水輪機(jī)的基本概念和微機(jī)調(diào)速器講座6

1、 2 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念 和數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 o 一. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念 o 二. 水輪機(jī)調(diào)速器 o 三. 微機(jī)調(diào)節(jié)器 o 四. 我國(guó)數(shù)字式（微機(jī)）調(diào)速器的現(xiàn)狀及發(fā) 展趨勢(shì) 3 一. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念 1. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù) 2. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 3. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性 4 1.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù) 維持機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速附近，滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻 要求； 完成調(diào)度下達(dá)的功率指令，調(diào)節(jié)水輪機(jī)組有功功率， 滿足電網(wǎng)二次調(diào)頻要求； 完成機(jī)組開(kāi)機(jī)、停機(jī)、緊急停機(jī)等控制任務(wù)； 執(zhí)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制指令。 5 2.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng) l系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 圖1-1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的

2、結(jié)構(gòu)圖 6 l系統(tǒng)特點(diǎn)： 操作力大需要經(jīng)液壓放大操作接力器 水流慣性： 機(jī)械慣性： 系統(tǒng)復(fù)雜、非線性特性 l手動(dòng)水輪機(jī)調(diào)節(jié) 比例操作 超前操作 積分操作 gh lv Tw r r p nGD Ta 3580 2 2 7 3.水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）調(diào)速器 機(jī)械液壓/電氣液壓/數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 緩沖式PID結(jié)構(gòu) 圖1-2 電氣液壓調(diào)速器(PID)結(jié)構(gòu)圖 8 PID結(jié)構(gòu) ： 圖1-3 微機(jī)調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖 9 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 l技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T9652.1 1997 GB/T9652.2 1997 l靜態(tài)特性 靜態(tài)特性： 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性 p b)(

3、s b 10 永態(tài)差值系數(shù)： 靜速死區(qū)： 圖1-6 轉(zhuǎn)速死區(qū)ix p b )( s b x i 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 11 隨動(dòng)系統(tǒng)不準(zhǔn)確度 ： 圖1-7 隨動(dòng)系統(tǒng)不準(zhǔn)確度ia a i 01 .0y 2(輸 出 ) y 1(輸 入 ) ia 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 12 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 GB/T 9652.11997主要靜態(tài)特性指標(biāo) 調(diào)速器類(lèi)型 項(xiàng)目 大 型中 型小 型 特小型 電調(diào)機(jī)調(diào)電調(diào)機(jī)調(diào)電調(diào)機(jī)調(diào) 轉(zhuǎn)速死區(qū)/% ix 0.04 （0.02） 0.10 0.08 （0.06） 0.150.100.180.20 輪葉隨動(dòng)系統(tǒng) 不準(zhǔn)確度 /ia% 1.5 bp

4、整定范圍bp=0bPM，最小值不大于0.1%，最大值bPM不小于8% 13 l動(dòng)態(tài)特性 調(diào)速器PID特性： 階躍輸入響應(yīng)特性： 圖1-8 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入響應(yīng)特性 1 )( )( sk s kk sF sy DIP PID 1 1 )( )( 1 sT sk s kk sF sy v D IP PID 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 14 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx=btTd 接力器響應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty 圖1-9 接力器響應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty 15 調(diào)速器前向通道放大倍數(shù)的整定 圖1-10 隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)特性 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 16 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

5、的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 o曲線1的相對(duì)阻尼系數(shù)，無(wú)超調(diào)，但過(guò)程緩慢；曲線3的相對(duì)阻尼 系數(shù)，初始段反應(yīng)快，但有過(guò)大的超調(diào)；曲線2的相對(duì)阻尼系數(shù)， 有較理想的響應(yīng)特性，其超調(diào)量約為3%。所以，應(yīng)選擇、調(diào)整開(kāi) 環(huán)放大系數(shù)Kop（也就調(diào)整了Ty），使隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響應(yīng) 特性具有3%5%的超調(diào)量。 oIEC 61362標(biāo)準(zhǔn)推薦：導(dǎo)葉接力器Ty=0.10.25s；槳葉接力器 Ty=0.20.8s；沖擊式折向器Ty=0.10.15s。在我國(guó)一般推薦： 導(dǎo)葉接力器Ty=0.10.2s；槳葉接力器的Ty取為導(dǎo)葉接力器Ty的 23倍。 17 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 o調(diào)速器應(yīng)保證機(jī)組在各種工況和運(yùn)行方式

