水輪機的基本概念和微機調(diào)速器講座6

1、 2 水輪機調(diào)節(jié)的基本概念 和數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 o 一. 水輪機調(diào)節(jié)的基本概念 o 二. 水輪機調(diào)速器 o 三. 微機調(diào)節(jié)器 o 四. 我國數(shù)字式（微機）調(diào)速器的現(xiàn)狀及發(fā) 展趨勢 3 一. 水輪機調(diào)節(jié)的基本概念 1. 水輪機調(diào)節(jié)的任務 2. 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng) 3. 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性 4 1.水輪機調(diào)節(jié)的任務 維持機組轉(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)度下達的功率指令，調(diào)節(jié)水輪機組有功功率， 滿足電網(wǎng)二次調(diào)頻要求； 完成機組開機、停機、緊急停機等控制任務； 執(zhí)行計算機監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制指令。 5 2.水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng) l系統(tǒng)結構： 圖1-1 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的

2、結構圖 6 l系統(tǒng)特點： 操作力大需要經(jīng)液壓放大操作接力器 水流慣性： 機械慣性： 系統(tǒng)復雜、非線性特性 l手動水輪機調(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.水輪機數(shù)字式（微機）調(diào)速器 機械液壓/電氣液壓/數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 緩沖式PID結構 圖1-2 電氣液壓調(diào)速器(PID)結構圖 8 PID結構 ： 圖1-3 微機調(diào)速器結構圖 9 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 l技術標準GB/T9652.1 1997 GB/T9652.2 1997 l靜態(tài)特性 靜態(tài)特性： 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性 水輪機調(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 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 11 隨動系統(tǒng)不準確度 ： 圖1-7 隨動系統(tǒng)不準確度ia a i 01 .0y 2(輸 出 ) y 1(輸 入 ) ia 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 12 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 GB/T 9652.11997主要靜態(tài)特性指標 調(diào)速器類型 項目 大 型中 型小 型 特小型 電調(diào)機調(diào)電調(diào)機調(diào)電調(diào)機調(diào) 轉(zhuǎn)速死區(qū)/% ix 0.04 （0.02） 0.10 0.08 （0.06） 0.150.100.180.20 輪葉隨動系統(tǒng) 不準確度 /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動態(tài)特性 調(diào)速器PID特性： 階躍輸入響應特性： 圖1-8 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入響應特性 1 )( )( sk s kk sF sy DIP PID 1 1 )( )( 1 sT sk s kk sF sy v D IP PID 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 14 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 速動時間常數(shù)Tx=btTd 接力器響應時間常數(shù)Ty 圖1-9 接力器響應時間常數(shù)Ty 15 調(diào)速器前向通道放大倍數(shù)的整定 圖1-10 隨動系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應特性 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 16 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)

5、的靜態(tài)和動態(tài)特性 o曲線1的相對阻尼系數(shù)，無超調(diào)，但過程緩慢；曲線3的相對阻尼 系數(shù)，初始段反應快，但有過大的超調(diào)；曲線2的相對阻尼系數(shù)， 有較理想的響應特性，其超調(diào)量約為3%。所以，應選擇、調(diào)整開 環(huán)放大系數(shù)Kop（也就調(diào)整了Ty），使隨動系統(tǒng)對階躍輸入的響應 特性具有3%5%的超調(diào)量。 oIEC 61362標準推薦：導葉接力器Ty=0.10.25s；槳葉接力器 Ty=0.20.8s；沖擊式折向器Ty=0.10.15s。在我國一般推薦： 導葉接力器Ty=0.10.2s；槳葉接力器的Ty取為導葉接力器Ty的 23倍。 17 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 o調(diào)速器應保證機組在各種工況和運行方式

6、下的穩(wěn)定性指標 o 手動空載工況（發(fā)電機勵磁在自動方式下工作）運行時， 水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速擺動相對值對大型調(diào)速器來說不得超過 0.2%；對中、小型和特小型調(diào)速器來說均不得超過0.3%。 當調(diào)速器控制水輪發(fā)電機組在空載工況自動運行時，在選擇調(diào) 速器運行參數(shù)時，待穩(wěn)定后所記錄3min內(nèi)的轉(zhuǎn)速擺動值應滿足 下列要求： o l 對于大型電氣液壓調(diào)速器，不超過0.15%； o l 對于大型機械液壓調(diào)速器和中、小型調(diào)速器，不超過 0.25%； o l 對于特小型調(diào)速器，不超過0.3%。 o 如果機組手動空載時的轉(zhuǎn)速擺動相對值大于規(guī)定值（見 上），那么其自動空載轉(zhuǎn)速擺動相對值不得大于相應手動空載 轉(zhuǎn)速擺動相對

