stfzxt水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)

STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)四．STFZXT-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的安裝及運行九．水輪發(fā)電機組的水流修正系數(shù)Ky和機組慣性比STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是水輪機調(diào)節(jié)理論與技術(shù)、數(shù)字仿真理論與技術(shù)STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是水電站從事水輪機調(diào)節(jié)的技術(shù)人員和水輪機調(diào)STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是高等院校與水輪機調(diào)節(jié)相關(guān)課程的理想輔助教STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是學(xué)習(xí)、理解、執(zhí)行中民一．水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性仿真動態(tài)特性進行經(jīng)濟、方便、直觀、迅速的研究，像機組甩在科學(xué)研究和工程應(yīng)用的建模中，MathWorks公司推出的軟件，因為其中的首選工具。名字由MATrix(矩陣)和LABoratory()兩個單詞的前3個字母組析和計算方法，是當(dāng)代內(nèi)容豐富、功能強大、使用方便、界面直觀的國際公認的標準計算完全準確地反映水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實際過程并得到定量的結(jié)論，是十分的；只能從定二．水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)(DecisionSupportSystem，簡稱DSS)是協(xié)助使用者通過系統(tǒng)模型、仿真STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)（HydraulicTurbineRegulatingSimulationandDecisionSupportSystem）是水輪機調(diào)節(jié)理論與技術(shù)、數(shù)字仿真理論與技術(shù)和計算機軟STFZXT—1輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本理論、工作原理和動態(tài)仿真進行了系統(tǒng)、深入、全面的分析和研究，詳細地分析、推導(dǎo)和論證了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)、水輪機控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)的靜態(tài)及動態(tài)特性原理及數(shù)學(xué)表達式，參照了大量的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在水電站的實測動態(tài)實驗資料，建STFZXT—1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)基械控制系統(tǒng)理論和技術(shù)，建立了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的仿真模型，把典型的水輪機調(diào)節(jié)系STFZXT—1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系100%額定負荷和接力器不動時間等許多在現(xiàn)場無法進行或不宜多次重復(fù)進行的試驗，都判斷其動態(tài)過程類型；按照電站及機組的實際參數(shù)（Ta，Tw）和水輪機微機調(diào)速器的實際參（KPKIKDbpTfTgy0kyenPID參數(shù)行甩負荷試驗以驗證修改PID參數(shù)后的實際機組甩負荷動態(tài)性能。3個(組)數(shù)值仿真”的仿真策略，也就是說，在每次仿真中，采用選擇的1個(組)仿真目標參數(shù)的3個(組)數(shù)值進行，將這3個仿真的動態(tài)過程的仿真變量波形和全部仿真參數(shù)在1個仿真圖形中表示。眾所周知，對應(yīng)1個(組)仿真目標參數(shù)數(shù)值的仿真，只能得到一個孤立的動態(tài)過程；對應(yīng)2個(或2組)仿真目標參數(shù)數(shù)值的仿真，可以得到對應(yīng)的互為比2個動態(tài)過程；而對應(yīng)3個(組)仿真目標參數(shù)數(shù)值的3個動態(tài)過程，則為進行參數(shù)變化以在其它參數(shù)相同的條件下，得到33三．STFZXT— 水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)基本特點和內(nèi)STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)建立了仿真模型(SimulationModel)(12和3)-----------------------------------重點提示?仿真軟件版本信息STFZXT-1W2.20M1(完整版)”或W2.20S1(完整版)”)是完整的水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)，共有66個仿真項目。STZXT-(中文W2.20M2(精選版)”或“中文W2.20S2(精選版)”)是精選的水輪機調(diào)節(jié)電網(wǎng)一次調(diào)頻仿真決策支持系統(tǒng)，包含STFXT1中除“機組開機”和STFZXT-3(中文W2.20M3(電網(wǎng)運行版)”或“中文W2.20S3(電網(wǎng)運行版)”)是水輪機調(diào)節(jié)“電網(wǎng)一次調(diào)頻”和“孤網(wǎng)運行”仿真決策支持系統(tǒng)，共有16個仿真項目STFZXT-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的子項目。