水轮机调速器户用培训.ppt

武汉事达电气;简 介 ;水轮机调节系统;水轮机调节系统结构 ;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0↗nr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0→Qr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。 ;微机调速器; 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0～5V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 22KG·CM的角位移，此角位移经电???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ΔF＝0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。;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： ; 式(2)表明，比例系数Kp＝1/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/T9652.1－1997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=(0.4～0.6)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 ; 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