保留-6第六章建模及仿真

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第六章水輪機調節(jié)系統(tǒng)建模及仿基于的水輪機調節(jié)系統(tǒng)仿真模型的建立和研究水輪機調節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)方程的列寫空載頻率波動和空載擾機組甩100％額定負荷接力器不動時間的仿真水輪機調節(jié)系次調頻仿真孤立電網運行特性仿真第一節(jié)基 的水輪機調節(jié)系統(tǒng)的仿真模MathWorks公司在科學研究和工程應用的建模國MathWorks公司推出的 首選工具。名字由MATrix(矩陣)和LABoratory()兩個單詞的前3個字母組水輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本仿真模水輪機調速器的PID調節(jié)模PIDp k ppid=

+ +i

?Df

(fc-ì

? ?

? |Df|<ef￠ Df=í?Df-?

Df? ?

Df efTn T+

1/bTpid

n+ + td b TS+ t

(pc- ?(yc- ?

Df

fc- ? |Df|< Df=í?Df-?

Df?ef ? Df ef 式中bt—暫態(tài)轉差系數，0~1.0Td—緩沖時間常數，整定范圍為：(2~20)sTn—加速度時間常數，整定范圍為：(0~2)s；Kp—比例增益，整定范圍為：0.5~20；Ki—積分機組功率給定和機組功率(用于功率調節(jié)模式)ycy分別是導葉開度給定和導葉開度(用于頻率調節(jié)模式和開度調節(jié)模式)；fcf分別為頻率給定和頻率Df為頻差Df'是經過頻率死區(qū)ef后的頻率偏差。為了便于閱讀，將比例增益KP、積分增益KI、微分增益KD和暫態(tài)差值系數bt緩沖時間常數Td加速度時間常數Tn這兩套調節(jié)參數之間的轉換關系重復列寫如下：KI1/(btTd

T/ bt1/ TdKP/KI1/KIbt

TK/KKb Dt調速器機械系統(tǒng)模在調速器中機械 系統(tǒng)的主要部件是接力器接力器及控制它的主配壓閥是一個積分環(huán)節(jié)；此外，在機械 系統(tǒng)中還要考慮接力器關閉和開啟時間f兩段關閉特性，f是接力器從100開度關閉至0%開度最短時間或從0%開度啟至100%度的最短時間，它限制接力器的關閉(開啟)速度（類似于火電機組功率爬坡率，根據調節(jié)保證計算，一般f=315s；此外，接力器還具有飽和特性。因此，可以得到調速器機械系統(tǒng)模塊的仿真模型如圖1所示。圖6-1調速器機械系統(tǒng)模塊的模型(1)6-2。圖6-2調速器機 系統(tǒng)模塊 圖6-3調速器機械系統(tǒng)模塊的模型(3)6-36-4。6-46-16-26-3y

