DL∕T 1800-2018 水轮机调节系统建模及参数实测技术导则

水轮机调节系统建模及参数实测技术导则Technicalguideformodelturbinegovernings2018-04-01发布2018-07-01实施国家能源局发布前言 Ⅱ 12规范性引用文件 13术语和定义 1 3 46参数实测试验 7参数辨识 8仿真校核 9建模报告 附录A(资料性附录)常见水轮机调节系统数学模型 附录B(资料性附录)需要搜集的技术资料和参数 附录C(资料性附录)建模及参数实测报告的基本编写内容 30本标准是依据GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起本标准参加起草单位：国网陕西省电力公司电力科学研究院、国网湖南省电力公司电力科学研究院、五菱电力有限公司、长江控制设备研究所、贵州电网有限责任公司电力科学研究院、哈尔滨电机厂有限责任公司、国网电力科学研究院、西南清洁能源与电力系统研究所、北京中水科水电科技开发本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二5%目标值所需时间，见图1,单位为秒(s)。需时间，见图1,单位为秒(s)。2a)有功功率响应b)接力器行程响应间，见图1,单位为秒(s)。值始终不超过2%额定功率或0.5%接力器最大工作行程的最短时间，见图1,单位为秒(s)。P3阶跃扰动响应过程中，初始功率与反调功率最大值之差，见图阶跃扰动响应过程中，从阶跃信号加入起到反调功率达到最大值所需时间，见图1,单位为接力器惯性时间常数servomotorinertiatimeconsT以随动系统的输入阶跃加入时刻为起点，接力器开环响应曲线的切线与时间轴的交点为终点，两点之间的时间差定义为接力器惯性时间常数T,见图2。y₂——实测值；标么值perunit4总则4.1对调节器、随动系统、水轮机及引水系统宜分别建模、测试以及辨识、验证。4.3水轮机及引水系统的参数实测试验应在负载试验中进行，试验工况应包括60%额定负荷及以上的4a)对于具有确定结构和确定参数的环节，在水轮机、引水系统及水轮机调节系统设计资料的基础b)对于具有确定结构但参数不确定的环节，宜根据环节的特点，确定其参数c)无法直接获取环节的模型结构时，可参考本标准附录A选择结构相近的模型或据此组合出新4.6时间常数应以秒(s)为单位。d)主配压阀活塞行程的基准值：输入信号相对偏差为100%时主配压阀(接力器控制阀)活塞行4.8在确定了水轮机调节系统数学模型结构及参数后的，应根据实测响应曲线，对模型结构及参数进5数学模型结构并联PID调节器模型见图3,图中Kp为比例增益，K₁为积分增益(1/s),Kp为微分增益(s),串联PID(加速度-缓冲式)调节器模型见图4,图中b为暂态转差系数，T.为缓冲时间常数511+。实际使用中，串联PID调节器可转换为并联PID结构形式，见图5。btbtb永态差值系数环节的模型见图6、图7,当水轮机调节系统处于开度控制模式时的永态差值系数，即是永态转差系数，用bp表示；当水轮机调节系统处于功率控制模式时的永态差值系数，则是调差率图7调差率环节调节器的信号测量分辨率、数字滤波、人工失灵区、不灵敏度等，可采见图8,图中E₁为正方向死区，E₂为负方向死区。调节器的信号限幅、运算饱和、速率限制、开度/功率限制等，可用限幅环节表示，其模型见图9,图中MAX为上限值，MIN为下限值。6调节器通常带有前馈环节，其数学模型见图10,在开度控制模式下，G₄(s)=±△y;在功率控制模图10前馈环节调节器的切换控制逻辑(开度控制模式、功率控制模式、孤网控制模式等)模型见图11。调节器进行外部数据测量时，其测量环节的滤波作用可以等效为惯性环节，见图12,图中Tc为测图12测量环节模型调节器在进行信号转换及处理时将产生延滞现象，如频率用纯延时模型表示，见图13,图中T为纯延时的时间。图13纯延时环节模型用于转桨式机组的双调整调节系统协联控制模型，见图14、图15;在并联结构中，以导叶控制0yr=f(a,h)Yroh图14并联结构的协联控制7yr/yr=f(a,h)h常数(s),其解析表达式为：8图18主配压阀-接力器组件在随动系统中，由机械传动死行程和主配压阀(接力器控制阀)搭叠量等因素产生的控制不灵敏现象，可用死区环节来表示，见图8。对于随动系统的速率限制、饱和非线性等现象，可用限幅环节来描述，见图9。从接力器到导叶之间的传动间隙和弹性变形引起的滞环非线性模型，见图19。图19导叶滞环非线性常见液压随动系统数学模型见附录A.2。h9转桨式水轮机数学模型见图21,图中y,为轮叶接力器行程，e₂为水轮机转矩对轮叶接力器行程的+十qhmt图21转桨式水轮机数学模型不同水轮机及同一水轮机在不同水头下的空载开度与空载流量是不虑空载开度对实际输出功率变化的影响，其数学模型可用水轮机增益环节表示，见图22。A(s)的解析图22水轮机增益环节无调压设施时的压力引水系统数学模型见图23,G(s)的解析表达式为：其中b₃=-r³h,b=-24Th²,a₂=3T²h,a=24h。