STFZXT-4(中文W2.20M4(一次調(diào)頻版)”或“中文W2.20S4(一次調(diào)頻版))是水輪機調(diào)節(jié)“電網(wǎng)一次調(diào)頻”仿真決策支持系統(tǒng)，共有9個仿真項目，是STFZXT-1水硬件加密U1）.沒有插入硬件加密U盤為體驗版，PID參數(shù)可以修改，Ta,Tw,en,Tf,Tg和2）.插入硬件加密U盤為正式版。3）.體驗版可以在多臺計算機（包括臺式計算機）上使用，但是，只有插入硬件加計算機序列號版1）.沒有的計算機為體驗版，PID參數(shù)可以修改，Ta,Tw,en,Tf,Tg和3）.體驗版可以在多臺計算機（包括臺式計算機）上使用，但是，只有的筆記本計算? 參數(shù)仿真策略、變量單位、仿真波形和數(shù)據(jù)的保存仿真目標參數(shù)的3個(組)數(shù)值仿真”的仿真策略，也就是說，在每次仿真中，采用選擇的個(組)仿真目標參數(shù)的3個(組)數(shù)值進行，將這3個仿真的動態(tài)過程的仿真變量波形和全部仿真參數(shù)在1個仿真圖形中表示。對應(yīng)2個(或2組)仿真目標參數(shù)數(shù)值的仿真，可以得到對應(yīng)的互為比較的2個動態(tài)過程；3頻率：F-絕對值，（Hzf-相對值；f=0.0，對應(yīng)于0.0Hz；f=1.050.0Hz機組有功功率：p-相對值，p=0.0對應(yīng)零功率；p=1.0對應(yīng)于額定功率。時間：t-秒（s。的文件夾C:\SDATA\,仿真波形在子文件夾C:\SDATA\figure\中。?STFZXT水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的說明書HELPSTFZXT8個仿真大項8pdf文件說明書，HELP文件夾應(yīng)該置于C：\SFATA\路徑下。當(dāng)打開仿真軟件時，會自該大項目的說明書；當(dāng)打開其它仿真大型大項的仿真小項時，會自動打開該大項目的說明點標注功能最小值、穩(wěn)定時間等：tE、tM、t0.8、tSR、tE/tM、tSR/t0.8P15/PW、W601/W601…。仿真軟件能按照一定算法自動對仿真特性進行分類：[遲緩型]、[良好型]、[優(yōu)秀型?單調(diào)節(jié)和雙調(diào)節(jié)接力器1段關(guān)閉機組甩負荷仿真（SFH1、接力器2-3段關(guān)閉機組甩負荷仿真（SFH2）和孤立電網(wǎng)仿真（XW）設(shè)置了單調(diào)節(jié)/雙調(diào)節(jié)變量K12：K12=1.0為單調(diào)節(jié)，K12=2.0，2.1…3.718個基本雙調(diào)節(jié)協(xié)聯(lián)特性，隨著K12的數(shù)值加大，非協(xié)聯(lián)狀態(tài)的機組效率減小加劇。K12與khen300?一次調(diào)頻仿真項目設(shè)置了機組運行水頭系數(shù)變 機組運行水頭系數(shù)變量Hcoef=1.0為額定水頭，Hcoef<1.0?具有雙向擾動的仿真項目空載擾動仿真（KZRD）的擾動頻率,既可以是頻率向上擾動（48.0Hz→52.0H也可已是頻率向下擾動（例如2.0Hz→48.0Hz；（p<0?動態(tài)波形圖（仿真結(jié)果）的最大坐標和最小坐標的自動設(shè)置功能?仿真軟件使用人的標注功能的文字通道，其中已經(jīng)有數(shù)個中文或英文短語供使用者選用，軟件使用者也可以輸入?仿真軟件可以有2種顯示模式：完整顯示動態(tài)波形和仿真使用的DS=1：完整顯示動態(tài)波形和仿真使用的全部參數(shù)。時，還顯示了與人機界面一致的、仿真采用的全部變量的數(shù)值，便于使用者與波形對DS=0：僅僅顯示動態(tài)波形。-----------------------------------重點提示STXTFZ-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)STXTFZ-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是基于軟件對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性進行仿真的培訓(xùn)和決策支持系統(tǒng)。它們能對通常的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的8類電站試驗項目1段關(guān)閉機組甩負荷特性、接力器23段關(guān)閉機組甩負荷特性、電網(wǎng)一次調(diào)頻特性STXTFZ-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)特點STXTFZ-1,,每次仿真僅需(2~5秒;在每1次仿真中,將3個(組)不同目,果的示波圖中同時顯示了機組頻率(f)和接力器開度(y),機組甩負荷特性還顯示了引水系統(tǒng)水壓(h),仿真結(jié)果的示波圖中列出了仿真參數(shù),圖中的仿真參數(shù)顯示區(qū)，標示了仿真采用的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)全部參數(shù)，在參數(shù)顯示區(qū)的下3個(組)(開機tSR，t0.8，tSR/(空載頻率波動(空載擾動SFH1(甩負荷Fm，tM，tE，tE/(小網(wǎng)Fm，tM，tE，tE/(一次調(diào)頻PW，W45，W451，W60，W601，W451/W45W601/W60，P15，P45，P15/PW，P45tSR/t0.8tSR80%額定轉(zhuǎn)速(40Hz)的時間t0.8的比值；ΔFm―空載頻率波動自動工況頻率波動峰-峰值T(y1)―接力器不動時間―接力器從甩負荷開始至接力器關(guān)閉 0.1%的時間T(y2)―接力器不動時間―接力器從甩負荷開始至接力器關(guān)閉了0.2%的時間T(f)―從甩負荷開始至機組頻率上 