TyS+

Ty引水系統(tǒng)和水輪機

Typ

1+0.5yTw Tw—水流慣性時間常數，其表達式見式(1-3)，數，一般Tw=(0.5~4)s；y

6-5在引水系統(tǒng)和水輪機模塊建模中，還應引入引入水頭因子和水流不穩(wěn)定作用(6-6發(fā)電機及負荷模塊f

Tas+式中：f—機組頻率；pTa—機組（負荷）慣性時間常數(，其表達式見式

Ta=(3~12)sen—機組（負荷）態(tài)頻率自調節(jié)（特性）,一般取en=0.5~2.0水輪機調節(jié)系統(tǒng)的仿真模圖6-7給出了用 建立的水輪機調節(jié)系統(tǒng)仿真模型(以KPKIKD給參數)，它可以仿真水輪機調節(jié)系次和二次調頻的靜態(tài)和動態(tài)特性。以bt、Td、Tn的形式給參數的水輪機調節(jié)系統(tǒng)仿真模型見圖6-8。圖中：K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7都是仿真工況切換開關。K1是頻率給定階躍信號投入/切除開關；K2是機組（電網）頻率信號投入/切除（閉環(huán)/開環(huán)）開關；K3是負荷擾動信號投入/切除開關；K6是功率/導葉開度反饋信號選擇開關；K7是調節(jié)器導葉開度/接力器6-7水電機組仿真系統(tǒng)結構圖(KP、KI、6-8水電機組仿真系統(tǒng)結構圖(bt、Td、6-9水電機組仿真系統(tǒng)結構圖(KP、KI、M-File程序實loadbp=0.05,kp=10,ki=1.6,kdTy=0.1,Tw=2.1,Ta=8.43,en=Frate1=-1/10.5,Frate2=-1/10.5,Infrate=0.34;Eqy=1.0,Eqh=0.5,Eh=1.5,Hcoef=1.0;FSTime=0,FSrec=LoseT=11,LoseP=-0.90,BaseY=0.9,BaseF=48;SData2=bp=0.05,kp=5,ki=1.6,kd=0;SData1=bp=0.05,kp=15,ki=1.66,kdSData3=clfhSFrq=axes('Position',[0.15,0.15,0.7,set(hSFrq,'Xcolor','k','Ycolor','b','Xlim',[0,200],'Ylim',[-0.05,pxtick=0:20:200;pytick=-set(hSFrq,'Xtick',pxtick,'Ytick',pytick,'Xgrid','on','Ygrid','on');line(SData1.time,SData1.signals(1,1).values,'Color','k');text(20,0.02,'\fonTfize{14}1.kp=5,ki=1.6(1/s)(bt=0.2,Td=3.126s)');text(5,0.028,'\fonTfize{14}1');line(SData2.time,SData2.signals(1,1).values,'Color',text(20,0.005,'\fonTfize{14}2.kp=10,ki=1.6(1/s)(bt=0.1,Td=6.25s)');text(5,0.035,'\fonTfize{14}2');line(SData3.time,SData3.signals(1,1).values,'Color',text(20,-0.01,'\fonTfize{14}3.kp=15,ki=1.6(1/s)(bt=0.066,Td=9.47s)');text(5,0.04,'\fonTfize{14}3');CoodX=0:0.5:200,CoodY=line(CoodX,CoodY,'Color','r','linestyle','-.','linewidth',text(40,0.025,\fonTfize{14text(0,0.095,'\fonTfize{14}text(0,0.071,\fonTfize{14}穩(wěn)定值=0.0668');text(186,-0.045,'\fonTfize{14}t(s)');第二節(jié)空載頻率波動和空載擾動過程仿空載頻率波動過程仿對比例積分微分（PID）型調速器，水輪機引水系統(tǒng)的水流慣性時間常數Tw不大于4s；對比例積分（PI）Tw2.5s。水流慣性時間常數TwTa0.4Ta4s，沖擊式機組的Ta2s。2）.6-103).同水頭和不同機械手組頻率波動情況下的自動工況機組空載頻率波動；改變PID調節(jié)PID參數對機組空載頻率波動的影響。p—對應于頻率偏差f（相對量）的機組功率增量（相對量Fn—電網頻率fnfnFn50Ef—水輪機控制系統(tǒng)頻率（轉速）死區(qū)（