而,h为引水管特征常数，T为水击波相长时间常数(s),Tw为设计工况下的水流惯性时间常数(s),Tw为当前工况下的水流惯性时间常数(s);h,T,Tw的具体定义见GB/T31066。Ky为水流修正系数，定流速(m/s);H₀,H,分别为机组的当前工作水头与额定水头(m);Q,Q分别为机组的当前工当忽略b₃、a₂时，压力引水系统模型则蜕变为刚性水击公式：G₂(s)=-KyTws,此时难以反映水图23压力引水系统数学模型常见压力引水系统模型见附录A.3、A.4、A.5。DL/T1245的要求，水轮机组及其引水6.1.2应在调节系统常规性能验收试验及一次调频试验合格后进行建模与参数实测工作。验仪或频率计的测频输入端，输入与实际电压互感器(TV)信号电压相当的频率信号(包括系统TV、发电机机端TV),以及反映机组大轴转速的齿盘探头脉冲信号。量值、试验仪或频率计的频率测量值；不得采用信号发生器或试验仪的发频显示值代替试验仪及频率6.2.1.3以试验仪或频率计的频率测量值为参考基准，校验并对比调节器在工作频率范围内的测频分辨率、测频稳定性、线性度、测频响应的实时性、对频率信号源的适应性等频率测量性能是否符合DL/T563、DL/T1245及DL/T496按照DL/T496的相关规定进行。应为接力器全行程的±5%~±20%。等),向随动系统输入端施加1%～4%的接力器相对行程的开启(或关闭)方向阶跃扰动信号，记录接ηo——试验工况点水轮机效率，标幺值；H——水轮机额定水头，m;q——水轮机最优工况流量，标幺值；调节装置在自动运行方式下，投入一次调频功能，机组带60%～90%额定负荷稳定运行，通过信号源在额定频率基础上施加正/负偏差的频率阶跃信号，有效频率偏差绝对值宜为0.1Hz～0.25Hz,记a)调节装置在自动运行方式下，投入一次调频功能，机组带60%～90%额定负荷运行，通过频率信号源施加一段与实际电网频率扰动过程相似的频率信号，有效频率偏差绝对值不应小于0.1Hz,记录信号源频率、主接力器行程、机组有功功率等信号的变化过程曲线。b)调节装置接实际机频信号，投入一次调频功能，人工频率/转速死区置0Hz～0.05Hz,使机组带60%～90%额定负荷运行，记录实际电网频率变化时机组频率、接力器行程、机组有功功率等信号的变化过程曲线机组并网，使机组在选定的水轮机工作点稳定运行，通过改变调节装置开度/功率给定的方法进行负荷阶跃扰动，记录开度/负荷改变前后接力器行程、蜗壳(环管)进口(或导叶前)水压信号和机组有功功率等信号的变化过程。试验一般应在机组60%～90%额定负荷下进行，同时宜避开机组振动区，负荷变化宜控制在机组5%～15%额定负荷。可通过甩50%以上额定负荷至停机(即甩停),或紧急停机，或快速转换发电-调相工况(即快减负荷),进行水流惯性时间常数的测试，试验操作步骤及方法参照GB/T9652.2、DL/T496进行。根据甩负荷至停机或快减负荷录波图(见图24),求出自t。时刻起至t时刻的水压变化积分，即可或H₀——接力器动作前的水压，m;(资料性附录)本附录A.1～A.5给出了目前最常见的水轮机调节系统数学模型，具体使用时，可根据设备实际情况选取相近的模型结构，或结合本标准第5章与本附录，对现有模型结构做出适应性调整，组合或派A.1调节器常用模型f|f|CfE₆O图A.1调节器模型(一)Ef114图A.2调节器模型(二)ErKpsCfK图A.3调节器模型(三)KpsQfC图A.4调节器模型(四)fCKpsEfksE,(EpfrKpKpKbp(e)r图A.7调节器模型(七)EeC图A.8调节器模型(八)图A.9电液随动系统模型(一)1T图A.10电液随动系统模型(二)aaS图A.11电液随动系统模型(三)Ke图A.12电液随动系统模型(四)图A.13电液随动系统模型(五)图A.14电液随动系统模型(六)A.3混流式、定桨式、冲击式水轮机、混流式水图A.15混流式、定桨式、冲击式水轮机、混流式水泵水轮机及其压力引水系统模型(一)mAtHHH₂q1XXq1Xh₀xmhmh图A.21转桨式水轮机、转桨式水泵水轮机及其压力引水系统模型(二)mm图A.22转桨式水轮机、转桨式水泵水轮机及其图A.23转桨式水轮机、转桨式水泵水轮机及其压力引水系统模型(三)压力引水系统模型(四)h'XXX÷h'XXXxB₁图A.24转桨式水轮机、转桨式水泵水轮机及其压力引水系统模型(五)A.5具有调压井时的水轮机及其压力引水系统模型具有上游单调压井时的水轮机及其压力引水系统模型见图A.25,具有上游双调压井时的水轮机及其压力引水系统模型见图A.26,具有上、下游双调压井时的水轮机及其压力引水系统模型见图A.27,具有尾水单调压井时的水轮机及其压力引水系统模型见图A.2b)传递函数框图图A.25具有上游单调压井时的水轮机及其压力引水系统模型(续)3b)传递函数框图eyeyq₃F9下的水流惯性时间常数(s),Ky为水流修正系数。Ky=f(v,H)=