0.02%的時間W451―電網(wǎng)一次調(diào)頻45秒的機組實際電量(相對值W60―電網(wǎng)一次調(diào)頻60秒的機組期望電量(相對值W601―電網(wǎng)一次調(diào)頻60秒的機組實際電量(相對值)；W451/W4545電量貢獻比率；P15―電網(wǎng)一次調(diào)頻15秒機組的功率；P45―電網(wǎng)一次調(diào)頻45秒機組的功率；P15/PW―電網(wǎng)一次調(diào)頻15秒機組的功率與期望功率的比值P45/T(y2)―接力器不動時間―接力器從甩負荷開始至接力器關(guān)閉了0.2%的時間T(f)―從甩負荷開始至機組頻率上 0.02%的時間W451―電網(wǎng)一次調(diào)頻45秒的機組實際電量(相對值W60―電網(wǎng)一次調(diào)頻60秒的機組期望電量(相對值W601―電網(wǎng)一次調(diào)頻60秒的機組實際電量(相對值)；W451/W4545電量貢獻比率；P15―電網(wǎng)一次調(diào)頻15秒機組的功率；P45―電網(wǎng)一次調(diào)頻45秒機組的功率；P15/PW―電網(wǎng)一次調(diào)頻15秒機組的功率與期望功率的比值P45/PW―電網(wǎng)一次調(diào)頻45秒機組的功率與期望功率的比值水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)機組單調(diào)節(jié)和雙調(diào)節(jié)動態(tài)特調(diào)節(jié)方式變量K12。僅僅在水輪式變量K12。參數(shù)（TjfTjgTjys。由于槳葉關(guān)閉時間Tjf和槳葉開啟時間Tjg均明顯分別大于導(dǎo)葉關(guān)閉時間Tj和導(dǎo)葉開Tg例如機組甩負荷動態(tài)過程和孤立電18協(xié)聯(lián)特性導(dǎo)致的機組效率下降的協(xié)聯(lián)特性系數(shù)K12可供選擇；K12的數(shù)值愈大，在同樣偏離協(xié)雙調(diào)節(jié)機組甩負荷過程的特點Tg=20.0sTf1=12.0sTf3=70.0s,12Y12=0.4，23Y23=0.1。*雙調(diào)節(jié)機組(K12=2.5)(3甩負荷特性：；Tf1=12.0s,Tf2=30.0s,Tf3=70.0s,Tg=20.0s；1段和2段關(guān)閉拐點Y12=0.4，2段和3段關(guān)閉拐點Y23=0.1。槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf=30.0s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。*接力器1段關(guān)閉的單調(diào)節(jié)和雙調(diào)節(jié)動態(tài)特性比較導(dǎo)葉接力器關(guān)閉時間Tf1=12.0s,導(dǎo)葉接力器開啟時間Tg=30.0s。雙調(diào)節(jié)。Tf=12.0sTg20.0s；槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf=30.0s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。較好PID參數(shù)比例增益積分增益KI微分增益KD單調(diào)節(jié)雙調(diào)節(jié)雙調(diào)節(jié)*接力器3段關(guān)閉的單調(diào)節(jié)和雙調(diào)節(jié)動態(tài)特性比較紅色點畫波形：單調(diào)節(jié)，K12=1.0，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段關(guān)閉拐點Y12=0.5，23段關(guān)閉拐點Y23=0.2。黑色實線波形：雙調(diào)節(jié)，K12=2.5，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段關(guān)閉拐點Y12=0.5，2段和3段關(guān)閉拐點Y23=0.2；槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf=20.0s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。藍色雙畫線波形：雙調(diào)節(jié)，K12=3.0，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段關(guān)閉拐點Y12=0.5，2段和3段關(guān)閉拐點Y23=0.2；槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf=20.0s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。PID參比例增益積分增益微分增益單調(diào)雙調(diào)雙調(diào)中的最高轉(zhuǎn)速數(shù)值fmax“最高轉(zhuǎn)速數(shù)值fmaxTjTf雙調(diào)節(jié)機組在小電網(wǎng)中運行特點*電網(wǎng)突加20%額定負荷的單調(diào)節(jié)機組動態(tài)特性單調(diào)節(jié)機組：K1210導(dǎo)葉接力器關(guān)閉時間Tf100s，導(dǎo)葉接力器開啟時間Tg=20.0s*電網(wǎng)突加20%額定負荷的雙調(diào)節(jié)機組動態(tài)特性槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf=30s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。*電網(wǎng)突減20%額定負荷的單調(diào)節(jié)機組動態(tài)特性單調(diào)節(jié)機組：K1210導(dǎo)葉接力器關(guān)閉時間Tf100s，導(dǎo)葉接力器開啟時間Tg=20.0s*電網(wǎng)突減20%額定負荷的雙調(diào)節(jié)機組動態(tài)特性槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf=30s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf要明顯大于導(dǎo)葉接力器關(guān)閉時間Tf器開啟時間TjgTg。