ef—水輪機控制系統(tǒng)頻率（轉速）死區(qū)（相對量

(Ef/50)－積分增益(1/s)；KD(Kd)－微分增益(s)；bt－暫態(tài)差值系數；Td－緩沖時間常數6-111(①.Tw=1s，Ta=8.0s，en=1.0，bp=0.02，KPKP=1.5，KI=0.2(1/s)，KD=2.0s；TfPID1(實線)：KP=0.5，KI=0.1(1/s)，KD2.0s(bt=2.0，Td=5.0s，2(點畫線)：KP1.5，KI0.2(1/s)，KD2.0s(bt0.67，Td=7.5sTn=1.34s)；3(虛線)：KP=2.5，KI=0.3(1/s)，KD=1.50s(bt=0.4，Td=8.33s，Tn=0.6s)；6-121(6-12。從圖中可以看出，在同一個機組手動空載頻率波動值的情況下，PID參數，可以使自動空載頻率波動值滿足相關技術標準的要求。①.Tw較大。機組手動空載頻率波動值同上。Ty=0.1s，Tw=3s，Ta=5.0s，en=1.0，bp=0.02，KP=1.5，KI=0.2(1/s)，KDTf6-132(PID1(實線)：KP=0.5，KI=0.1(1/s)，KD2.0s(bt=2.0，Td=5.02(點畫線)：KP1.5，KI0.2(1/s)，KD2.0s(bt0.67，Td=7.5s，Tn=1.34s)；3(虛線)：KP=2.5，KI=0.3(1/s)，KD=2.0s(bt=0.4，Td=8.33s，Tn=0.6s)；6-14手動空載頻率波動仿真曲線(①.Tw=1.2，Ta=8.0，en=1.0Ty=0.1，bp=0.02，KP=2，KI=0.2(1/s)，KD=TfPID1(實線)：KP=3.0，KI=0.2(1/s)，KD2.0s(bt=0.33，Td=15.2s，Tn=0.66s)；2(點畫線)：KP=2.0，KI0.2(1/s)，KD2.0s(bt=0.5，Td=10.0s，Tn=1.34s)；3(虛線)：KP=4.0，KI=0.2(1/s)，KD=2.0s(bt=0.25，Td=20.0s，Tn=0.5s)；6-15。從仿真結果可以看出，在手動空載頻率波動值較大時，適當地加KPKI可以減小自動空載頻率波動值。6-15自動空載頻率波動仿真曲線(空載擾動過程仿比例增益KPTw=1.2，Ta=8.0，Ty=0.1，en=1.3；Tf=10s；bp=0.02，KP=3.33，KI=0.30，KD=PID參數(6-1(點畫線)：KP=2.33，KI0.3(1/s)，KD2s(bt=0.429，Td=7.77sTn=0.858s)；1(實線)：KP=3.33，KI=0.3(1/s)，KD=2s(bt=0.3，Td=11.1s，Tn=0.6s)；1(虛線)：KP4.33，KI0.3(1/s)，KD=2s(bt=0.231，Td=14.4s，Tn6-16-1KP對空載擾動特性的影響(頻率6-16-2KP對空載擾動特性的影響(接力器行程KP增大(bt減小3)，空載擾動過程可能由單調過程趨KI對空載擾動特性的影響(6-16-16-16-2Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=1.3；Tf=10s；bp=0.02，KP=3.33，KI=KD=PID參數(6-17-16-17-1(點畫線)：KP3.33，KI=0.2(1/s)，KD=2s(bt=0.3，Td=16.7s，Tn=0.6s)；2(實線)：KP3.33，KI0.3(1/s)，KD2s(bt0.3，Td=11.1s，Tn=0.6s)；3(虛)：KP3.33，KI=0.4(1/s)，KD2s(bt=0.3，Td=8.33s，Tn=0.6s)；6-17-1KI對空載擾動特性的影響(頻率6-17-2KI對空載擾動特性的影響(接力器行程①.PIDKP=3.33KI=(0.2、0.3、0.4)(1/s)、KD=2s③KI過大(btTd過小3)，空載擾動過程可能由單調過程趨于有超調過程發(fā)生；反之，積分增益KI過小(或btTd過大)(曲線1)，使得動態(tài)趨于緩KD對空載擾動特性的影響(6-18-16-18-2bp=0.02，KP=3.33，KI=0.55(1/s)，KD=Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=TfPID參數(6-1(點畫線)：KP=3.33，KI=0.3(1/s)，KD=1s(bt=0.3，Td=11.1s，Tn=0.3s)；2(點畫線)：KP3.33，KI0.3(1/s)，KD2s(bt0.3，Td11.1s，Tn=0.6s)；3(點畫線)：KP3.33，KI0.3(1/s)，KD3s(btt=0.3，Td=11.1s，Tn6-18-1KD對空載擾動特性的影響(頻率仿真結果表明：微分增益KD過小(或Tn/bt過小)(曲線3)，空載擾動過程可能產生超調，KD過大(Tn/bt過大)(1)，可能抑制空載擾動的初期的快速響應過程。綜上所述，水輪機調節(jié)系統(tǒng)的仿真結果表明：比例增益KP、積分增益KI和微分增益KDKP、積分增益KI和微分增益KD這3個參數之間的恰當配合這就是在電站進行空載擾動試驗的目的6-18-2KD對空載擾動特性的影響(接力器行程接力器最短開啟和關閉時間Tf對空載擾動特性的影響(圖6-Ty0.1sTw1.2sTa8.0sen1.3；Tf=5s10s15s；bp0.02,KP2,KI0.3(1/s)=6-19Tf仿真結果見圖6-19，從圖中3條波形可以看出，接力器最短開啟和關閉時間Tf對于空Tf使得動態(tài)過程起始段稍慢、容易引Tf使得動態(tài)過程起始段稍快、但是在動態(tài)過程后期稍Tf不是一個可調節(jié)的參數，特別是最短關閉時間，它是由機組的Tf對空載擾動特性的仿Tf對空載擾動特性的影響，得到初步的、機組慣性時間常數Ta對空載擾動特性的影響(圖6-機組慣性時間常數Ta是水輪發(fā)電機組的一個動態(tài)參數，機組慣性時間常數Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機組轉速n0上升至額定轉速nr所需要的時間。其計算公

