水轮机调节系统PID参数选择120080922

1、水轮机调节系统PID参数选择 1. 1. 空载工况的推荐初始参数空载工况的推荐初始参数 2.2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频被控机组并入大电网，满足电网一次调频 和二次调频的技术要求和二次调频的技术要求 3.3.被控机组在小（孤立）电网运行被控机组在小（孤立）电网运行 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 国家标准轮对水机调节系统空载频率波动特性的规定是： (1). 水轮发电机组应能在手动各种工况下稳定运行。在手动空载工况 （发电机励磁在自 动方式下工作）运行时，水轮发电机组转速摆动相对值对大型调速器 不超过0.2；对中、小型和特小型调速器均不超过0.3。 (2)

2、. 对比例积分微分（PID）型调速器，水轮机引水系统的水流惯性 时间常数 Tw不大于4 s ；对比例积分（PI）型调速器，水流惯性时间 常数Tw不大于2.5 s。水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta的 比值不大于0.4。反击式机组的Ta 不小于4 s ，冲击式机组的Ta不小于 2 s 。 (3). 调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性。在空载工 况自动运行时，施加一阶跃型转速指令信号，观察过渡过程，以便选 择调速器的运行参数。待稳定后记录转速摆动相对值，对大型电调不 超过0.15，对中、小型调速器不超过0.25，特小型调速器不 超过0.3。如果机组手动空载转速摆动相对值大于规定

3、值，其自 动空载转速摆动相对值不得大于相应手动空载转速摆动相对值。 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 水轮机调节系统空载频率波动实测特性 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 手动空载频率波动0.185Hz 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 仿真波形见图6-12。从图中可以看出，在同一个机组手动空载频率波动值 的情况下，通过恰当地选择PID参数，可以使自动空载频率波动值满足相 关技术标准的要求。 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 空载扰动过程仿真空载扰动过程仿真 仿真结果表明：比例增仿真结果表明

4、：比例增 益益K KP增大增大( (或或btbt减小减小) ) ( (曲线曲线3)3)，空载扰动过，空载扰动过 程可能由单调过程趋程可能由单调过程趋 于有超调过程发生；于有超调过程发生； 反之，比例增益反之，比例增益K KP减减 小小( (或或btbt增大增大) () (曲线曲线1) 1)， 使得动态过程起始端使得动态过程起始端 加快，但是动态过程加快，但是动态过程 后期缓慢；后期缓慢； 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 空载扰动过程仿真空载扰动过程仿真 仿真结果表明：积分增益仿真结果表明：积分增益K KI 过大过大( (或或btTdbtTd过小过小) () (曲线曲

5、线 3)3)，空载扰动过程可能由，空载扰动过程可能由 单调过程趋于有超调过单调过程趋于有超调过 程发生；反之，积分增程发生；反之，积分增 益益K KI过小过小( (或或btTdbtTd过大过大) ) ( (曲线曲线1) 1)，使得动态趋于，使得动态趋于 缓慢；缓慢； 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 空载扰动过程仿真空载扰动过程仿真 仿真结果表明：微分增 益KD过小(或Tn/bt过 小) (曲线3)，空载扰 动过程可能产生超调， 微分增益KD过大(或 Tn/bt过大) (曲线1)， 可能抑制空载扰动的 初期的快速响应过程。 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况

6、的推荐初始参数 水轮机调节的任务 nw ww t aa wdw (0.3 0.5) 1.53 35 TT TT b TT TTT 22 0.330.67 0.080.22 0.080.2 aa p ww aa I ww aDa TT K TT TT K TT TKT 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况bt、Td、Tn的推荐初始参数 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 水轮机调节系统PID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 水轮机调节系统P