所以，在小電網(wǎng)運行的雙調(diào)節(jié)機組，在電網(wǎng)中負荷變化過程中的導(dǎo)葉接力器行程和槳葉接力器行程處于非協(xié)聯(lián)狀況，機組效率下降，使得水輪仿真波形及其數(shù)據(jù)仿真動態(tài)波形顯示的同時,系統(tǒng)還將仿真結(jié)果在c:\figure中,其上標注有仿真進行的年、月、日、時、分；仿真波形圖中還有包括相應(yīng)規(guī)定的性能指標在內(nèi)的的輔助線，便于使用者根據(jù)判斷仿真結(jié)果波形的動態(tài)性能指標。與仿真波形對應(yīng)的數(shù)據(jù)自動在c:\SDATA\的相應(yīng)同名子文件夾下仿真項目*.xlsx文件，可以供使用者參考使用。ABCDETFfyTFY擾動TFfyTFfyTfy(1段關(guān)閉甩負荷TFfyH(2-3段關(guān)閉甩負荷TFfyHTFfy調(diào)頻TpYTpyT―時間(s)；F―機組頻率(Hz)；f―機組頻率(相對值y―接力器行程(相對值)；H―水壓(相對值)；PSTXTFZ-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的決策支持STFZXT-1在仿真中對仿真的動態(tài)過程的動態(tài)特性性能指標進行了分析，并對其動態(tài)特性類型進行了分類(遲緩型、良好型、優(yōu)秀型、振蕩型等（接力器不動時間過程則為優(yōu)秀、良好、合格、不合格）)，為如何修改PID參數(shù)以優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)性能提供了決策支持。仿真標注在仿真項目中設(shè)置了“仿真標注”變量?！胺抡鏄俗ⅰ弊兞繛榭諘r，仿真結(jié)果[K_I增大的作用：[遲緩型]→[優(yōu)良型]→[振蕩型]][仿員]”或使用者擬表達的其它內(nèi)容，在仿真結(jié)果波形圖上會顯示相應(yīng)內(nèi)容。STXTFZ-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的項目參數(shù)都是可以設(shè)定的,因此,可以按照需要擴展新的仿真項目，設(shè)定的仿真參數(shù)都會實時顯STXTFZ-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的PID參數(shù)在仿真中，PID參數(shù)均以比例增益KP、積分增益KI（1/s）和微分增益KD(s)作為設(shè)定戶使用，仿真報告中，給出了由KP、KIKDbt、TdTn值。STXTFZ-1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的幫助文檔(HELP，即說明書在仿真中，能自動彈出與當(dāng)時仿真項目相關(guān)的幫助WORD文檔(C:\SDATA\HELP\)，供使用者參考，STXTFZ-1STFZXT—1水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)簡介水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)機組接力器1段關(guān)閉機組甩負荷特性仿真水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)機組接力器2-3段關(guān)閉機組甩負荷特性仿真STXTFZ- 水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的仿真參數(shù)顯示DS=1：顯示全部仿真動態(tài)波形和仿真參數(shù)，適合顯示比 1.0：1.0DS=1(顯示比例DS=1(顯示比例DS<>1坐標數(shù)字字體和文字字體，便于使用者將仿真波形圖縮小尺寸，以便用撰寫文章的插圖和0.660.66或0.50.5名稱的代號()，例如SFH1(PID)：1段關(guān)閉機組甩負荷(PID)。四．STFZXT- 水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的安裝及運安在限定的計算機序列號的計算機上安裝軟件，(用戶自備，版本為2009b或2011b)。安裝路徑不限1:“Custom”安裝（即選擇性安裝 2:“Typical”安裝（即全部安裝 將隨機文件SDATA.rar解壓后(內(nèi)含幫助WOND文檔HELP)，置于C盤根仿真系統(tǒng)會自動建立放置幫助文件和仿真波形數(shù)據(jù)文件（*.xlsx）的文件夾C:\SDATA\HELP\,仿真波形在子文件夾C:\SDATA\figure\中。C:\SDATA\中的文件夾運W2.20M1(完整版)”仿 *機組開機特性仿真(KJ)，6個仿真項目；，，，， 外，以后的仿真報告（波形）將在點擊“仿真”按鈕后的2~5秒顯示。在仿真中，能自動彈出相關(guān)的幫助WORD文檔(C:\SDATA\HELP)，供使用者參考。中，與仿真圖形對應(yīng)的動態(tài)波形數(shù)據(jù)(數(shù)表)在C:\SDATA中五．水輪機調(diào)節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)案例振蕩型PID參數(shù)優(yōu)化方向。仿真決策支持系統(tǒng)中輸入機組和水輪機調(diào)速器的實際參數(shù)（Ta、機組水流時間常數(shù)Tw、導(dǎo)葉接力器關(guān)閉時間Tf和開啟時間Tg、槳葉接力器關(guān)閉時間Tjf和開啟時間Tjg、導(dǎo)葉接力器空載開度y0、調(diào)速器PID參數(shù)KP、KI、KD、永態(tài)差值系數(shù)bp等），通過調(diào)節(jié)甩100%負荷動態(tài)過程的仿真波形盡量接近機組甩100%負荷動態(tài)過程的錄波曲線。*優(yōu)化調(diào)速器PID參數(shù)：修改調(diào)速器PID參數(shù)，優(yōu)化機組甩100%負荷動態(tài)過程的仿真波形，直至機組甩100%負荷動態(tài)過程的指標明顯優(yōu)化并滿足技術(shù)標準性能指標要求。機組基本參數(shù)：軸流轉(zhuǎn)槳式機組：導(dǎo)葉關(guān)閉時間Tf=18.0(s)，導(dǎo)葉開啟時間Tg=8.0(s)，槳葉關(guān)閉時間Tj=32(s空載開度y0=0.2甩負荷前開度y=0.92KP=3.2KI=0.22(1/sKD=1.0(s)；bt=0.32,Td=14.6(s),Tn=0.32(s)。甩負荷前接力器開度y=0.92。/實測特性分