GD2

Jr——額定轉速時機組的慣性矩（kg·m2（N·m（T·m2（r/min（kW（sTa不是一個可以調節(jié)或選擇的參數，這里的仿真僅僅是為了Ta對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。T（sTbTaTbTa6-20-1TaTd=6.06s，TnTa(6.0s，8.0s，10.0s)的仿真(6-20-Ta=6.0s6-20-1bp=0.02,Ty0.1sTw1.2s,6.0sTf10sen1.36-20-2TaTa=6.0s選用了不同的PID參數的仿真波形1.KP=3.33,KI=0.3(1/s),KD=2.0s(bt=0.3,Td=11.1s,Tn=0.6s)(點畫線)；2.KP=2.0KI=0.3(1/s),KD=1.0s(bt=0.5,Td=6.67s,Tn=0.5s)(實線)；3.KP1.5,KI0.3(1/sKD=2.0s(bt=0.67,Td=4.76s,Tn=1.34s)(虛線)；6-20-2TaTw對空載擾動特性的影響(6-21-16-21-2TwTw是在額定工況Tw的物理概念是：在額定水HrQ0Qr

L

（s即水錘效應（或水擊效應ww響。Td=6.06s，Tn6-21-1TwTw(0.6s，1.2s，1.8s)(6-21- PID參數與水流慣性時間常數Tw的仿6-20Tw使水輪機調節(jié)系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，較大的Tw值使動態(tài)過程初期的反調節(jié)劇烈，也了整個動態(tài)過程，需要選擇恰當的PIDTw=1.8s6-20-1bp=0.02,Ty0.1sTw1.8s,8.0sTf10sen1.36-21-236-21-136-21-212PID1.KP=2KI=0.25(1/sKD=2s(bt=0.357,Td=11.2s,Tn=0.71s)(實線)；2.KP=2.8,KI=0.25(1/sKDD=2s(bt=0.5,Td=16s,Tn=0.5s)(點畫線)；3.KP=3.33,KI=0.3(1/sKD=2s(bt=0.3,Td=11.1s,Tn=0.6s)(虛線)；6-21-2Tw(en對空載擾動特性的影響(6-21en(Controlledsystemself-regulationcoefficient)是在所取轉速點的eget之差：en=eg-et，這是一發(fā)電機轉矩對轉速的傳遞系數eg(Transmissioncoefficientofgeneratorloadtorquetospeed)又稱發(fā)電機負載自調節(jié)系數(Generatorloadself-regulationcoefficient)，torquetospeed)Turbineself-regulationcoefficient)，是水6-22ennen系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。=0.3，Td=6.06s，Tnen(6-由圖6-22的仿真結果可以看出，機組自調節(jié)系數en愈大，與它在靜態(tài)特性中的作用一6-23PIDKP=0.8，KI0.2(1/s)，KD1.0s(bt=1.25，Td=4s，TnKP=1.0，KI=0.2(1/s)，KD=1.0s(bt=1.0，Td=5s，Tn從圖6-23的仿真結果來看，由于貫流式機組具有機組慣性時間常數Ta較大、水流慣性Tw較小的特點，要想得到較理想的空載擾動特性，必需選擇較小的比例增益KPKIbtTd。第三節(jié)機組100％額定負荷過程仿某水電站水輪機調節(jié)系統(tǒng)甩100%額定負荷試從機組甩負荷時起，到機組轉速相對偏差小于±1％為止的調節(jié)時間tE與從甩負tM8，槳葉關閉時間較長的軸流轉槳式水輪機不大于12；對高水頭反擊式水輪機和沖擊式水輪機應不大于150.9。（對投入浪涌控制及槳葉關閉時間較長的貫流式機組除外0.2s0.3sPID參數對甩100％額定負荷過程的動態(tài)過程的影Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=1.0；Tf=10s；bp=0.01，KP=4，KI=KD=1PID1(點畫線)：KP=1.5，KI=0.21(1/s)，KD=1.0s(bt=0.67，Td=7.14s，Tn=0.678s)；2(實線)：KP4.0，KI0.211/s)，KD1.0s(bt=0.25，Td=19.0s，Tn=0.25s)；3(虛線)：KP=6.5，KI=0.21(1/s)，KD=1.0s(bt=0.15，Td=30.9s，Tn=0.252s)；從圖6-24-1和圖6-24-2的仿真波形看出，不同的比例增益KP取值，對于機組甩100％KPbt)，將使得動態(tài)過程小波動穩(wěn)定性能變差。6-24-1KP100％額定負荷過程影響的仿真波形(頻率6-24-2KP100％額定負荷過程影響的仿真波形(接力器行程KI100％額定負荷過程的動態(tài)過程的影響(6-25-16-25-6-25-1KI100％額定負荷過程影響的仿真波形(頻率Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=1.0；Tf=10s；bp=0.01，KP=4，KI=KD=1PID1(點畫線)：KP=4.0，KI=0.18(1/s)，KD=1.0s(bt=0.25，Td=22.2s，Tn=0.25s)；2(實線)：KP=4.0，KI=0.21(1/s)，KD=1.0s(bt=0.25，Td=19.0s，Tn=0.25s)；3(虛線)：KP4.03，KI0.24(1/s)，KD1.0s(bt=0.25，Td=16.7s，Tn=0.25s)；6-25-2KI100％額定負荷過程影響的仿真波形(接力器行程6-25-16-25-2KIKD100％額定負荷過程的動態(tài)過程的影響(6-26-16-26-6-26-1KD100％額定負荷過程影響的仿真波形(頻率6-26-2KD100％額定負荷過程影響的仿真波形(接力器行程Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=1.0；Tf=10s；bp=0.01，KP=4，KI==21(點畫線)：KP=4.0，KI=0.21(1/s)，KD=0s(bt=0.25，Td=19.0s，Tn=0s)；2(實線)：KP4.0，KI0.21(1/s)，KD=2s(bt0.25，Td=19.0s，Tn=0.5s)；2(實線)：KP4.0，KI0.21(1/s)，KD4s(bt0.25，Td=19.0s，Tn機組及引水系統(tǒng)參數對甩100％額定負荷過程的動態(tài)過程的影Ta對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。基本參數：bp0.01，KP=4，KI0.21(1/s)，KD=1；Ty0.1s，Tw=1.2s，Taen=1.0；Tf6-27-1Ta100％額定負荷過程影響的仿真波形(頻率6-27-2Ta100％額定負荷過程影響的仿真波形(接力器行程Ta值：Ta=6.0s(1(點畫線))、Ta=8.0s(2(實線))、Ta=10.0s(1(虛線))。