環(huán)境管理_水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)pid參數(shù)選擇

水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇 華中科技大學(xué)魏守平 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇 1 空載工況的推薦初始參數(shù)2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)輪對(duì)水機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)空載頻率波動(dòng)特性的規(guī)定是 1 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 對(duì)中 小型和特小型調(diào)速器均不超過 0 3 2 對(duì)比例積分微分 PID 型調(diào)速器 水輪機(jī)引水系統(tǒng)的水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw不大于4s 對(duì)比例積分 PI 型調(diào)速器 水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw不大于2 5s 水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw與機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta的比值不大于0 4 反擊式機(jī)組的Ta不小于4s 沖擊式機(jī)組的Ta不小于2s 3 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)定后記錄轉(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 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)空載頻率波動(dòng)實(shí)測(cè)特性 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 手動(dòng)空載頻率波動(dòng)0 185Hz 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 仿真波形見圖 從圖中可以看出 在同一個(gè)機(jī)組手動(dòng)空載頻率波動(dòng)值的情況下 通過恰當(dāng)?shù)剡x擇PID參數(shù) 可以使自動(dòng)空載頻率波動(dòng)值滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 空載擾動(dòng)過程仿真仿真結(jié)果表明 比例增益KP增大 或bt減小 曲線3 空載擾動(dòng)過程可能由單調(diào)過程趨于有超調(diào)過程發(fā)生 反之 比例增益KP減小 或bt增大 曲線1 使得動(dòng)態(tài)過程起始端加快 但是動(dòng)態(tài)過程后期緩慢 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 空載擾動(dòng)過程仿真仿真結(jié)果表明 積分增益KI過大 或btTd過小 曲線3 空載擾動(dòng)過程可能由單調(diào)過程趨于有超調(diào)過程發(fā)生 反之 積分增益KI過小 或btTd過大 曲線1 使得動(dòng)態(tài)趨于緩慢 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 空載擾動(dòng)過程仿真仿真結(jié)果表明 微分增益KD過小 或Tn bt過小 曲線3 空載擾動(dòng)過程可能產(chǎn)生超調(diào) 微分增益KD過大 或Tn bt過大 曲線1 可能抑制空載擾動(dòng)的初期的快速響應(yīng)過程 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況bt Td Tn的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇1 空載工況的推薦初始參數(shù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求 國(guó)家調(diào)度通訊中心對(duì)于并入電網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)一次調(diào)頻特性有下列要求 功率 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) 火電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)稱速度變動(dòng)率 頻率 轉(zhuǎn)速 死區(qū) DL T1040 2007 電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則 規(guī)定為 響應(yīng)特性 電網(wǎng)頻率變化超過一次調(diào)頻頻率死區(qū)時(shí) 機(jī)組應(yīng)在15s內(nèi)響應(yīng)機(jī)組目標(biāo)功率 在45s內(nèi)機(jī)組實(shí)際功率與目標(biāo)功率的功率偏差的平均值應(yīng)在其額定功率的3 內(nèi) 穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)小于1min 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求 圖6 36給出了水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)開環(huán)仿真的原理框圖 在仿真研究中也是切斷電網(wǎng)頻率信號(hào)通路 階躍變化微機(jī)調(diào)速器的頻率給定fc 錄制機(jī)組有功功率變化曲線 波形 根據(jù)實(shí)測(cè)波形檢驗(yàn)被仿真系統(tǒng)是否滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻的技術(shù)要求 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求 1 曲線2滿足式 6 8 其一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)過程滿足電網(wǎng)對(duì)于一次調(diào)頻的動(dòng)態(tài)性能要求 2 積分增益KI愈大 一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)過程中的機(jī)組功率趨近穩(wěn)定值的速度愈快 但是 