7、ID参数选择 1. 空载工况的推荐初始参数 水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 国家调度通讯中心对于并入电网运行的机组调速系统一 次调频特性有下列要求： （ 功率）永态转差系数（火电机组调速系统称速度变动 率 ）； 频率（转速）死区 (DL/T 1040-2007 电网运行准则规定为 )； 响应特性；电网频率变化超过一次调频频率死区时，机组应 在15s内响应机组目标功率，在45s内机组实际功率与目标 功率的功率偏差的平均值应在其额定功率的3%内；稳定 时间应小于1min。 3% 4% p e = 0.033 f EHZ= 0.05 f E

8、HZ= 水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 图6-36给出了水轮发电机组并入电网开环仿真的原理框图，在仿真研究 中也是切断电网频率信号通路，阶跃变化微机调速器的频率给定fc， 录制机组有功功率变化曲线(波形)，根据实测波形检验被仿真系统是 否满足电网一次调频的技术要求。 水轮机 控制系统 水轮机及 引水系统 频率给定 Dfc=Dfo L pD - - + 发电机 电网 频率 f 负荷扰动 T pD+ 水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大

9、电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 (1). 曲线2满足式(6-8)，其一次调频动态过程满足 电网对于一次调频的动态性能要求； (2). 积分增益KI愈大，一次调频动态过程中的机组 功率趋近稳定值的速度愈快，但是，如果选择过 小的积分增益KI将对电网的动态稳定不利； (3). 动态过程初期的反向调节，是由引水系统的 水击(水锤)效应(水流时间常数TW)引起的；比例作 用(KP)作用的近似反映在图中+0.017与水击效应 引起的-0.017之差，即 。(0.017-(-0.017)=0.034 KP p 水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技

10、术要求 水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 (1). 曲线1、2和3均满足式(6-8)，其一次调频动态 过程满足电网对于一次调频的动态性能要求； (2). 比例增益KP愈大，一次调频动态过程中的机 组功率趋近稳定值的速度愈快，但是3条动态波形 相差不大，起主要作用的仍然是积分增益KI； (3). 动态过程初期的反向调节，是由引水系统的 水击(水锤)效应(水流时间常数TW)引起的；比例作 用(KP)作用的近似反映在图中+0.017与水击效应 引起的-0.017之差，即 。(0.017-(-0.017)=0.034 KP p 水轮机调节系统P

11、ID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 水轮机调节系统水轮机调节系统 (3.505/0.0545)1.558(1/ ) 10 0.642 0.1 6.4 I P td t d Ks K bT b Ts 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 孤立电网或小电网运行工况，对于绝大多数大中型机组，这是一种事故 性的和暂时的工况，当被控机组与大电网事故解列时，微机调速器 (数字式电液调速器)会根据电网频差超差自动转为频率调节模式工 作于频率调节器方式(频率死区Ef=0)。由于被控机组容量占小电网总 容量的比例、小电网突变负荷大小和小电网负荷特

12、性等因素的影响， 使得这种情况下的调速器的工作条件十分复杂，只能尽量维持电网频 率在一定范围内。如果突变负荷超过小电网总容量的(1020，则大 的动态频率上升或下降是不可避免的。 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 (1). 在同一个调节对象 和同一组调节参数的情 况下，突加5%、10% 和15%额定负荷 引起的电网频率下降的 最低值分别为49.57Hz、 49.14Hz和48.7Hz； (2). 在同一个调节对 象和同一组调节参数的 情况下，突加5%、 10%和15%额定负荷 电网频率恢复到49.8

13、Hz以上的时间分别为 30s、43s和47s 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 从图从图6-456-45的仿真波形可以看出：的仿真波形可以看出： (1).(1).曲线曲线1( 1(虚线，虚线，KP=4.33)KP=4.33)的最低的最低 频率为频率为49.25Hz49.25Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 49.8 HzHz以上的时间为以上的时间为17.7s17.7s；，；， (2).(2).曲线曲线2(2(实线，实线，KP=3.33)KP=3.33)的最的最 低频率为低频率为49.14Hz49.