從圖6-27-1和圖6-27-2的仿真波形看出機組慣性時間常數Ta大(波形3)機組甩100％額定負荷機組最高轉速(速率上升)Ta小(1)100％額機組水流慣性時間常數Tw對機組甩100％額定負荷過程影響的仿真(圖6-ww對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=1.0；Tf=10s；bp=0.01，KP=4，KI=KD6-28Tw100Tw值：Tw=0.5s(1(點畫線))、Tw=1.2s(2(實線))、Tw=2.2s(1(虛線))。68w值大310％額定負荷w值小100w100100w上升值大和小。en對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=1.0；Tf=10s；bp=0.01，KP=4，KIKD線))、en=1.1(1(虛線))。從圖6-29的仿真波形看出，機組自調節(jié)系數en值大(波形3)，機組甩100％額定負荷的速率上升值小，而且動態(tài)過程較快地趨于穩(wěn)定；機組自調節(jié)系數en值小(波形1)；機組甩100％額定負荷得速率上升值大，動態(tài)過程較慢地趨于穩(wěn)定。機組自調節(jié)系數en之所以影en數值的大和小，就使得機組自身對機組頻率上升或下降的抑制能力強或弱，從6-29en100第四力器不動時間的仿0.2s0.3s。接力器不動時Tq(Servomotordeadtime)是給定信號按規(guī)定形式變化起至由此引起主0.2s0.3s。接力器不動時間Tq主要受到以下因素的`影響頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期(更新周期)ststc機械系統(tǒng)死區(qū)，仿真中用代號sq表示樣周期(更新周期)一般為0.02s、0.04s，小型微機調速器也有0.08s的情況?？紤]到的2stc=0.01s。甩10%額定負荷時的接力器不動時間仿Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，en=1.0；Tf=10s；bp=0.02，KP=3.33，KI=KD=st機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.01(圖6-6-30頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.02s，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.01：Tq=0.05s；頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.04s，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.01：Tq=0.07s；頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.08s，機械系統(tǒng)死區(qū)可見接力器不動時間Tq與頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st有著直接的關系：頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st的大或小，分別使接力器不動時間Tq的數值大或小。因此，應該盡量采用頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st短的頻率測量方案，一般大型微機調速器的頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期為st=0.02s(20ms)；這時，頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st只占到要求的接力器不動時間(0.2s)1/10。6-31機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.02(圖6-頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.02s，機械系統(tǒng)死區(qū)頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.04s，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.02：Tq=0.075s；頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.08s，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.02：Tq 頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.02s，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.05：Tq=0.09s；頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.04s，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.05：Tq=0.115s；頻率測量環(huán)節(jié)采樣周期st=0.08s，機械系統(tǒng)死區(qū)比較圖6-30(機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.01)和圖6-31(機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.02)及圖6-32(機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.05)可以看出，在其它參數相同的條件下，機械系統(tǒng)死區(qū)sq的大或小，會分別使接力器不動時間Tq的數值大或小。因此，應該盡量減小機械系sq的數值。其他參數相同時，不同的機械系統(tǒng)死區(qū)sq對接力器不動時間的仿st=0.02s，st1=0.01(圖6-圖6-33 接力器不動時間仿真4st=0.02s，st1=0.01，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.01：Tq=0.05s；st=0.02s，st1=0.01，機械系統(tǒng)死區(qū)sq=0.02：Tq=0.07s；st=0.02s，st1=0.01，機械系統(tǒng)死區(qū)6-332條曲線的情況，是由于頻率測量周期與微機控制器采樣周 st=0.04s，st1=0.01(圖6-st=0.08s，st1=0.02，機械系統(tǒng)死區(qū)6-332條曲線的情況，是由于頻率測量周期與微機控制器采樣周第五節(jié)水輪機調節(jié) 次調頻仿國家調度通訊中心對于并入電網運行的機組調速 次調頻特性有下列要求（功率）永態(tài)轉差系數（火電機組調速系統(tǒng)稱速度變動率ep=4~5%Ef=?0.033HZ(DL/T1040-2007電網運行準則(TheGridcode)ep

