，电网仍维持在较高频率下运行，则频率升高和输出电功率减少都会使机组的电磁阻力减少，从而使机组的转矩平衡被破坏，汽轮机加速运行。随着汽轮机的加速，一方面使汽轮机输出反馈减少，另一方面又使发电机功角逐渐加大，当达到新的平衡状态时，机组恢复稳定，这时汽轮机转速与电网频率相等，保持在较高的数值上，但发电机仍保持原有的功角，因而输出功率仍维持在原来的数值上。上述动态过程可用图4—22的阶跃响应曲线来表示。其中(a)图为汽轮机调节阀门开度μT增加(主蒸汽流量增大)时，汽轮机转速ωT和输出电功率NE的响应曲线。(b)图为电网频率μT改变时汽轮机转速ωT和输出电功率NE的响应曲线，从阶跃响应曲线中可看出：汽轮发电机组在内扰（调节阀门开度变化）和外扰（电网负荷）作用下，其动态过程是稳定