水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)空載頻率波動(dòng)特性仿真

1、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)空載頻率波動(dòng)特性一 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)空載頻率波動(dòng)特性1.水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)試驗(yàn)，是用來檢查水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在空載工況運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性能和快速、單調(diào)趨近于穩(wěn)定值的動(dòng)態(tài)性能。一般在現(xiàn)場(chǎng)必須進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，用來確定調(diào)速器空載工況的較好的 PID 參數(shù)，以保證被同期并網(wǎng)。的水輪發(fā)電機(jī)組快速地GB/T 9652.1-2007 水輪機(jī)率波動(dòng))性能的規(guī)定：系統(tǒng)技術(shù)條件有關(guān)機(jī)組空載轉(zhuǎn)速擺組空載頻“3.2.3 水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)能在手動(dòng)各種工況下穩(wěn)定運(yùn)行。在手動(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)速器不超過±0.

2、2； 對(duì)中、小型和特小型調(diào)速器均不超過±0.3?！薄?.4.1 調(diào)速器應(yīng)保證機(jī)組在各種工況和運(yùn)行方式下的穩(wěn)定性。在空載工況自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，施加一個(gè)階躍型轉(zhuǎn)速指令信號(hào)，觀察過渡過程，以便選擇調(diào)速器的運(yùn)行參數(shù)。待穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值，對(duì)大型電調(diào)不超過±0.15，對(duì)中、小型調(diào)速器不超過±0.25，特小型調(diào)速器不超過±0.3。如果機(jī)組手動(dòng)空載轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值大于規(guī)定值，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)值?！痹诠こ虒?shí)際中，一般用 “水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)(絕對(duì))值的峰-峰值”，來表示等效的“水輪發(fā)電機(jī)組(空載)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值”?！八啺l(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)

3、速擺動(dòng)相對(duì)值對(duì)大型調(diào)速器不超過±0.2”，對(duì)于額定頻率為 50Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.2折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 2Hz；對(duì)于額定頻率為 60Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.2折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 24Hz ?！八啺l(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值對(duì)中、小型和特小型調(diào)速器不超過±0.3”，對(duì)于額定頻率為 50Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.3折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 3Hz；對(duì)于額定頻率為 60Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.3折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 36Hz。GB/T 96

4、52.2-2007 水輪機(jī)率波動(dòng))試驗(yàn)的規(guī)定：系統(tǒng)試驗(yàn)規(guī)程有關(guān)機(jī)組空載轉(zhuǎn)速擺組空載頻“6.21.1 手動(dòng)方式空載工況下，用自動(dòng)儀機(jī)組 3 min（為觀察到有大致固定周期的擺動(dòng)，可延長(zhǎng)至 5min）的轉(zhuǎn)速擺動(dòng)情況，量取有大致固定周期的轉(zhuǎn)速擺動(dòng)幅值； 重復(fù)三次，取其平均值。6.21.2 自動(dòng)方式空載工況下，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)施加頻率階躍擾動(dòng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速、接力器行程等的過渡過程，選取轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值和超調(diào)量較小、波動(dòng)次數(shù)少、穩(wěn)定快的一組調(diào)節(jié)參數(shù)，提供空載運(yùn)行使用。在該組調(diào)節(jié)參數(shù)下，用自動(dòng)儀機(jī)組 3 min（為觀察到有大致固定周期的擺動(dòng)，可延長(zhǎng)至 5min）的轉(zhuǎn)速擺動(dòng)情況，量取有大致固定周期的轉(zhuǎn)速擺動(dòng)幅值；重復(fù)三次，