3%頻率（）Ef=?0.033HZ(DL/T1040-2007電網運行準則(TheGridOperationcode)Ef在0.05HZ以內)；在45秒內機組實際功率與目標功率的功率偏差的平均值應在其額定功率的±3%內；穩(wěn)定時一次調頻仿真框 D D-DpT-DLfc6-35fc，錄制機組有功功率變化曲線(波636c，錄制機組有功功率變化曲線波形根據實測波形檢驗被仿真系統(tǒng)是否滿足電網一次調頻的技術要求。++-DpT-DLDf=D 6-36電網一次調頻工況下，影響機組實際功率響應特性pf(t為了便于閱讀，將””中的電網一次調頻工況下，影響機組實際功率響應特性pf(t的理論分析結論列寫如下：電網一次調頻工況下，影響機組實際功率響應特性pf(t的參數是微機調速器KI(3.505/0.0545)1.558(1/KP

btTd時間常數Tw、電網自調節(jié)系數en、接力器最短開機和關機時間Tf等參數，對于電網一次調頻率給定階躍F

(0.004)Ef=0.033Hz0.00066)實際起作用的頻率階躍值為F'pf等于功率增量的積分分量

(相對值

0.00334

pKPKPp(0.00334/0.05)(1e(ep/btTd)t)0.0668(1e005KIt速度變動率(功率轉速差值系數)：ep0.05；水流時間常數：Tw=2.1s；機組及負荷慣性時間常數：Ta8.43s；負荷自調節(jié)系數：en=1.0；接力器響應時間常數：Ty=Tf積分增益KI取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿

仿真模型開環(huán)，頻率給定階躍擾動F0.2Hz(f0.00334)KP=10，KI=0.8(1/s)，KD=0s(bt=0.1，Td=12.5s，Tn=0.3s)；KP=10，KI=1.6(1/s)，KD=0s(bt=0.1，Td=6.25s，Tn=0.3s)；KP=10，KI=2.4(1/s)，KD=0s(bt=0.1，Td=4.17圖6-37和圖6-37分別為60s時標和100spf0.0668KP產生的分量應為pKP100.003340.0346-37KI取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿真(60s)6-376-382(6-8)，其一次調頻動態(tài)過程滿足電網對于一次調頻的動態(tài)性能要積分增益KI愈大一次調頻動態(tài)過程中的機組功率趨近穩(wěn)定值的速度但是，KI將對電網的動態(tài)穩(wěn)定不利；6-38KI取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿真動態(tài)過程初期的反向調節(jié)，是由引水系統(tǒng)的水擊(水錘)效應(水流時間常數引起的；比例作用(KP)作用的近似反映在圖中+0.017與水擊效應引起的-0.017之差，即比例增益KP取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿仿真模型開環(huán)，頻率給定階躍擾動F0.2Hz(f0.00334)Ty=0.1s，TW=2.1s，Ta=8.43s，en=1.0；Tf=10s；bp=0.05，KP=10，KIKDKP=5，KI=0.8(1/s)，KD=0s(bt=0.2，Td=12.5s，Tn=0.3s)；KP=10，KI=1.6(1/s)，KD=0s(bt=0.1，Td=6.25s，Tn=0.3s)；KP=15，KI=2.4(1/s)，KD=0s(bt=0.067，Td=4.17s，Tn=0.3s)；圖6-38和圖6-39分別為100s時標和200spf0.0668KP產生的分量應為pKP100.003340.034動態(tài)過程初期的反向調節(jié)，是由引水系統(tǒng)的水擊(水錘)效應(水流時間常數引起的；比例作用(KP)作用的近似反映在圖中+0.017與水擊效應引起的-0.017之差，即6-39KP取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿真6-40KP取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿真接力器最短開機和Tf取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿仿真模型開環(huán)，頻率給定階躍擾動F0.2Hz(f0.00334)6-41TfKP=10，KI=1.6(1/s)，KD=0sbt=0.1Td=6.25s，Tn=0.3s)；Tf=5s、10.5s、20s；3100s生的分量應為pKP100.003340.034

0.0668KPTf對一次調頻動態(tài)過程的影響可以忽略不計。機組和電網慣性時間常數Ta取值對于電網一次調頻的動態(tài)過程影響的仿仿真模型開環(huán)，頻率給定階躍擾動F0.2Hz(f0.00334)KP=10，KI=1.6(1/s)，KD=0s(bt=0.1，Td=6.25s，Tn仿真3個不同的機組及電網慣性時間常數Ta的一次調頻動態(tài)過程Ta=4s，Ta=8.43s，Ta6-42Ta100s生的分量應為pKP100.003340.034

0.0668KPTa對一次調頻動態(tài)過程的影響可以忽略不計。巖灘水電站機組一次調頻試驗及仿真結1）.入一階躍擾動：△fc=△fo=+0.20Hz；.（0~1.3s0.7MW的反向功率調節(jié)； 穩(wěn)定于目標功率5%區(qū)間的調節(jié)時間：50s；6-43巖灘#1機△fo=+0.20Hz（0~1.3s0.7MW的反向功率調節(jié)；計算目標功率增量：相對量p0.0040.00090.0775絕對量Pppr0.0775300MW23.25MW；24.1MW；圖6-44給出了巖灘一次調頻模擬試驗（開環(huán)）仿真曲線，圖中還將試驗波形到一6-43可以看出，仿真結果十分接近試驗結果。6-44巖灘一次調頻模擬試驗（開環(huán)）(1）+0.2Hz(+0.004)

p0.0040.0009Pppr0.0775300MW(2）95%（0.0775×0.95=0.0736）t95(4）Tw的影響（水流效應（1）.對水輪機調節(jié)系統(tǒng)建立數學模型進行仿真，可以對它的靜態(tài)和動態(tài)特性進行經（2）.水輪機調節(jié)系統(tǒng)是一個復雜的、非線性的、非最小相位系統(tǒng)，加之在建立數學輪機調節(jié)系統(tǒng)的實際過程并得到定量的結論是十分的只能從定性的比較的意義上，PID特性及恰當地選擇①.PID特性是正確的，PID（功率（火電機組調速系統(tǒng)稱速度變動率

