凝汽式汽轮发电机模拟液压调速系统设计.doc

电力系统自动化课程设计（论文）题目：凝汽式汽轮发电机模拟液压调速系统设计院（系）：信息科学与工程学院专业班级： 电气 学 号： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电气工程及其自动化学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目凝汽式汽轮发电机模拟液压调速系统设计课程设计（论文）任务基本参数：汽轮发电机（凝汽式）qfs-200-2型，额定容量200mw,额定电压15.75kv，额定功率因数为0.85。 设计要求1. 凝汽式汽轮发电机20万千瓦，属于大中型发电机，选择模拟液压调速器，其工作特点及优点。2. 采用功率-频率电液调速系统的工作原理。3. 同步发电机调速系统数学模型。（原动机、发电机及负荷、调速器传递函数的建立）4. 画出功率-频率电液调速系统的原理框图及传递函数框图。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日课程设计（论文）报告要求1、课程设计（论文）报告要求用a4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、职称、起止时间等）设计(论文)任务及评语目录正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）参考文献2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。3、封面格式4、设计（论文）任务及评语格式5、目录格式标题“目录”（三号、黑体、居中）章标题（四号字、黑体、居左）节标题（小四号子、宋体）页码（小四号子、宋体、居右）6、正文格式页边距：上2.5cm，下2.5cm，左2.5cm，右2cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；字体：章标题，四号字、黑体、居左；节标题，小四号子、宋体；正文文字，小四号字、宋体；行距：1.5倍行距；页码：底部居中，五号；7、参考文献格式标题：“参考文献”，小四，黑体，居中。示例：（五号宋体）期刊类：序号作者1,作者2,作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.图书类：序号作者1,作者2,作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次第一章 凝气式汽轮发电机模拟液压调速器工作特点和优点第二章 凝气式汽轮发电机模拟液压调速器工作原理第三章 凝气式汽轮发电机调速系统数学模型第四章 凝气式汽轮发电机的原理框图及传递函数框图 第一章 概述一.模拟电气液压调速器的优点 机械液压调速器失灵区大，调节速动性和稳定性差，不易综合多种信号参与调速控制，因而实现高级控制比较困难。随着电力系统容量和单机容量不断增加，对调速器提出了些新的要求。如除了转速反馈之外，还需要功率反馈参与调速控制，需增加一些校正部件和方便地改变控制系统参等。这些要求在机械液压调速器的基础上都难以实现。 为了克服机械液压调速器存在的缺点，出现了模拟式电气液压调运器(简称模拟电调)。模拟电调的转速和功率测量、转速和功率给定、调节规律实现等均由电子电路完成，只是操纵调节汽阀(对于水轮机为导水叶)开度变化的部分仍采用机液装置。模拟电调同机械调速器相比有以下优点： 1.灵敏度高调节速度快、精度高、机组甩负荷时转速超调量小； 2.易于综合多种信号参与调速控制这不仅可以提问机组调速系统的调节品质，而且为电厂经济远行和提高自动化水平提供了有利条件； 3.容易实现高级控制，如pid控制，可以比较方便地改变控制系统的参数；4.安装、调试和检修力方便。 模拟电调的类型很多，而民汽轮机和水轮机模拟电调还有所不同.下面介绍一种用于汽轮机的功率-频率电调的基本原理。二、功率频率电液调速系统的基本原理 经过简化的功率-频率电液调速系统原理图如图所示。它内转速测量、功率测量、功率给定、电量放大器、pid调节、电液转换器及机械液压随动系统等部分组成。 (一)转速测量 由磁阻发送器和频率-电压变送器完成转速测量。 l.磁阻发送器磁阻发送器的作用是将转速转换为相应频率的电压信号。它由齿轮和测速磁头两部分组成，齿轮与机组主轴联在一起。测速磁头由永久磁钢和线圈组成，且与齿轮相距一定间隙。当汽轮机转动时带动齿轮一起旋转。测速磁头面对齿顶及齿槽交替地变化，引起磁阻的变化，进而引起通过测速磁头磁通的相应变化，于是在线圈中感应出徽弱的脉动信号，该信号的频率与机组转速成正比。2.频率-电压变送器频率-电压变送器的作用是将磁阻发送器输出的脉动信号转换成与转速成正比的输出电压。电路原理框图如图所示。频率电压变送器原理框图磁阻发送器输出的脉动信号经限幅、放大后得到近似于梯形的脉冲波，整形电路是个施密特触发器，于是把梯形波转换为方波。微分电路在方波亡升时获得正向尖峰脉冲，去触发一个单稳态触发器。单稳电路翻转后，输出一个幅度为u、宽度为的正向方波脉冲。可见，在单位时间内单稳态触发器输出正脉冲所占时间与磁阻变送器输出信号的频率成正比，也就是与汽轮机的转速n成正比。滤波后输出电压与发电机转速n的关系。(二)功率测量功率测量的作用是将发电机的有功功率转换成与之成正比的直流电压。功率测量通常用磁性乘法器和霍尔救应原理实现。