5、取其平均值。”2.策略采用水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)軟件對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空載頻率波動(dòng)特性進(jìn)行時(shí)，先設(shè)定調(diào)速器機(jī)械手動(dòng)工況下的機(jī)組頻率波動(dòng)數(shù)值及波形，然后再進(jìn)行自動(dòng)工況下調(diào)速器參數(shù)和被在系統(tǒng)參數(shù)對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空載頻率波動(dòng)特性。結(jié)果中，品紅色波形是調(diào)速器機(jī)械手動(dòng)工況下的機(jī)組頻率波動(dòng)曲線，結(jié)果中分別用紅色、黑色和顯示了 3 種(組)不同參數(shù)對(duì)應(yīng)的機(jī)組頻率 f 和接力器行程 y 的動(dòng)態(tài)波形。在波形圖中的參數(shù)顯示區(qū)，標(biāo)示了采用的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)全部參數(shù)，在參數(shù)顯示區(qū)的下部用紅色、黑色和標(biāo)示了 3 個(gè)(組)目標(biāo)參數(shù)，它們分別與紅色、黑色和的動(dòng)態(tài)波形對(duì)應(yīng)。3水輪機(jī)調(diào)節(jié)決策系統(tǒng)結(jié)果計(jì)算和顯示的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)4.1).波

6、形及其數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)波形顯示的同時(shí),系統(tǒng)還將結(jié)果在 c:figure 中,其上標(biāo)注有進(jìn)行的年、月、日、時(shí)、分；波形圖中還有包括相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)在內(nèi)的的輔助線，便于使用者根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果波形的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。2).與波形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)自動(dòng)在 C:SDATAPLBD的相應(yīng)同名子文件夾下項(xiàng)目的*.xlsx 文件，可以供使用者參考使用。5.在標(biāo)注項(xiàng)目中設(shè)置了“標(biāo)注”變量。“標(biāo)注”變量為空時(shí)，結(jié)果中沒有顯示具體水電站的某臺(tái)機(jī)組簡(jiǎn)要說明，在，可以鍵入“#水電廠#號(hào)機(jī)”、結(jié)果波形圖上會(huì)顯示相應(yīng)內(nèi)容。“”或項(xiàng)目時(shí)間區(qū)段(s)采樣周期(s)數(shù)據(jù)量/s數(shù)據(jù)總數(shù)表格變量ABCDEPLBD(空載頻率波動(dòng))0.0-180.00.

7、05203601TFYT時(shí)間(s)；F機(jī)組頻率(Hz)；f機(jī)組頻率(相對(duì)值)；y接力器行程(相對(duì)值)；PLBD(空載頻率波動(dòng))FmFm空載頻率波動(dòng)峰-峰值(Hz)；6.參數(shù)顯示選項(xiàng) DS在中引入了“真參數(shù)：參數(shù)顯示選項(xiàng) DS”變量，用于選擇圖形中是否顯示全部仿*DS=1：顯示全部動(dòng)態(tài)波形和參數(shù)，適合顯示比例 1.0：1.0。DS=1(顯示比例 1.0：1.0)DS=1(顯示比例 0.5：0.5)* DS< >1：顯示全部動(dòng)態(tài)波形和過程特征值，適當(dāng)增大動(dòng)態(tài)波形曲線粗度、坐標(biāo)數(shù)字字體和文字字體，便于使用者將波形圖縮小，以便用撰寫文章的插圖和某些技術(shù)資料，適合顯示比例 0.66：0.66

8、 或 0.5：0.5，在結(jié)果右上角顯示了項(xiàng)目名稱的代號(hào)(目標(biāo)參數(shù))， PLBD(PID)：頻率波動(dòng)(PID 參數(shù))。DS< >1(顯示比例 0.66：0.66)DS< >1(顯示比例 0.5：0.5)二 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)空載頻率波動(dòng)波形三水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)特性綜合分析1 對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組空載擾動(dòng)特性的主要技術(shù)要求GB/T 9652.1-2007 水輪機(jī)率波動(dòng))性能的規(guī)定的要點(diǎn)是： 1).技術(shù)要求的適用條件系統(tǒng)技術(shù)條件有關(guān)機(jī)組空載轉(zhuǎn)速擺組空載頻水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)能在手動(dòng)各種工況下穩(wěn)定運(yùn)行。在手動(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)

