《水轮机调节控制》课件.ppt

水轮机调节控制本课件将深入探讨水轮机调节控制系统的原理、设计、应用和发展趋势。

课程介绍和学习目标本课程将介绍水轮机调节控制系统的基础知识、关键技术和应用实践。通过学习，您将能够掌握水轮机调节控制系统的基本原理，了解调速系统的设计与调试方法，以及掌握常见故障的诊断与处理。学习目标包括：理解水轮机调节控制系统的基本概念和工作原理掌握调速系统的类型、结构和功能了解调速器参数整定和系统稳定性分析方法掌握调速系统的调试、故障诊断和维护保养技术了解现代调速技术的发展趋势

水轮机调节系统的发展历史1早期手动调节最初，水轮机采用手动调节，效率低，响应速度慢。2机械液压调速器19世纪末，机械液压调速器出现，提高了调节精度和速度。3电液调速器20世纪中叶，电液调速器应用，自动化程度提高，响应更快。4数字调速器20世纪末，数字调速器出现，实现了更精确的控制和更灵活的配置。5智能控制技术21世纪，智能控制技术应用于调速系统，提高了系统可靠性和效率。

水轮机调节的基本概念水轮机调节控制系统是指通过控制水轮机转速和功率，实现发电机组的稳定运行，满足电力系统负荷需求的系统。它主要包含调速器、水轮机、水管系统和发电机组等部分，通过相互协调作用，保证系统稳定、高效地运行。

水轮机调节系统的组成部分调速器接收转速信号，并发出控制信号来调节水轮机流量。水轮机将水能转换为机械能，驱动发电机发电。水管系统输送水流，并调节水流压力。发电机组将机械能转换为电能。

调速器的类型与特点机械液压调速器结构简单，可靠性高，成本低，但响应速度较慢。电液调速器响应速度快，调节精度高，但结构复杂，成本较高。数字调速器可实现灵活的控制策略，调节精度高，成本较高。

机械液压调速器结构机械液压调速器由转速传感器、液压缸、伺服机构、控制阀等组成。转速传感器检测转速变化，控制阀根据转速变化调节液压缸的油量，进而控制导叶开度，实现转速控制。

电液调速器结构电液调速器在机械液压调速器基础上增加了电子控制单元。电子控制单元接收转速信号，并输出控制信号驱动伺服机构，实现对导叶开度的精确控制。

数字调速器结构数字调速器采用数字信号处理技术，利用微处理器进行转速检测、控制信号处理和导叶控制。它具有高精度、高可靠性和灵活的控制策略等特点。

调速系统的主要功能1转速控制保证水轮机转速稳定，防止频率波动过大。2功率控制控制发电机组输出功率，满足负荷需求。3开度限制控制限制导叶开度，防止过载或超速运行。4水位控制控制水库水位，保证发电安全和水资源利用。

转速控制的基本原理转速控制的基本原理是根据转速偏差，通过调速器发出控制信号调节水轮机流量，进而控制转速。例如，当转速下降时，调速器会增加水轮机流量，提高转速；当转速上升时，调速器会减少水轮机流量，降低转速。

PID控制算法在调速中的应用PID控制算法是调速系统中常用的控制算法，它根据转速偏差、偏差变化率和偏差积分值来计算控制信号。PID控制算法可以有效地抑制转速波动，提高调节精度和响应速度。

微机调速器的软件结构微机调速器的软件结构主要包括数据采集模块、控制算法模块、输出控制模块、人机交互模块等。数据采集模块负责采集转速、流量、压力等信号，控制算法模块根据控制策略计算控制信号，输出控制模块负责控制导叶开度，人机交互模块负责与操作人员进行交互。

调速器参数整定方法调速器参数整定方法是指根据系统特性，调节PID控制器的参数，以获得最佳的调节性能。常见的参数整定方法包括试凑法、阶跃响应法、自适应整定法等。

稳态调节特性稳态调节特性是指调速系统在稳定运行状态下，对负载变化的响应特性。稳态调节特性主要反映调速系统的静差率、调节时间等指标，反映了调速系统对负载变化的稳定性。

动态调节特性动态调节特性是指调速系统在负载变化或故障发生时，对系统冲击的响应特性。动态调节特性主要反映调速系统的超调量、振荡频率等指标，反映了调速系统对突发事件的响应能力和抗扰能力。

水轮机工作特性曲线水轮机工作特性曲线是指在不同流量、转速和导叶开度下，水轮机输出功率的变化关系。工作特性曲线是调速系统设计和分析的重要依据。

导叶开度与流量关系导叶开度与流量之间的关系是水轮机调节控制的关键因素。导叶开度直接影响水轮机流量，进而影响转速和功率。

水轮机效率特性水轮机效率特性是指在不同流量和转速下，水轮机效率的变化关系。水轮机效率是评价水轮机性能的重要指标，调速系统应尽量保持水轮机在高效率区域运行。

水轮机空载特性水轮机空载特性是指在无负载的情况下，水轮机转速随流量变化的关系。空载特性反映了调速系统在无负荷时的稳定性，以及调速器对转速的控制能力。

水轮机甩负荷特性水轮机甩负荷特性是指在突然失去负荷的情况下，水轮机转速随时间的变化关系。甩负荷特性反映了调速系统对突发事件的响应能力，以及防止水轮机超速运行的能力。