6、下的穩(wěn)定性指標(biāo) o 手動(dòng)空載工況（發(fā)電機(jī)勵(lì)磁在自動(dòng)方式下工作）運(yùn)行時(shí)， 水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值對(duì)大型調(diào)速器來(lái)說(shuō)不得超過(guò) 0.2%；對(duì)中、小型和特小型調(diào)速器來(lái)說(shuō)均不得超過(guò)0.3%。 當(dāng)調(diào)速器控制水輪發(fā)電機(jī)組在空載工況自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，在選擇調(diào) 速器運(yùn)行參數(shù)時(shí)，待穩(wěn)定后所記錄3min內(nèi)的轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值應(yīng)滿足 下列要求： o l 對(duì)于大型電氣液壓調(diào)速器，不超過(guò)0.15%； o l 對(duì)于大型機(jī)械液壓調(diào)速器和中、小型調(diào)速器，不超過(guò) 0.25%； o l 對(duì)于特小型調(diào)速器，不超過(guò)0.3%。 o 如果機(jī)組手動(dòng)空載時(shí)的轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值大于規(guī)定值（見(jiàn) 上），那么其自動(dòng)空載轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值不得大于相應(yīng)手動(dòng)空載 轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)

7、值。 18 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 o機(jī)組甩負(fù)荷后應(yīng)保證的動(dòng)態(tài)品質(zhì) o 甩100%額定負(fù)荷后： o l 在轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中，超過(guò)3%額定轉(zhuǎn)速以上的波峰不超過(guò) 兩個(gè)； o l GB/T 9652.11997規(guī)定：從接力器第一次向開(kāi)啟方向 移動(dòng)到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值不超過(guò)0.5%為止所經(jīng)歷的時(shí)間應(yīng)不大 于40s。IEC 61362水輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范導(dǎo)則規(guī)定： 在甩負(fù)荷中，若記從甩負(fù)荷開(kāi)始至出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)速上升值為止的 時(shí)間為tM，記從甩負(fù)荷開(kāi)始到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值不超過(guò)1.0%為 止的時(shí)間為tE，則tE/tM的推薦值為2.54.0（8.0）（對(duì)于沖 擊式機(jī)組）和15（對(duì)于高水頭混流式機(jī)組）。 o 轉(zhuǎn)速

8、或指令信號(hào)按規(guī)定形式變化，接力器不動(dòng)時(shí)間： o l 對(duì)于電氣液壓調(diào)速器，不大于0.2s； o l 對(duì)于機(jī)械液壓調(diào)速器，不大于0.3s。 19 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 GB/T 9652.11997對(duì)調(diào)速器主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)要求對(duì)調(diào)速器主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)要求 參數(shù)參數(shù) btTd/sTn/sKPKI/s1KD/s 最小值最大值最小值最大值最小值最大值最小值最大值最小值最大值最小值最大值 數(shù)值數(shù)值 0.050.802.0020.000.002.000.3020.000.5010.000.005.00 20 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Ta和和Tw的規(guī)定的規(guī)定： o l 水輪機(jī)引水

9、系統(tǒng)水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw： o 對(duì)于PID型調(diào)速器，不大于4s； o 對(duì)于PI型調(diào)速器，不大于2.5s； o l 機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta： o 對(duì)于反擊式機(jī)組，不小于4s； o 對(duì)于沖擊式機(jī)組，不小于2s。 o l 比值Tw/Ta不大于0.4。 21 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 1.水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu) 2.靜態(tài)特性 3.動(dòng)態(tài)特性 4.控制功能 22 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 雙比例伺服閥系統(tǒng)原理框圖 23 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 交流伺服電機(jī)自復(fù)中系統(tǒng)原理框圖 24 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 步進(jìn)電機(jī)伺服缸系統(tǒng)原理框圖 25 二. 水輪機(jī)數(shù)字式