值下降到50Hz附近、繼而上升并極為緩慢地趨近50Hz，機組甩負荷動態(tài)過程屬于遲緩型（S型）動態(tài)過程，因而需要恰當(dāng)?shù)剡x擇合適的調(diào)速器PID參數(shù)，大體方向是，是適當(dāng)?shù)丶哟蟊壤齂PKI（btTd。曲線（波形）擬合/enKYK12，使仿真得到的機組甩負荷動優(yōu)化調(diào)速器PID參數(shù)KP=3.3，KI=0.3(1/s)，KD=1.0(s)；bt=0.30,Td=11.0(s),Tn=0.30(s),見下圖。電站試驗驗證1).KI=0.22(1/s)增大為KI=0.3(1/s)，或Td=14.6(s)減小為Td=11.0(s)；差值為3.6(s)。 KD=1.0(s)，Tn=0.32(s)增大為Tn=0.3(s)；差值為0.02(s)KP=3.3，bt=0.30，差值為0.02在電站參考仿真結(jié)果修改PID參數(shù)，機組甩負荷特性明顯改善。六．水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖水機節(jié)統(tǒng)由輪控系統(tǒng)(Hydraulicturbinecontrolsystems)和被控制系統(tǒng)(Controlledsystem)組成的閉環(huán)系統(tǒng)(Closedloopsystem)。水輪機制系是用于檢測被控參量（轉(zhuǎn)速、功率、水位、流量等）與給參量的偏差，并將它們按一定特性轉(zhuǎn)換成主接力器(Mainservomotor)行程偏差的些備所組成系統(tǒng)也可稱為調(diào)器水輪機調(diào)速器(Hydraulicturbines ernor)則實機及制構(gòu)和指示儀表等組成的一個或幾個裝置的稱；從一般義上講，水輪機控制系統(tǒng)就是包含油引水和泄水系統(tǒng)、裝有電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)機及其所并的電網(wǎng)及負荷，也可以稱為調(diào)節(jié)對象。的頻率f（與其成比例的被控制機組的轉(zhuǎn)速n、機組有功功率Pg、機組運行水頭H、水輪機Q等參量測量出來，與水輪機控制系統(tǒng)的頻率給定、功率給定、接力器開度給定等給統(tǒng)(Openloopsystem)。因此，對應(yīng)于一個輸入控制量，便有一個相應(yīng)固定的輸出量與之發(fā)電被控(包括機組(電網(wǎng))頻率、機組功率等)對(Feedbackeffect)(調(diào)速器)自身也是一個閉環(huán)系統(tǒng)。輸入信號與反(Stability)始終是一個重要問題。除去穩(wěn)定問題之外，閉環(huán)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)的動態(tài)過程及動態(tài)品質(zhì)(性能)也是比開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜的多；因為，閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定時，還可能出現(xiàn)動態(tài)過程中超調(diào)(Overshoot)或衰減振蕩(Damplyoscillation)現(xiàn)象。被控制系統(tǒng)水輪機控制系統(tǒng)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)水輪發(fā)電機組把水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┕I(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)及人民生活等用戶使用。用戶在用電過程中除要求供電安全可靠外，對電網(wǎng)電能質(zhì)量也有十分嚴格的要求。按我國電力部50H（赫茲0.2Hz5%~10%2%~3%早期的機械調(diào)速器和電液調(diào)速器的主要作用是根據(jù)偏離額定值的機組頻率的水輪機調(diào)速器主要是一個機組頻率（轉(zhuǎn)速）調(diào)節(jié)器(Frequency(speed)regulator)。要求。與微機調(diào)速器發(fā)展、完善和廣泛應(yīng)用的同時，水電廠自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC、電AGCAGC統(tǒng)的功能有了增加和擴展：在完成水輪機頻率（轉(zhuǎn)速）的調(diào)節(jié)任務(wù)的同時，還與電網(wǎng)AGC范圍，除包含了原來的機組頻率(轉(zhuǎn)速)調(diào)節(jié)的內(nèi)容之外，還要完成電網(wǎng)AGC系統(tǒng)和電廠AGC①②.被控制的水輪發(fā)電機組單機帶負荷或在小電網(wǎng)中運行，水輪機調(diào)速器的任務(wù)是調(diào)電網(wǎng)AGC系統(tǒng)和電廠AGC系統(tǒng)下達的機組給定功率的指令，調(diào)節(jié)水輪機組有功功率，滿足水輪機調(diào)節(jié)的實質(zhì)Jdd