9、速器不超過±0.2；對(duì)中、小型和特小型調(diào)速器均不超過±0.3。2).技術(shù)要求調(diào)速器應(yīng)保證機(jī)組在各種工況和運(yùn)行方式下的穩(wěn)定性。在空載工況自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，施加一個(gè)階躍型轉(zhuǎn)速指令信號(hào)，觀察過渡過程，以便選擇調(diào)速器的運(yùn)行參數(shù)。待穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值，對(duì)大型電調(diào)不超過±0.15，對(duì)中、小型調(diào)速器不超過±0.25，特小型調(diào)速器不超過±0.3。如果機(jī)組手動(dòng)空載轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值大于規(guī)定值，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)值。在工程實(shí)際中，一般用 “水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)絕對(duì)值(Hz)的峰-峰值”來表示等效的“水輪發(fā)電機(jī)組(空載)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)

10、值”?！八啺l(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值對(duì)大型調(diào)速器不超過±0.2”，對(duì)于額定頻率為 50Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.2折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 2Hz；對(duì)于額定頻率為 60Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.2折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 24Hz ?！八啺l(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值對(duì)中、小型和特小型調(diào)速器不超過±0.3”，對(duì)于額定頻率為50Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.3折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 3Hz；對(duì)于額定頻率為 60Hz 的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值±0.3折算成機(jī)組頻率擺動(dòng)的峰-峰值為 0. 36

11、Hz。2 影響水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)特性的主要因素空載擾動(dòng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)及，是用來檢查水輪機(jī)調(diào)速器的空載工況時(shí)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性能和快速、單調(diào)趨近于穩(wěn)定值的動(dòng)態(tài)性能，一般在現(xiàn)場(chǎng)必須進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，用來確定調(diào)速器空載工況的較好的 PID 參數(shù)，以保證被控機(jī)組快速地同期并網(wǎng)。1). 水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滯環(huán)特性水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滯環(huán)，是指從接力器到水輪機(jī)導(dǎo)葉之間的傳動(dòng)間隙和彈性變形引起的滯環(huán)特性，其中之一是由于水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)從開啟方向轉(zhuǎn)到關(guān)閉方向產(chǎn)生的傳構(gòu)間隙特性，或者是水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)從關(guān)閉方向轉(zhuǎn)到開啟方向產(chǎn)生的傳構(gòu)間隙特性；也包括采用剛度不夠的作為調(diào)速軸時(shí)，接力器從開啟方向轉(zhuǎn)到關(guān)閉方向或接力器從關(guān)閉方向轉(zhuǎn)到

12、開啟，調(diào)速軸產(chǎn)生扭曲變形而產(chǎn)生的類間隙特性。在其他條件相同時(shí)，水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滯環(huán)大，對(duì)應(yīng)的水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)峰-峰值大；水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滯環(huán)小，對(duì)應(yīng)的水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)峰-峰值小。所以，在水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安裝中，應(yīng)該盡量減小水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滯環(huán)。2). 調(diào)速器電液隨動(dòng)系統(tǒng)死區(qū)調(diào)速器電液隨動(dòng)系統(tǒng)的死區(qū)，是指在調(diào)速器電液隨動(dòng)系統(tǒng)中，由于機(jī)械傳動(dòng)死區(qū)和主配壓閥搭接量等產(chǎn)生的死區(qū)，從微機(jī)調(diào)速器的整體上來說，還可以把微機(jī)(D/A)模塊的分辨率包括在內(nèi)。器數(shù)模轉(zhuǎn)換在其他條件相同時(shí)，調(diào)速器電液隨動(dòng)系統(tǒng)死區(qū)大，對(duì)應(yīng)的水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)峰-峰值大；調(diào)速器電液隨動(dòng)系統(tǒng)死區(qū)小，對(duì)應(yīng)的水輪發(fā)電機(jī)組

13、空載頻率波動(dòng)峰-峰值小。所以，在水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安裝中，應(yīng)該盡量減小水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滯環(huán)。3). 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被系統(tǒng)參數(shù)和調(diào)速器的 PID 參數(shù)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被系統(tǒng)參數(shù)主要包括：機(jī)組慣性比率 RI(=Tw/Ta)、機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù) Ta、引水系統(tǒng)水流時(shí)間常數(shù) Tw 和機(jī)組自調(diào)節(jié)系數(shù) en 等。調(diào)速器的 PID 參數(shù)是指，比例增益 KP、增益 KI 和微分增益 KD，其折算的參數(shù)為：暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) bt，緩沖時(shí)間常數(shù) Td，度時(shí)間常數(shù) Tn。不同的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被系統(tǒng)，應(yīng)該選擇與之適應(yīng)的調(diào)速器 PID 參數(shù)，才能得到較為理想的水輪發(fā)電機(jī)組空載頻率波動(dòng)特性。值得著重指出的是，一般來說，水

