第1講__汽輪機功頻電液控制的基本原理.ppt

1、3.1 中間再熱汽輪機的控制特點,采用中間再熱的汽輪機，被再熱器分成高壓部分和中、低壓部分，其原則性系統(tǒng)圖如下圖所示：,第1講 汽輪機功頻電液控制的基本原理,中間再熱汽輪機原則性系統(tǒng)圖,（1）中間再熱容積的影響,特點一：貯存的蒸汽量容易引起甩負(fù)荷時汽輪機超速；,特點二：中間再熱容積的存在導(dǎo)致機組總輸出功率滯后；,中間再熱汽輪機輸出功率,（2）汽輪機與鍋爐的協(xié)調(diào)配合,在設(shè)計選擇汽輪機和鍋爐的運行與控制方式時，應(yīng)綜合考慮機組負(fù)荷響應(yīng)速度和機組運行的安全可靠性。,3.2 功頻電液控制原理與各環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型,（1）功頻電液控制系統(tǒng)工作原理,電控部分：測功單元、測速單元、控制器PID、功放、給定。 液壓控

2、制部分：油動機。 接口裝置：電液轉(zhuǎn)換器。,功頻電液控制系統(tǒng)的特點：,（1）可以消除主蒸汽壓力變化對汽輪機輸出功率的影響，使頻 率偏差與功率變化保持一定比例關(guān)系，保證機組一次調(diào)頻 能力不變。 （2）可以補償由于中間再熱容積引起的汽輪機輸出功率滯后。,功頻電液控制系統(tǒng)原理方框圖,（2）功頻電液控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性,在轉(zhuǎn)速反饋回路中，測速單元輸出的電壓信號Uf 與汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比：,在功率反饋回路中，測功單元輸出的電壓信號UN 與汽輪機輸出功率成正比：,在穩(wěn)態(tài)時，兩個反饋回路信號滿足 ，因此：,兩式相除,兩式相除,所以轉(zhuǎn)速不等率可以表示為：,根據(jù)轉(zhuǎn)速不等率的計算公式，可以得出功頻電液控制系統(tǒng)的靜態(tài)

3、特性曲線如下圖所示：,靜態(tài)特性曲線的傾斜程度代表了機組的一次調(diào)頻能力，只與測功單元和測速單元的輸出信號有關(guān)。因此可以方便的對功頻電液控制系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線的傾斜程度和機組的一次調(diào)頻能力進(jìn)行調(diào)節(jié)。,（3）功頻電液控制系統(tǒng)主要組成單元,測速（測頻）單元,磁阻發(fā)訊器是用來將被測轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率信號或感應(yīng)電動勢信號的測量元件，其工作原理如下：,頻率信號：,感應(yīng)電動勢信號：,測速齒輪,線圈,鐵芯,NS,永久磁鐵,輸出信號,測功單元,目前功頻電液控制系統(tǒng)中的測功單元廣泛采用霍爾效應(yīng)測功器，其工作原理如下：,B,Is,VH,Is,R,Is,B,VH,U,霍爾元件,VHA,VHB,VHC,VH,IA,IB

4、,IC,UA,UB,UC,I,單相有功功率：,霍爾電勢：,單相霍爾測功器：,直流分量,交流分量,在單相霍爾測功器中，使控制電流Is與被測電壓U成正比，磁感應(yīng)強度B與被測電流I成正比，則霍爾電勢VH為：,三相霍爾測功器：,在三相霍爾測功器中，發(fā)電機輸出端的各相電流通過激磁繞組產(chǎn)生感應(yīng)磁場，各相電壓經(jīng)過電壓互感器降壓后送往各測功單元產(chǎn)生控制電流，將三個測功單元輸出的霍爾電勢串聯(lián)相加，其總和即代表三相功率：,電液轉(zhuǎn)換器,電液轉(zhuǎn)換器也是一種控制元件。用它將電子控制部分和液動控制部分聯(lián)系起來，同時又把微弱的電信號放大為液壓信號，由液壓動力去控制油動機。下面以動鐵式電液轉(zhuǎn)換器為例，對其工作原理進(jìn)行介紹：,