M

J——機組轉(zhuǎn)動部分的慣性矩（kg·m2n——機組轉(zhuǎn)動角速度（radsn——機組轉(zhuǎn)動速度（r/minMt——水輪機轉(zhuǎn)矩（N·mMg——發(fā)電機負荷阻力矩（負載轉(zhuǎn)矩）（N·m式（1）清楚地表明，水輪發(fā)電機組是轉(zhuǎn)速對力矩的積分環(huán)節(jié)，機組轉(zhuǎn)速(頻率)保持恒值的條件是d 0，即要求MM，否則就會導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速(頻率)相對于額定值持續(xù)升d 水輪機轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)et(ex)和發(fā)電機負載轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)eg的特性，使得M （mt——水輪機效率——水的密度（kg/m3MtMg，才能使機組在一個允許的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（頻率）水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點Tw來表述。水流慣性時間常數(shù)(Waterinertiatimeconstant)是在額定工況下的表征過水管道中水流慣性的特征時間。水流慣性時間常數(shù)Tw的表達式見式(9)。水流慣性時間常數(shù)Tw的物理概念是：在額定水頭Hr作用下，過水管道內(nèi)的流量由0加大至額定流量Qr所需要的時間。水系統(tǒng)水流、水流動能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽?、水輪機工作壓力短時上升，而導(dǎo)致水輪機力矩有水輪發(fā)電機組的機械慣性，可用機組慣性時間常數(shù)Ta來表述。機組慣性時間常數(shù)(Unitinertiatimeconstantunitaccelerationconstant)機組慣性時間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機組轉(zhuǎn)速n0上升nr所需要的時間；這使得對于一個階躍輸入信號，機組轉(zhuǎn)速的動態(tài)過程具有明開度開始，至機組轉(zhuǎn)速到達變化差值95%的時間為3Ta，至機組轉(zhuǎn)速到達變化差值98%的時間4Ta；例如，Ta=10s95%t0.95≈30s98%的時間t0.98≈40s。輪機調(diào)速器必需在其工作電源后，仍然能靠的能源可靠地關(guān)閉水輪機導(dǎo)水機構(gòu),以手動水輪機調(diào)節(jié)長期對被控制系統(tǒng)特性的認識和手動控制經(jīng)驗的總結(jié)，隨著機械技術(shù)、技術(shù)、電氣技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)等的出現(xiàn)及應(yīng)用，才逐步使水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為的水微分(超前)操作原則在手動操作中，不僅要密切觀察機組頻率偏離額定值的大小，而且要注意機組頻率向54Hz以較快的速度下降到51Hz時，雖然它仍然大于50Hz，不續(xù)水，需使構(gòu)啟才有(Derivative)積分(微量、精確)操作原則七．水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)規(guī)律微機調(diào)速器簡化結(jié)構(gòu)圖如下列2個框圖所示。y(圖12和圖13中虛線所示)。仿真結(jié)果及現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，兩種反饋信號取法的動態(tài)性測 1 機 1g頻