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

8、或指令信號按規(guī)定形式變化，接力器不動時間： o l 對于電氣液壓調(diào)速器，不大于0.2s； o l 對于機械液壓調(diào)速器，不大于0.3s。 19 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 GB/T 9652.11997對調(diào)速器主要動態(tài)參數(shù)要求對調(diào)速器主要動態(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 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 技術標準對技術標準對Ta和和Tw的規(guī)定的規(guī)定： o l 水輪機引水

9、系統(tǒng)水流慣性時間常數(shù)Tw： o 對于PID型調(diào)速器，不大于4s； o 對于PI型調(diào)速器，不大于2.5s； o l 機組慣性時間常數(shù)Ta： o 對于反擊式機組，不小于4s； o 對于沖擊式機組，不小于2s。 o l 比值Tw/Ta不大于0.4。 21 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 1.水輪機微機調(diào)速器的結構 2.靜態(tài)特性 3.動態(tài)特性 4.控制功能 22 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 雙比例伺服閥系統(tǒng)原理框圖 23 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 交流伺服電機自復中系統(tǒng)原理框圖 24 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 步進電機伺服缸系統(tǒng)原理框圖 25 二. 水輪機數(shù)字式

10、（微機）電液調(diào)速器 比例伺服閥自復中系統(tǒng)原理框圖 26 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 1. 水輪機微機調(diào)速器的結構 微機調(diào)節(jié)器、電/機轉(zhuǎn)換裝置、機械液壓系統(tǒng) 圖2-1 PLC水輪機微機調(diào)速器的總體框圖 27 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 典型結構 步進電機（速度環(huán)）電液轉(zhuǎn)換器/機械液壓隨動系統(tǒng)型 步進電機電液轉(zhuǎn)換器/機械液壓隨動系統(tǒng)型調(diào)速器框圖 28 步進電機電液轉(zhuǎn)換器/機械液壓隨動系統(tǒng)型調(diào)速器方塊圖 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 29 交流伺服電機電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機構型： 交流伺服電機電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機構型調(diào)速器框圖 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 30

11、 交流伺服電機電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機構型調(diào)速器方塊圖 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 31 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 微機調(diào)速器自動調(diào)節(jié)部分框圖 32 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 o 人工頻率死區(qū)環(huán)節(jié)的特性，其數(shù)學表達式為：人工頻率死區(qū)環(huán)節(jié)的特性，其數(shù)學表達式為： o o Ef的一般取值范圍相當于頻率值為00.5Hz在頻 率轉(zhuǎn)換系數(shù)Kf=25000時所對應的范圍，即 Ef=0250 o Ef可由程序按調(diào)速器的運行工況和調(diào)節(jié)模式自 動地被設定：機組在“空載”工況運行時，設定 Ef=0；機組在并入電網(wǎng)方式下運行，且調(diào)速器在 “頻率調(diào)節(jié)”模式下時，設定Ef=0；調(diào)速器在

12、“開度調(diào)節(jié)”和“功率調(diào)節(jié)”模式下時，設定Ef= 設定值。 F=0， F=FEf， F=F+Ef， 當EfFEf時 當 EfF時 當FEf時 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： 人工開度/功率死區(qū)環(huán)節(jié)特性 調(diào)節(jié)模式間的轉(zhuǎn)換關系 二. 水輪機數(shù)字式（微機）電液調(diào)速器 34 1. 水輪機微機調(diào)速器的基本調(diào)節(jié)模式 二. 水輪機數(shù)字式（微機）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是指導葉接力器行程永態(tài)差值系數(shù)， 用于“頻率調(diào)節(jié)”和“開度調(diào)節(jié)”模式；ep 是指機組功率的永態(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 對靜態(tài)特性的影響 l 調(diào)整頻率給定和開度給定后的微機調(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 的關系： 微機調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性（bp=0） 2.靜態(tài)特性 39 l PID響應特性 l開環(huán)增量環(huán)節(jié)的作用 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入