水轮机调速器用户培训.ppt

武汉事达电气,调速器用户培训,简 介,水轮机调节系统 微机调速器,水轮机调节系统,水轮机调节的基本任务：根据偏离额定值的机组转速（频率）偏差信号，调节水轮机的导水机构和轮叶机构。维持水轮发电机组的水轮机功率和发电机组的负荷功率的平衡，从而使机组转速（频率）保持在额定转速（频率）附近的允许偏差范围内。 但随着水电厂AGC（自动发电控制）系统、电网调度自动化系统和电网AGC系统的快速发展和广泛应用，高可靠性的数字式（微机）调速器的出现 ,调速器则主要起着一个机组有功功率控制器的作用 基本运动方程： J机组动力矩 转动角速度 Mt水轮机水力矩 Q流量 H水头 效率 Mg发电机电磁（负载）力矩 调节流量Mt=Mgn, f恒定,水轮机调节系统结构,水轮机调节系统,水轮机调节系统的特点： 操作导水机构需很大的力因而机械液压部分需要一级、二级液压放大； 水轮发电机组有较大的机械惯性Ta：机组在额定力矩Mr作用下，转速由0nr的时间 过水管道系统有较大的水流惯性Tw：在额定水头Hr作用下，流量由0Qr的时间 不同的水轮机功率对于导叶开度及机组水头的关系有巨大的差异和严重的非线性。,水轮机调节系统,微机调速器,BW(S)T-XXX型步进式微机调速器特点：它是直联型机械液压系统，其电液转换器采用由步进电机为主构成的步进式螺纹伺服型结构，彻底抛弃了过去一直采用的由永久磁钢和线圈为主体的结构，抗油污能力大为提高，输出行程大，不发卡，且线性度好，可安全无扰动地切换至手动状态。采用直联型块式结构，实现了调速器柜内无明油管，整体结构紧凑、新颖、美观。 其原理框图：,步进式微机调速器的工作原理：首先它是由微机调节器及电液随动系统构成，微机调节器以高可靠性的PLC为核心，采集频率信号及控制信号，用计算机程序实现复杂的运算及控制功能，并以微机综合数字信号经数/模转换为05V的模拟电平信号给驱动器，驱动器控制输出2A（日本电机）电流使步进电机产生额定转矩为 22KGCM的角位移，此角位移经电液转换器转换为直线位移，引导液压放大，产生足够的液压操作力，控制接力器来调节水轮机的导叶开度。 调速器的PID调节规律：比例积分微分控制(简称PID控制)的输出是其输入量的比例、积分和微分的函数。PID控制现在应用最广，技术最成熟，其控制结构简单，参数容易调整，不必求出被控对象的数学模型便可进行调节，容易实现计算机控制，比例作用kp加大,将会减小稳态误差，提高系统的动态响应速度；而积分作用可用来消除系统的稳态误差，系统采用PI控制可以消除稳态误差，但是超调量大，调节时间相对较长，为了改善动态性能，还必须引入微分校正，即采用PID控制。微分控制能够预测偏差，产生超前校正的作用，可以较好地改善动态性能，使调节时间缩短，超调量减小。 并联PID结构中引入了开环增量环节，当开度给定yc为恒定值时，此环节不起作用；当yc以斜坡函数增减时，则有一相应的增量直接加在PID 输出点。因而对开度给定增量而言是一个比例、积分调节。不难证明，当取机组频差F0时，其传递函数为 在开度给定yc增减过程中，计算导叶开度值 yPID可以瞬间跟踪于yc的变化。,微机调速器,并联PID传递函数结构图,PID 的两种参数bt、Td、Tn和KP、KI、KD。bt、Td、Tn是频率微分缓冲式调节结构的参数 (1) (2) 当前的数字式电液调速器即使以bt、Td、Tn形式给出参数，在计算机内仍然据(1)式计算出Kp、KI、KD并采用图1的并联PID结构。 与KP、KI、KD参数组相比，bt、Td、Tn参数组使用时间长，与调速器物理概念联系紧密，在参数整定时，不易出现配合不当的参数组合。KP、KI、KD参数组是工业自动控制系统的通用形式，运行实践表明，一些水电站调速器整定的KP、KI、KD参数组明显地搭配不当。 由于与Td取值相比，Tn的数值很小，故可用(2)式近似表示KP、KI、KD与bt、Td、Tn的关系：,微机调速器PID调节,式(2)表明，比例系数Kp1/bt是P、I、D、三项调节参数相同因子，在选择它们的数值时，一定要注意KP、KI、KD的合理搭配，积分系数KI与缓冲时间常数Td成反比关系，微分系数KD则正比于加速度时间常数Tn。 我们用以确定推荐初始参数范围的主要依据是引水系统水流时间常数Tw和机组惯性时间常数Ta。 GB/T9652.11997规定，对于PID调节规律的调速器，反击式机组Tw和Ta有以下限制：Tw 4s，Ta 4s，Tw/Ta 0.04 根据理论分析，仿真研究和工程实践，bt、Td、Tn的推荐初始参数范围可以下式表示 :1.5Tw/Ta bt 3Tw/Ta，3Tw Td 6Tw，Tn=(0.40.6)Tw。 被控机组为混流式可取较小的bt、Td、Tn初始值，为轴流式时可取bt、Td、Tn范围内的中间值作为其初始值、为贯流式则要取较大的bt、Td、Tn初始值；对于同一机组，水头高时要取较大的bt、Td、Tn值。 在水电站采用正交法对水轮机调节系统进行PID参数选择的试验结果表 明，对于机组空载工况下的频率给定阶跃扰动过程：Td和Tn对其超调量起着决定的作用，即当过程超调量大时，应选用较大的Td和Tn值；对于过程的稳定时间而言，bt取值的增大有加长稳定时间的趋势，选取较大的Td和Tn值，由于过程超调量明显减少而使调节稳定时间有一定程度的缩短。当然，只有在了解bt、Td、Tn参数值对动态性能指标影响的基础上，注意它们的合理搭配，才能得到较好的快速而近似单调的动态相应特性,微机调速器PID调节,被测频率信号源，主要采用发电机机端电压互感器的电压信号（通常称为残压信号），和与机组轴上与齿盘配套的测速头的信号（通常称为齿盘信号）两种。大多数国内数字式电液调速器，采用残压信号时，对应于50Hz的计数周期为0.02s或0.04s，采用齿盘测频时，则可低至0.01s。 人机交互界面是运行人员观察、监视、控制调速器的重要工具，对它的主要要求是：显示精确、直观、清晰、能反映调速器的主要状态和参数；操作简单、方便，不易产生误操作。 随着调速器的发展，调速器的人机交互界面也在不断发展，从简单的表计、表盘、指示灯、开关按钮到具有一定显示容量的数码管数字量显示配合指示灯、开关按钮再到当前的具有极大显示容量的触摸式液晶显示屏。触摸屏是一种具有触摸功能的图形显示操作终端，具有彩色画面制作及显示、监控、报警等功能。,微机调速器的频率测量,微机调速器的人机界面,微机调速器的远行状态及转换,(1)两段开机：第一段开至yKJI（b点） 延时（1015）秒至（c点） 检测机组频率至（d点）f45Hz 开限关至e点，投入PID (2) yKJ1yKJ2y空载 例：y空载=10% yKJ2=y空载+（58）% yKJ2=15% yKJ1=(1.51.8)yKJ2 yKJ1=22% (3) yKJ1、yKJ2与水头有关 HyKJ1，ykJ2,微机调速器的开机特性,转速（频率）调节模式 适用于空载，孤立电网（小电网）调频