fKKD1T

1T1Ty 1

+ +b+bp(

y–yf1

PID型微機調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖測 頻1 機 死1g11

++bbp(

KD1T1v ++

S S 1y–yf1

PID型微機調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖若永態(tài)差值系數(shù)bp為零，則得到PID調(diào)節(jié)器輸出yPID對其輸入頻差f

K1 K DD(S) I 1TYPID(S)

K1KS

（取T(S) I D 式中，YPID(S)——接力器行程yPID的拉斯變換；F(S)——機組頻率f的拉斯比較上列公式，可以得到PID型調(diào)速器的比例增益KP、積分增益KI、微分增益KD加速度-緩沖型調(diào)速器的暫態(tài)差值系數(shù)bt、緩沖時間常數(shù)Td、加速度時間常數(shù)Tn這兩套調(diào)KTdTn1b b t t KIb t K bb PTKP P K K ItT DKb DtK PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入響應(yīng)特性如下圖。y KDxD

B

0 根據(jù)上列公式，可以方便地在2種參數(shù)間換算。例如，已知KP=2.5、KI=0.25(1/sKD=1.25s，則易bt≈0.4、Td=10s和Tn=0.5s八．水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的仿真模型 水輪發(fā)電機組仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(KP、KI、K1K2K3K4K5K6K7K1/K2（電網(wǎng)頻率信號投入/閉環(huán)/開環(huán)K3/K4/K5（前饋信號投入/切除開關(guān)；K6是功率/K7是調(diào)節(jié)器導(dǎo)葉開度接力器實際開度反饋信號選擇開關(guān)。這些開關(guān)的不同位置及其組合，可以構(gòu)成水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不同工況的仿真模型。當(dāng)然，由于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)各種工況的差異性很大，最好是對于不同工況使用的模型，有時甚至對于一種工況采用幾個不同的模型，以滿足特殊工況和仿真目標參數(shù)的要求。水輪發(fā)電機組仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(bt、Td、九．水輪發(fā)電機組的水流修正系數(shù)Ky、水壓修正系數(shù)Kh和機組慣性比率(UnitInertiaRatio)RI機組自調(diào)節(jié)系數(shù)en和機組慣性比率GB/T9652.1-2007《水輪機控制系統(tǒng)技術(shù)條件》規(guī)定的靜態(tài)及動態(tài)特性指標適用工作條件中關(guān)于“水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta”有下列條款：“3.3對比例積分微分（PID）型調(diào)速器，水輪機引水系統(tǒng)的水流慣性時間常數(shù)Tw不4s（PI）Tw2.5s。水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta的比值不大于0.4。反擊式機組的Ta不小4s，沖擊式Ta不小于2s于水輪機引水系統(tǒng)的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值和水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta眾所周知，機組慣性時間常數(shù)Ta和水流慣性時間常數(shù)Tw的數(shù)值，對于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的品質(zhì)起著重要的作用；但是，對于“水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta比值的大小，對于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性品質(zhì)的影響，要遠遠大于機組慣性時間常數(shù)Ta和水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值的影響。慣性時間常數(shù)Ta比值對系統(tǒng)動態(tài)特性品質(zhì)的影響。水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta和機組自調(diào)節(jié)系數(shù) GD2nTar M 水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta的表達式為Ta=(GD2nr2/3580Pr參見式(1-4)和式(1-5))。值得的是，由水輪發(fā)電機組設(shè)計和制造單位提供的水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta過程來說(例如機組甩負荷動態(tài)過程)，如果要對不同機組工況，使用修正后的水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta是十分繁瑣和的en(Controlledsystemself-regulationcoefficient)是在所取轉(zhuǎn)速點的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)eg與水輪機轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)et發(fā)電機轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)eg(Transmissioncoefficientofgeneratorloadtorquetospeed)又稱發(fā)電機負載自調(diào)節(jié)系數(shù)(Generatorloadself-regulation值的關(guān)系曲線在所取轉(zhuǎn)速點的斜率；水輪機轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)et(Transmissioncoefficientofturbinetorquetospeed)(Turbineself-regulationcoefficient)，是水頭和主接力器行程恒定時，水輪機轉(zhuǎn)矩相對偏差值Δp與機組轉(zhuǎn)速相對偏差值Δn(頻率相對偏差值Δf)en=Δp/Δn=Δp/Δfenen的數(shù)值。而且，在en的變量，可以用適當(dāng)變化其變化對水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta的影響。水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw、水流修正系數(shù)Ky和水壓修正系數(shù)值得的是，由水電站設(shè)計單位提供的水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw值，是指如果要對不同的機組運行工況，使用修正后的水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw也是十分繁瑣和的。所以，我們引入水流修正系數(shù)KY，用以在不同的機組運行水頭H和機組功率工況下，修正水流時間常數(shù)Tw對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)過程的影響。水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw的表達式為Tw=ΣLV/gH水流慣性時間常數(shù)Tw與引水系統(tǒng)各個分段的水流流速V成正比、與機組運行水頭H成反比。值得著重的是，電站設(shè)計單位(水電勘測設(shè)計院)提供的機組水流慣性時間常數(shù)Tw，是在機組額定工況(機組額定運行水頭Hr和機組額定功率pr)下的數(shù)值。機組不同的運行水頭H和機組功率p不同，實際起作用的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值也是不同的。水電站試驗資料和仿真結(jié)果表明，特別是水流慣性時間常數(shù)Tw對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的影響程度，H變化大的水輪發(fā)電機組，最小運行水頭下的較好的調(diào)速器比例增益KP和積分增益KI的數(shù)值，要分別明顯小于最大運行水頭下的較好的調(diào)速器比例增益KP和1水流修正系數(shù)(WaterCorrectingCoefficient)程度上接近實際水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性。水流修正系數(shù)的表示符號 KY水流修正系數(shù)KY與機組運行水頭H的定性關(guān)系機組運行水頭H大于機組額定水頭HHr②.由于機組運行水頭H大于機組額定水頭Hr，機組流量Q小于機組額定水頭下的流量Qr，因而引水系統(tǒng)各段水流的流速V都分別小于機組額定水頭的流速Vr，這也將使得此時的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值小于機組額的工況的數(shù)值。所以，機組運行水頭H大于機組額定水頭Hr時，對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)起實際作用的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值，比機組額定水頭下的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值要小。應(yīng)該使用較小的水流修正系數(shù)KY。機組運行水頭H小于機組額定水頭HHr②.