如果選擇過小的積分增益KI將對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定不利 3 動(dòng)態(tài)過程初期的反向調(diào)節(jié) 是由引水系統(tǒng)的水擊 水錘 效應(yīng) 水流時(shí)間常數(shù)TW 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(yīng)引起的 0 017之差 即 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求 1 曲線1 2和3均滿足式 6 8 其一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)過程滿足電網(wǎng)對(duì)于一次調(diào)頻的動(dòng)態(tài)性能要求 2 比例增益KP愈大 一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)過程中的機(jī)組功率趨近穩(wěn)定值的速度愈快 但是3條動(dòng)態(tài)波形相差不大 起主要作用的仍然是積分增益KI 3 動(dòng)態(tài)過程初期的反向調(diào)節(jié) 是由引水系統(tǒng)的水擊 水錘 效應(yīng) 水流時(shí)間常數(shù)TW 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(yīng)引起的 0 017之差 即 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇2 被控機(jī)組并入大電網(wǎng) 滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的技術(shù)要求 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 孤立電網(wǎng)或小電網(wǎng)運(yùn)行工況 對(duì)于絕大多數(shù)大中型機(jī)組 這是一種事故性的和暫時(shí)的工況 當(dāng)被控機(jī)組與大電網(wǎng)事故解列時(shí) 微機(jī)調(diào)速器 數(shù)字式電液調(diào)速器 會(huì)根據(jù)電網(wǎng)頻差超差自動(dòng)轉(zhuǎn)為頻率調(diào)節(jié)模式 工作于頻率調(diào)節(jié)器方式 頻率死區(qū)Ef 0 由于被控機(jī)組容量占小電網(wǎng)總?cè)萘康谋壤?小電網(wǎng)突變負(fù)荷大小和小電網(wǎng)負(fù)荷特性等因素的影響 使得這種情況下的調(diào)速器的工作條件十分復(fù)雜 只能盡量維持電網(wǎng)頻率在一定范圍內(nèi) 如果突變負(fù)荷超過小電網(wǎng)總?cè)萘康?10 20 則大的動(dòng)態(tài)頻率上升或下降是不可避免的 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 1 在同一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象和同一組調(diào)節(jié)參數(shù)的情況下 突加5 10 和15 額定負(fù)荷引起的電網(wǎng)頻率下降的最低值分別為49 57Hz 49 14Hz和48 7Hz 2 在同一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象和同一組調(diào)節(jié)參數(shù)的情況下 突加5 10 和15 額定負(fù)荷電網(wǎng)頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間分別為30s 43s和47s 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 從圖6 45的仿真波形可以看出 1 曲線1 虛線 KP 4 33 的最低頻率為49 25Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為17 7s 2 曲線2 實(shí)線 KP 3 33 的最低頻率為49 14Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為16 5s 3 曲線3 點(diǎn)畫線 KP 2 33 的最低頻率為49 0Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為15 0s 因此 比例增益KP值愈大 暫態(tài)差值系數(shù)bt值愈小 在同樣的負(fù)荷擾動(dòng)之下的動(dòng)態(tài)頻率下降值小 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 1 曲線3 點(diǎn)畫線 KI 0 25 1 s 的最低頻率為49 05Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為36 5s 2 曲線2 實(shí)線 KI 0 55 1 s 的最低頻率為49 14Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為16 5s 3 曲線1 虛線 KI 0 85 1 s 的最低頻率為49 20Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為11 5s 因此 積分增益KI值愈大 速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx btTd值愈小 在同樣的負(fù)荷擾動(dòng)之下的動(dòng)態(tài)頻率下降值小 頻率恢復(fù)到50Hz的速度快 但是容易出現(xiàn)調(diào)節(jié)的超調(diào)現(xiàn)象 積分增益KI值愈小 速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx btTd值愈大 在同樣的負(fù)荷擾動(dòng)之下的動(dòng)態(tài)頻率下降值大 頻率恢復(fù)到50Hz的速度慢 趨近50Hz的調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)選擇3 被控機(jī)組在小 孤立 電網(wǎng)運(yùn)行 1 曲線1 虛線 KD 6 0s 的最低頻率為49 19Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為17 0s 2 曲線2 實(shí)線 KD 3 0s 的最低頻率為49 14Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為16 5s 3 曲線3 點(diǎn)畫線 KD 0 0s 的最低頻率為49 06Hz 頻率恢復(fù)到49 8Hz以上的時(shí)間為15 5s 因此 微分增益KD值愈大 Tn bt值愈大 在同樣的負(fù)荷擾