5、由電液轉(zhuǎn)換器、油動機、線性位移變送器（LVDT）、比較器和功放構(gòu)成的液壓伺服控制回路完成閥位控制任務(wù)，其原理方框圖如下：,（4）汽輪發(fā)電機組動態(tài)特性,汽輪發(fā)電機組通過蒸汽在高中低壓缸中膨脹做功推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)電機輸出電功率，其工作流程和動態(tài)特性原理方框圖分別如下圖所示：,汽輪發(fā)電機組工作流程,汽輪發(fā)電機組動態(tài)特性原理方框圖,（5）電網(wǎng)傳遞函數(shù),電力系統(tǒng)是一個極為復(fù)雜的被控對象，下面給出的傳遞函數(shù)表示負(fù)荷擾動下電網(wǎng)的頻率偏差：,靜態(tài)偏差,如果考慮電網(wǎng)中機組控制系統(tǒng)參與一次調(diào)頻的作用，則在負(fù)荷擾動下電網(wǎng)的頻率偏差為：,靜態(tài)偏差,動態(tài)偏差,動態(tài)偏差,因此電網(wǎng)中的機組參與一次調(diào)頻，可以有效減小在

6、負(fù)荷擾動下電網(wǎng)的動態(tài)頻率偏差和靜態(tài)頻率偏差。,3.3 功頻電液控制系統(tǒng)分析,（1）穩(wěn)定性分析,如果用發(fā)電機功率代替汽輪機功率作為反饋信號，由于發(fā)電機功率為擾動量，會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以發(fā)電機功率為反饋信號的控制系統(tǒng)原理圖如下：,分別繪制調(diào)節(jié)器和其余部分的對數(shù)頻率特性曲線，根據(jù)串聯(lián)疊加原理可得控制系統(tǒng)的頻率特性曲線如下圖所示：,采用發(fā)電機功率反饋的汽輪發(fā)電機組動態(tài)特性原理方框圖,在控制系統(tǒng)中采用比例積分調(diào)節(jié)器，只要合理選擇積分時間Ti，就可以使控制系統(tǒng)的頻率特性曲線中增益裕量和相角裕量均為正值，即保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,（2）負(fù)荷適應(yīng)性分析,功頻電液控制系統(tǒng)具有使調(diào)節(jié)閥門動態(tài)過開，克服由于中間再

7、熱容積造成的機組功率滯后，以提高機組負(fù)荷適應(yīng)性的能力。通過改變調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K，可以調(diào)整調(diào)節(jié)閥門動態(tài)過開的倍數(shù)，減少功率滯后的影響。,（3）甩負(fù)荷特性分析,反調(diào)現(xiàn)象采用發(fā)電機功率作為反饋信號的功頻電液控制系 統(tǒng)在機組甩負(fù)荷時，在過渡過程的初始階段，調(diào)節(jié)器 輸出的控制指令不是關(guān)小汽輪機調(diào)節(jié)閥門，而是開大 調(diào)節(jié)閥門，造成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，只有在轉(zhuǎn)速升高到一 定數(shù)值后才能克服發(fā)電機功率反饋信號的影響。,機組甩負(fù)荷時，發(fā)電機功率反饋信號uNL、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反饋信號u 和汽輪機功率反饋信號uNt 的變化曲線如下圖所示：,克服反調(diào)現(xiàn)象的方法,汽輪發(fā)電機組的力矩平衡方程式為：,根據(jù)上式可知，汽輪機功率信號等于發(fā)電機功率信號與轉(zhuǎn)子加速度信號之和。為了克服在機組甩負(fù)荷時出現(xiàn)的反調(diào)現(xiàn)象，可以采取以下方法：,在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反饋回路中加入實際微分環(huán)節(jié),在發(fā)電機功率反饋回路中加入慣性環(huán)節(jié),在發(fā)電機功率反饋回路中加入負(fù)的微分環(huán)節(jié),在功頻電液控制系統(tǒng)中的發(fā)電機功率反饋回路中加入慣性環(huán)節(jié)，同時在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反饋回路中加入實際微分環(huán)節(jié)，此時控制系統(tǒng)如下圖所示：,發(fā)電機功率反饋信號經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)后相對變化的拉氏變換為：,轉(zhuǎn)速反饋信號經(jīng)過實際微分環(huán)節(jié)后相對變化的拉氏變換為：,為克服反調(diào)現(xiàn)象，需要使轉(zhuǎn)速微分信號可以抵消發(fā)電機功率信號，即要求：,克服反調(diào)的條件,為克服反調(diào)現(xiàn)象，還可以在發(fā)電機功率反饋回路中加入負(fù)的微分環(huán)節(jié)，此時控制