因为它的输出与两个输入量的乘积成比例，可以方便而准确地实现乘法运算，且输出信号的信噪比大，频率范围广，最高可达hz。它的体积小、重量轻、可靠性高、稳定性好、寿命长。因此霍尔元件的应用范围很广。(三)转速和功率给定环节转速和功率给定环节用高精度稳压电源供电的精密多转电位器构成，输出电压值即可表示给定转速或功率。多转电位器由控制电机带动，以适应当地或远方控制的需要。图36中的频差放大器和pid调节由运算放大器组成。由于pid调节电路输出功率很小，不能驱功电液转换器，因此加入一个功率放大环分。(四)电液转换及机液随动系统电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压变化。机液随动系统由继动器、锗油门和油动机组成。电液转换器线圈将功率放大器输出的电量变化转换为调节油阀开度的变化。当调节油阀关小时，电液转换器输出的油压p上升，进入继动器上腔的油压升高，将活塞压下，带动继动器蝶阀向下移动。锗油门内腔是一个“王”字形滑阀。滑阀中间有一个油孔和底部排油箱相通。当蝶阀下移时使滑阀中间排油孔的排油量减小，其上腔油升高，推动滑阀向下移动，使油动机上腔与排油接通，下腔与压力油接通，因而在压力油的推动下开大调节汽阀，增加进入汽轮机的蒸气流量，进而增加汽轮机的输入功率。油动机活塞向上移动时b点上移，带动a点也上移。继动器活塞且差动式的，下边四积大下上边面积，因此a点向上移动时，在油压的推动下继动器蝶阀将向上移动，使锗油门内滑阀中间排油孔的排油量增加，压力减小。在锗油门底部弹簧作用下，“王”字滑阀向上移动。当它又回到原先位置时即进入新的平衡状态，调节汽阀也稳定在一个新的开度。调节随即结束。调节汽阀开发的变化与功率放大器输出的电量变化成正比。(五)调速器的工作按发电机组是否并人电网两种情况来讨论调速器的工作。1.发电机组未并冈运行时图36中的功率测量及功率给定输出均为零。运行人员发出增速或减速信号，控制转速控制电动机正转或反转，驱动转速给定电位器，改变转速给定输出的电压。转速测量的输出电压认与机组运行转速相对应。把(-)送人频差放大器，经pid调节、功率放大器等环节，由电液转换器继动器错油门油动机控制调节汽阀的开度，改变机组的转速，直至的值趋于零，转速趋于给定转速为止，即达到了调速目的。2.机组并网运行时假设电网频率恒定且为额定值，频差放大器输出的信号为零。如果改变功率给定输出的电压，功率测量输出的电压与电压之差通过pid等环节的调节作用，特使()差值电压为零，即发电机功率与给定值相等，达到了调节发电机组输出功率目的。现设电网频率波动、机组在并网运行、转速给定值和功率给定值为某一定值，则调速器随输入pid的两个信号之和调节汽阀开度，改变机组的输出功率。上述二信号之和输入pid调节，控制电液转换器调节油阀继动器错油门油动机调节汽阀开度，稳态时输入pid的电压信号应为零。由和机组输出的有功功率误差成正比，所以调节结束时可以下式表示-=0 (一)凝汽式汽轮机的传递函数 汽轮机分中间再热式汽轮机和凝汽式汽轮机两种。与中间再热式汽轮机相比它只有一个汽作用在汽轮机转轴上，即可以将其看成一阶惯性环节，传递丙数为： （s）= 式中 汽容时间常数，一般伪.20.3二、发电机和负荷的传递函数因327中，(f)是发电机的静态调节特性曲线。由于静态特性是机组稳定运行时的特性，而稳定运行时如果忽略机组损耗，机组原动机输出的功率和发电机输出的功率相等。因此，(f)和 (f)是两条完全重合的曲线。图327中(f)和(f)是两条发电机负荷的静态频率特性曲线。设发电机单机带负荷运行a点此时原动机输出的功率等于发电机出的功率，也等于负荷功率。如果在此基础上发电机突然有个负荷增量，使负荷的静态频率特性由曲线(f)突然变化为(f)，则发电机负荷的功率也由变为。由于机组存在机械惯性，转速(频率)不会随负荷功率变化而随即有很大的变化;又由于机组调速器是根据转速(频率)变化来调节机织原动机输入功率的，固此在负荷功率变化瞬间原动机的输出功率也不会变化。发电机发出的电能是不能储存的，任何时刻发电机发出的功率必然等于负荷消耗的功率。这样，在负荷功率突然增加的瞬间发电机功率和负荷功率会突然出图327中的a点变化到d点，而原动机输出功率仍然停留在a点。也就是说发电机的输入功率和输出功率不相等。而相差的功率将由机组转子释放它所储存的动能来补齐。机组转子中储存的动能与机组转速的平方成正比，因此在机组转子降放出储存动能的同时，机组转速(频率)也就下降。机组转速下降将引起如下变化： 一方面通过调速器增加原动机的输入相输出功率；一方面负荷从发电机取用的功率将减少。将上述h用数学表述式来描述，即-= （+）-（+）=-=拉氏变换得=-=所以汽轮发电机组传递函数为发电机和负荷的功率频率静态特性由式子作出汽轮发电机组传递函数框图如图328(a)所示。三、调速器的传递函数 调速器的种类很多，建立调速器的传递函数要具体问题具体分析。下面以图36发电机调速系统说明。 (一)电气部分的传递函数图36中电气部分包括转速测量、功率测量、频差放大器、加法器、pid调节器和功率放大器等。上述除pid调节器外，其余各单元均为一阶惯性环节，但时间常数很小可以简化成比例环节，比例系数用标么值表示时为l。(二)电液转换器的传递函数由液转换器的种类也比较多， 各类电掖转换器的工作原理也不尽相同。一般将电液转换器视为一阶惯性环节，时间常数在0.05s以下。由于时间常数很小，常将电液转换器简化为比例环节，比例系数用标么值表示时为l。(三)机械液压随动系统的传递函数各种电液调速器的机油随动系统大同小异