由于機組運行水頭H小于機組額定水頭Hr，機組流量Q大機組額定水頭下的流量Qr，因而引水系統(tǒng)各段水流的流速V都分別大機組額定水頭的流速Vr，這也將使得此時的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值大于機組額的工況的數(shù)值。所以，機組運行水頭H小于機組額定水頭Hr時，對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)起實際作用的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值，比機組額定水頭下的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值要大。應(yīng)該使用較大的水流修正系數(shù)KY。水流修正系數(shù)KY與機組負荷p的定性關(guān)系機組負荷p小(例如機組空載)，機組流量Q小、引水系統(tǒng)各段水流流速V小，應(yīng)該使用較小的水流修正系數(shù)KY。機組負荷p大(例如機組甩100%額定負荷)，機組流量Q大、引水系統(tǒng)各段水流流速V大，應(yīng)該使用較大的水流修正系數(shù)KY。所以，在其它條件相同時，機組甩100%額定負荷工況仿真的水流修正系數(shù)KY數(shù)值，應(yīng)該大于機組空載擾動工況仿真的水流修正系數(shù)KY數(shù)值。Ky的變量，可以選擇不同Ky的數(shù)值，來反映上述機組運行水頭變化和機組負荷對機組云動態(tài)特性的Ky的數(shù)值，來微量改變機組轉(zhuǎn)速(頻率)和電機組水流慣性時間常數(shù)Tw的影響。水壓修正系數(shù)Kh是用再機組甩負荷仿真項目時，修正蝸殼水壓仿真動態(tài)波形的參數(shù)。機組慣性比率UnitInertiaGB/T9652.1-2007《水輪機控制系統(tǒng)技術(shù)條件》中規(guī)定了“靜態(tài)及動態(tài)特性指標適用鑒于“水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta的比值”對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特2機組慣性比率(UnitInertia流慣性與機組機械慣性之間的關(guān)系。機組慣性比率的表示符號為KY。機組慣性比率RI的表RI (4-式中：RI—水輪發(fā)電機組慣性比率，簡稱機組慣性比率(UnitInertiaRatio)Ta—機組慣性時間常數(shù)(s)。TaRI的數(shù)值，并顯示在仿真結(jié)果中，以便于讀者加深機組慣性比率RI這個名詞術(shù)語的認識，并逐漸形成對機組慣性比率RI數(shù)量上的概念。Ta和水輪發(fā)電機組水流慣性時等于水流慣性時間常數(shù)Tw與水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta的比值。統(tǒng)計資料表明，與不同類型的水輪機構(gòu)成的水輪發(fā)電機組對應(yīng)的機組慣性比率RI=Tw/Ta也有不同的特點。機組慣性比率RI的數(shù)據(jù)。從表中的有關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，混流式機組慣性時間常數(shù)Ta慣性時間常數(shù)Ta和機組水流慣性時間常數(shù)Tw平均值計算的機組慣性比率RI 平均值為0.183。水電站RI123456789下表給出了若干使用軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的機組慣性時間常數(shù)Ta、水流慣性時間常數(shù)的和機組慣性比率RI的數(shù)據(jù)。軸流轉(zhuǎn)槳式機組慣性時間常數(shù)Ta的數(shù)值范圍為(5.5~9.74)s平均值為7.5s；水流慣性時間常數(shù)Tw的數(shù)值范圍為(1.2~3.5)s，其平均值為2.15s；機組慣性比算器的機組慣性比率RI平均值為0.286。 123456789下表給出了若干使用燈泡貫流式水輪機TaTw值計算器的機組慣性比率RI平均值為：0.856。 1234567十．水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到擾動后的動態(tài)過程的類型在對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行的每一次仿真中，我們都采用1個(或1組)仿真目標參數(shù)的個(或3組)數(shù)值進行。這樣我們可以在其它參數(shù)相同的條件下，得到33組)仿真目標基于對眾多水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗資料和仿真結(jié)果的整理和分析，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到擾動(100%額定負荷和孤立電網(wǎng)運行)后的典型動態(tài)過程的形態(tài)，劃分為遲緩型(SlowType，以下簡稱S型(遲緩型))、優(yōu)良型(BetterType，以下簡稱S型(優(yōu)良型))和振蕩型(OscillatoryType，以下簡稱O型(振蕩100%額定負荷動態(tài)過程是密切相關(guān)的，也就是說，具有S遲緩型)、B型(優(yōu)良型)或O型空載擾動特性的系統(tǒng)，一般也會具有與之對應(yīng)相同的S型(遲緩型)、B型(優(yōu)良型)或O型的機組甩100%額定負荷的動態(tài)S遲緩型)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)空載頻率擾動特性的系統(tǒng)，那么其機組甩100%額定負荷特性有極大可能也是S型(遲緩型)動態(tài)特性。這種有關(guān)聯(lián)特性為我們在電站選取調(diào)速器的PID參數(shù)提供了有效的途徑，因為在水電站現(xiàn)場，不可能進行多次機組甩100%額定負荷的試驗。我們在空載頻率擾動試驗中，通過選擇調(diào)速器的PID參數(shù)，使其具有B優(yōu)良型)的空載頻率擾動特性，從而就選擇了機組100%額定負荷時使用的調(diào)速器PID水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)機組 100%額定負荷動態(tài)過程仿真結(jié)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)S型(遲緩型(SlowType))動態(tài)過程接力器行程y運動特點機組頻率f運動特點機組甩負荷S或者是接力器關(guān)閉到接力器空比例增益KP和/值過小和搭配不機組空載擾S紅色而緩慢的形態(tài)趨近于接力器擾比例增益KP和/值過小和搭配不孤立電網(wǎng)運S過小或比例增益KP過小和配不當(dāng)，機組水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)B型(優(yōu)良型(BetterType))動態(tài)過程接力器行程y運動特點機組頻率f運動特點B機組甩負荷(黑色實線)接力器關(guān)閉到接近接力器或者從接力器在關(guān)閉至全關(guān)位個小的超過接力器空載開度的機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定時間比例增益KP和/值合理和搭配恰B機組空載擾行程到達擾動后穩(wěn)定值的速度者出現(xiàn)一個很小的超過接力器行程穩(wěn)定值的過調(diào)值并迅速地機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定時間比例增益KP和/值合理和搭配恰B孤立電網(wǎng)運向穩(wěn)定值恢復(fù)的速度適比例增益KP和/值合理和搭配恰水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)O型(振蕩型(OscillatoryType))動態(tài)過接力器行程y運動特點機組頻率f運動特點機組甩負荷O(藍色虛線)從接力器從關(guān)閉至完全關(guān)比例增益KP和/值過大和搭配不機組空載擾比例增益KP或積分增益KIO(藍色虛線)孤立電網(wǎng)運O(藍色虛線)而緩慢的形態(tài)趨近于接力器穩(wěn)定開度，接力器調(diào)節(jié)穩(wěn)定時間向穩(wěn)定值恢復(fù)的速度過過大或比例十一.水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用英文名hydraulicturbineregulatingsystem水輪機控制系統(tǒng)hydraulicturbinecontrolsystems被控制系統(tǒng)controlledsystem調(diào)速 微機調(diào)速 puter 雙調(diào)整調(diào)速器double 比例-積分-微分調(diào)速器proportional-integral-derivativespeedsensingfrequencyartificialdeadbandmodule電液轉(zhuǎn)換器electro-hydraulicconverterelectro-hydraulicservo-valve電液比例（方向）electro-hydraulicproportionaldirectional)maindistributingvalve,control（機械）(mechanical)openingelectricalopeningspeedadjustingmechanism,speedpowersettingfrequencysettingpilotmainguidevane(runner)blade[jetdeflector/cutindeflector]combinationstepclosingautomaticmanuallimitedloadisolatedparallelno-loadoperation,idlingloadloadsteadysmalloscillationcondition;smalltransientlargeoscillationcondition;largetransienttypeworkshopacceptanceno-loaddisturbingloadloadrejectionratedrelativespeedrelativedeviationof給定[指令]commandcommandsignalrelativedeviationofcommandservomotor接力器最大行程umservomotorrelativestrokeofservomo