14、14Hz，频率恢复到，频率恢复到 49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为16.5s16.5s； (3). (3). 曲线曲线3(3(点画线，点画线，KP=2.33)KP=2.33)的的 最低频率为最低频率为49.0Hz49.0Hz，频率恢复到，频率恢复到 49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为15.0s15.0s； 因此，比例增益因此，比例增益KPKP值愈大值愈大( (暂态差暂态差 值系数值系数btbt值愈小值愈小) )，在同样的负荷，在同样的负荷 扰动之下的动态频率下降值小。扰动之下的动态频率下降值小。 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运

15、行 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 (1). 1). 曲线曲线3(3(点画线，点画线，KI= 0.25(1/s)KI= 0.25(1/s)的最的最 低频率为低频率为49.05Hz49.05Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz 以上的时间为以上的时间为36.5s36.5s； (2).(2).曲线曲线2(2(实线，实线，KI= 0.55(1/s)KI= 0.55(1/s)的最低的最低 频率为频率为49.14Hz49.14Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以以 上的时间为上的时间为16.5s16.5s； (3).(3).曲线曲

16、线1( 1(虚线，虚线，KI= 0.85(1/s)KI= 0.85(1/s)的最低频的最低频 率为率为49.20Hz49.20Hz，频率恢复到，频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上以上 的时间为的时间为11.5s11.5s； 因此，积分增益因此，积分增益KIKI值愈大值愈大( (速动时间常数速动时间常数 Tx= btTdTx= btTd值愈小值愈小) )，在同样的负荷扰动之，在同样的负荷扰动之 下的动态频率下降值小、频率恢复到下的动态频率下降值小、频率恢复到 50Hz50Hz的速度快，但是容易出现调节的超的速度快，但是容易出现调节的超 调现象；积分增益调现象；积分增益KIKI值愈小值愈小

17、( (速动时间常速动时间常 数数Tx= btTdTx= btTd值愈大值愈大) )，在同样的负荷扰动，在同样的负荷扰动 之下的动态频率下降值大、频率恢复到之下的动态频率下降值大、频率恢复到 50Hz50Hz的速度慢，趋近的速度慢，趋近50Hz50Hz的调节时间的调节时间 长。长。 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 (1).(1).曲线曲线1( 1(虚线，虚线，KD= 6.0s)KD= 6.0s)的的 最低频率为最低频率为49.19Hz49.19Hz，频率恢，频率恢 复到复到49.8 Hz49.8 Hz

18、以上的时间为以上的时间为 17.0s17.0s； (2).(2).曲线曲线2(2(实线，实线，KD= 3.0s)KD= 3.0s) 的最低频率为的最低频率为49.14Hz49.14Hz，频率，频率 恢复到恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时间为以上的时间为 16.5s16.5s； (3). (3). 曲线曲线3(3(点画线，点画线，KD= KD= 0.0s)0.0s)的最低频率为的最低频率为49.06Hz49.06Hz， 频率恢复到频率恢复到49.8 Hz49.8 Hz以上的时以上的时 间为间为15.5s15.5s； 因此，微分增益因此，微分增益KDKD值愈大值愈大 (Tn/bt(Tn/

19、bt值愈大值愈大) )，在同样的负，在同样的负 荷扰动之下的动态频率下降荷扰动之下的动态频率下降 值小、频率恢复到值小、频率恢复到50Hz50Hz的速的速 度快；微分增益度快；微分增益KDKD值愈小值愈小 (Tn/bt(Tn/bt值愈大值愈大) )，在同样的负，在同样的负 荷扰动之下的动态频率下降荷扰动之下的动态频率下降 值大、频率恢复到值大、频率恢复到50Hz50Hz的速的速 度较快。度较快。 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 水轮机调节系统水轮机调节系统 22 1.01.5 35 0.5 0.671.0 0.140.33 0.330.5 ww t aa wdw nw aa p ww aa I ww aDa TT b TT TTT TT TT K TT TT K TT TKT 水轮机调节系统PID参数选择 水轮机数字式（微机）调速器水轮机数字式（微机）调速器 对调速器主要 要