14、輪發(fā)電機(jī)組空載工況較好的調(diào)速器 PID 參數(shù)，也應(yīng)該是適合機(jī)組甩 100%額定負(fù)荷的調(diào)速器 PID 參數(shù)。水輪機(jī)調(diào)節(jié)決策支持系統(tǒng)主要參數(shù)序號(hào)變 量 名 稱符號(hào)單位常用數(shù)值備注1機(jī)組(電網(wǎng))慣性時(shí)間常數(shù)Tas5.015.02水流時(shí)間常數(shù)Tws0.510.03正系數(shù)ky0.41.04水壓修正系數(shù)kh0.71.3蝸殼5機(jī)組(電網(wǎng))自調(diào)節(jié)系數(shù)en0.51.56導(dǎo)葉接力器關(guān)閉時(shí)間Tfs4.020.0全行程時(shí)間7導(dǎo)葉接力器第 1 段關(guān)閉時(shí)間Tf1s4.020.0全行程時(shí)間8導(dǎo)葉接力器第 2 段關(guān)閉時(shí)間Tf2s10.050.0全行程時(shí)間9導(dǎo)葉接力器 2 段關(guān)閉拐點(diǎn)y120.40.610導(dǎo)葉接力器開啟時(shí)間Tg

15、s10.030.0全行程時(shí)間11導(dǎo)葉接力器空載開度y00.10.312槳葉接力器關(guān)閉時(shí)間Tjfs30.070.0全行程時(shí)間13槳葉接力器開啟時(shí)間Tjgs30.070.0全行程時(shí)間14槳葉延遲關(guān)閉時(shí)間tjyss0.08.015協(xié)聯(lián)特性:單調(diào)節(jié)/雙調(diào)節(jié)選擇K12單調(diào)節(jié)=0，雙調(diào)節(jié)=2.03.7（18 個(gè)數(shù)值）16導(dǎo)葉接力器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)Tys0.050.517調(diào)速器比例增益KP0.325.018調(diào)速器增益KI1/s0.0312.019調(diào)速器微分增益KDs0.06.020永態(tài)差值系數(shù)(接力器開度)bp0.00.1521永態(tài)差值系數(shù)(機(jī)組功率)ep0.020.0622頻率死區(qū)efHz0.0330.052

16、3導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滯環(huán)zh0.00.0124微機(jī)器計(jì)算周期jszqs0.0010.0225微機(jī)器頻率測(cè)量周期cpzqs0.010.0826調(diào)速器電液隨動(dòng)系統(tǒng)死區(qū)jxsq0.00.0127空載頻率擾動(dòng)frdHz2.05.028電網(wǎng)頻率擾動(dòng)fhzHz0.20.5一次調(diào)頻用29機(jī)械手組頻率波動(dòng)fsdHz0.20.830機(jī)組甩負(fù)荷值p0.751.0甩負(fù)荷工況用31機(jī)組突加負(fù)荷值p0.10.3孤立電網(wǎng)用32引水系統(tǒng)水壓h甩負(fù)荷工況用33第 1 接力器開機(jī)開度Ykj1(1.52.0)y034第 2 接力器開機(jī)開度Ykj2(1.11.2)y035第 1-2 段開機(jī)開度切換頻率f12Hz30.040.036接力器開機(jī)最大開度ym37接力器開機(jī)啟動(dòng)開度yqd38機(jī)組第 1 段開機(jī)度a1391-2 段度切換頻率f1Hz四. 參考文獻(xiàn)123中中中民民民標(biāo)準(zhǔn) GB/T 9652.12007水輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 9652.22007