KP=10，KI>1.5581/s，KD=0s(bt0.1，

Tn0s)第六立電網運行特性仿前已，水輪發(fā)電機組有多種工作狀態(tài)：機組開機、機組停機、同期并網前和從電數字式電液調速器自動轉為頻率調節(jié)模式－工作于頻率調節(jié)器方式Ef=0孤立電網突加不同負荷擾動值的仿Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，Tf=10.0s，en=1.0；bp=0.02，Ef=0，KP=3.33，KI=0.55(1/s)，KD=3.0s；采用M-File編制程序，多次調用模型進行不同特征參數下的仿真電站及機組參數和微機調速器調節(jié)參數，突加不同負荷擾動值的動態(tài)過程仿真曲線見圖6-45。突加負6-456-4549.57Hz、49.14Hz48.7Hz；49.8Hz30s、43s47sPID參數對于動態(tài)過程的影響仿真(突加負荷10%負荷擾動值(1).Ty=0.1s，Tw=1.2s，Ta=8.0s，Tf=10.0s，en=1.0；bp=0.02，Ef=0，KI==3KP進行仿真比較(KP=1.625，KP=2.625，KPKP=4.33，KI=0.55(1/s)，KD=3.0s(bt=0.23，Td=7.91s，Tn=0.69s)；KP=3.33，KI=0.55(1/s)，KD=3.0s(bt=0.3，Td=6.06s，Tn=0.9s)；KP=2.33，KI=0.55(1/s)，KD=3.0s(bt=0.43，Td=4.23s，Tn=1.29s)；采用M-File編制程序，多次調用模型仿真，按照電站及機組參數和微機調速KP10%6-466-4517.7s3(點畫線，KP=2.33)49.0Hz49.8Hz以上的時間15.0s； Ta=8.0s，Tw=1.2s，en=1.0Ty=0.1s，y0=0.2，Tf=10s；bp=KP=3.33，KI=0.85(1/s)，KD=1.0s(bt=0.3，Td=3.92s，Tn=0.9s)；KP=3.33，KI=0.55(1/s)，KD=1.0s(bt=0.3，Td=6.06s，Tn=0.9s)；KP=3.33，KI=0.25(1/s)，KD=1.0s(bt=0.3，Tdd=13.3s，Tn=0.9s)；3KIKI=0.1(1/s)，KI=0.25(1/s)，KI=0.4(1/s)采用M-File編制程序，多次調用 器調節(jié)參數，進行不同的積分增益KI值的突加動態(tài)過程仿真曲線見圖6-47。6-4736.5s；2(實線，KI=0.55(1/s))49.14Hz49.8Hz以上的時16.5s；1(虛線，KI=0.85(1/s))49.20Hz49.8Hz以上的時11.5s；6-47KI值對于動態(tài)過程的影響仿真曲線(10%負荷擾動值因此，積分增益KI值愈大(速動時間常數Tx=btTd值愈小)，在同樣的負荷擾動之下的動態(tài)頻率下降值小、頻率恢復到50Hz的速度快，但是容易出現調節(jié)的超調現象；積分增益KI值愈小(TxbtTd值愈大)，在同樣的負荷擾動之下的動態(tài)頻率下降值大、頻率50Hz50HzTw=1.2s，Ta=8.0s，Ty=0.1s，Tf=10s，y0=0.2，en=1.0；bp=0.02，Ef=0；KP=3.33，KI=0.55(1/s)，KD=0.0s(bt=0.3，Td=6.06s，Tn=0.0s)；KP=3.33，KI=0.55(1/s)，KD=3.0s((bt=0.3，Td=6.06s，Tn=0.90s)；KP=3.33，KI=0.55(1/s)，KD=6.0