10、（微機(jī)）電液調(diào)速器 比例伺服閥自復(fù)中系統(tǒng)原理框圖 26 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 1. 水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu) 微機(jī)調(diào)節(jié)器、電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置、機(jī)械液壓系統(tǒng) 圖2-1 PLC水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的總體框圖 27 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 典型結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)（速度環(huán)）電液轉(zhuǎn)換器/機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)型 步進(jìn)電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)型調(diào)速器框圖 28 步進(jìn)電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)型調(diào)速器方塊圖 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 29 交流伺服電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)型： 交流伺服電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)型調(diào)速器框圖 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 30

11、 交流伺服電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)型調(diào)速器方塊圖 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 31 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 微機(jī)調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)部分框圖 32 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 o 人工頻率死區(qū)環(huán)節(jié)的特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：人工頻率死區(qū)環(huán)節(jié)的特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： o o Ef的一般取值范圍相當(dāng)于頻率值為00.5Hz在頻 率轉(zhuǎn)換系數(shù)Kf=25000時(shí)所對(duì)應(yīng)的范圍，即 Ef=0250 o Ef可由程序按調(diào)速器的運(yùn)行工況和調(diào)節(jié)模式自 動(dòng)地被設(shè)定：機(jī)組在“空載”工況運(yùn)行時(shí)，設(shè)定 Ef=0；機(jī)組在并入電網(wǎng)方式下運(yùn)行，且調(diào)速器在 “頻率調(diào)節(jié)”模式下時(shí)，設(shè)定Ef=0；調(diào)速器在

12、“開(kāi)度調(diào)節(jié)”和“功率調(diào)節(jié)”模式下時(shí)，設(shè)定Ef= 設(shè)定值。 F=0， F=FEf， F=F+Ef， 當(dāng)EfFEf時(shí) 當(dāng) EfF時(shí) 當(dāng)FEf時(shí) Ef F F Ef 0 33 l 永態(tài)差值環(huán)節(jié)和人工死區(qū)： l 三種調(diào)節(jié)模式： 人工開(kāi)度/功率死區(qū)環(huán)節(jié)特性 調(diào)節(jié)模式間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 34 1. 水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的基本調(diào)節(jié)模式 二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 35 2.靜態(tài)特性 o 永態(tài)差值系數(shù)bp/ep o bp是指導(dǎo)葉接力器行程永態(tài)差值系數(shù)， 用于“頻率調(diào)節(jié)”和“開(kāi)度調(diào)節(jié)”模式；ep 是指機(jī)組功率的永態(tài)差值系數(shù)；部分調(diào)速器 往往只引入bp的概念，即在“功率調(diào)節(jié)”

13、模 式下，也采用永態(tài)差值系數(shù)bp。 36 對(duì)靜態(tài)特性的影響 l 調(diào)整頻率給定和開(kāi)度給定后的微機(jī)調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性 2.靜態(tài)特性 ()0 cgpcPID Iffbyy cc yf 、 37 2.靜態(tài)特性 fc =50.5Hz，yc=0.5，bp=0.04 (b) fc=50Hz，yc=0.5，bp=0.04 (a) 0 fg(Hz) y1.00.5 49.0 50.0 51.0 0 fg (Hz) y1.00.5 49.5 50.5 51.5 fc=50Hz，yc=0.5，bp=0.02 (d) fc=50Hz，yc=0.25，bp=0.04 (c) 0 fg(Hz) y 1.00.25 48.5 50.0 50.5 0 fg(Hz) y1.00.5 49.5 50.0 50.5 38 pcgc byyff、l 的關(guān)系： 微機(jī)調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性（bp=0） 2.靜態(tài)特性 39 l PID響應(yīng)特性 l開(kāi)環(huán)增量環(huán)節(jié)的作用 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入