第1讲汽轮机功频电液控制的基本原理PPT讲稿.ppt

第1讲汽轮机功频电液控制的基本原理第1页，共26页，编辑于2022年，星期一（1 1）中间再热容积的影响中间再热容积的影响u 特点一：特点一：贮存的蒸汽量容易引起甩负荷时汽轮机超速；贮存的蒸汽量容易引起甩负荷时汽轮机超速；u 特点二：特点二：中间再热容积的存在导致机组总输出功率滞后；中间再热容积的存在导致机组总输出功率滞后；中间再热汽轮机输出功率中间再热汽轮机输出功率（2 2）汽轮机与锅炉的协调配合汽轮机与锅炉的协调配合 在设计选择汽轮机和锅炉的运行与控制方式时，应综合考虑机组负荷在设计选择汽轮机和锅炉的运行与控制方式时，应综合考虑机组负荷响应速度和机组运行的安全可靠性。响应速度和机组运行的安全可靠性。第2页，共26页，编辑于2022年，星期一3.2 功频电液控制原理与各环节数学模型功频电液控制原理与各环节数学模型（1 1）功频电液控制系统工作原理功频电液控制系统工作原理l 电控部分：电控部分：测功单元、测速单元、控制器测功单元、测速单元、控制器PIDPID、功放、给定。、功放、给定。l 液压控制部分：液压控制部分：油动机。油动机。l 接口装置：接口装置：电液转换器。电液转换器。第3页，共26页，编辑于2022年，星期一功频电液控制系统的特点：功频电液控制系统的特点：（1）可以消除主蒸汽压力变化对汽轮机输出功率的影响，使频可以消除主蒸汽压力变化对汽轮机输出功率的影响，使频 率偏差与功率变化保持一定比例关系，保证机组一次调频率偏差与功率变化保持一定比例关系，保证机组一次调频 能力不变。能力不变。（2）可以补偿由于中间再热容积引起的汽轮机输出功率滞后。可以补偿由于中间再热容积引起的汽轮机输出功率滞后。功频电液控制系统原理方框图功频电液控制系统原理方框图第4页，共26页，编辑于2022年，星期一（2）功频电液控制系统的静态特性功频电液控制系统的静态特性 在转速反馈回路中，测速单元输出的在转速反馈回路中，测速单元输出的电压信号电压信号Uf 与汽轮机转子转速与汽轮机转子转速成正比：成正比：在功率反馈回路中，测功单元输出的在功率反馈回路中，测功单元输出的电压信号电压信号UN 与汽轮机输出功与汽轮机输出功率成正比：率成正比：在稳态时，两个反馈回路信号满足在稳态时，两个反馈回路信号满足 ，因此：，因此：两式相除两式相除两式相除两式相除第5页，共26页，编辑于2022年，星期一所以所以转速不等率转速不等率可以表示为：可以表示为：根据根据转速不等率转速不等率的计算公式，可以得出功频电液控制系统的静态的计算公式，可以得出功频电液控制系统的静态特性曲线如下图所示：特性曲线如下图所示：静态特性曲线的静态特性曲线的倾斜程度倾斜程度代表了机组的代表了机组的一次调频能力一次调频能力，只与，只与测功单测功单元元和和测速单元测速单元的的输出信号输出信号有关。因此可以方便的对功频电液控制系统静态特有关。因此可以方便的对功频电液控制系统静态特性曲线的倾斜程度和机组的一次调频能力进行调节。性曲线的倾斜程度和机组的一次调频能力进行调节。第6页，共26页，编辑于2022年，星期一（3）功频电液控制系统主要组成单元功频电液控制系统主要组成单元l 测速（测频）单元测速（测频）单元 磁阻发讯器是用来将被测磁阻发讯器是用来将被测转速信号转速信号转换为相应转换为相应频率信号频率信号或或感应电动感应电动势信号势信号的测量元件，其工作原理如下：的测量元件，其工作原理如下：频率信号频率信号：感应电动势信号感应电动势信号：测速齿轮测速齿轮线圈线圈铁芯铁芯NS永久磁铁永久磁铁输出信号输出信号第7页，共26页，编辑于2022年，星期一l 测功单元测功单元 目前功频电液控制系统中的测功单元广泛采用霍尔效应测功器，其工目前功频电液控制系统中的测功单元广泛采用霍尔效应测功器，其工作原理如下：作原理如下：BIsVHIsRIsBVHU霍尔元件霍尔元件VHAVHBVHCVHIAIBICUAUBUCI第8页，共26页，编辑于2022年，星期一单相有功功率：单相有功功率：霍尔电势：霍尔电势：u 单相霍尔测功器：单相霍尔测功器：直流分量直流分量交流分量交流分量 在单相霍尔测功器中，使在单相霍尔测功器中，使控制电流控制电流Is与与被测电压被测电压U成正比，成正比，磁感应强磁感应强度度B与与被测电流被测电流I成正比，则成正比，则霍尔电势霍尔电势VH为：为：第9页，共26页，编辑于2022年，星期一u 三相霍尔测功器：三相霍尔测功器：在三相霍尔测功器中，发电机输出端的各相电流通过激磁绕组产生感在三相霍尔测功器中，发电机输出端的各相电流通过激磁绕组产生感应磁场，各相电压经过电压互感器降压后送往各测功单元产生控制电流，应磁场，各相电压经过电压互感器降压后送往各测功单元产生控制电流，将三个测功单元输出的霍尔电势串联相加，其总和即代表三相功率：将三个测功单元输出的霍尔电势串联相加，其总和即代表三相功率：l 电液转换器电液转换器 电液转换器也是一种控制元件。用它将电子控制部分和液动控电液转换器也是一种控制元件。用它将电子控制部分和液动控制部分联系起来，同时又把微弱的电信号放大为液压信号，由液压制部分联系起来，同时又把微弱的电信号放大为液压信号，由液压动力去控制油动机。下面以动铁式电液转换器为例，对其工作原理动力去控制油动机。下面以动铁式电液转换器为例，对其工作原理进行介绍：进行介绍：第10页，共26页，编辑于2022年，星期一 由电液转换器、油动机、线性位移变送器（由电液转换器、油动机、线性位移变送器（LVDTLVDT）、比较器和功放构成）、比较器和功放构成的液压伺服控制回路完成阀位控制任务，其原理方框图如下：的液压伺服控制回路完成阀位控制任务，其原理方框图如下：第11页，共26页，编辑于2022年，星期一（4）汽轮发电机组动态特性汽轮发电机组动态特性 汽轮发电机组通过蒸汽在高中低压缸中膨胀做功推动转子转动，并带动汽轮发电机组通过蒸汽在高中低压缸中膨胀做功推动转子转动，并带动发电机输出电功率，其工作流程和动态特性原理方框图分别如下图所示：发电机输出电功率，其工作流程和动态特性原理方框图分别如下图所示：汽轮发电机组工作流程汽轮发电机组工作流程汽轮发电机组动态特性原理方框图汽轮发电机组动态特性原理方框图第12页，共26页，编辑于2022年，星期一（5）电网传递函数电网传递函数 电力系统是一个极为复杂的被控对象，下面给出的传递函数表示负荷电力系统是一个极为复杂的被控对象，下面给出的传递函数表示负荷扰动下电网的频率偏差：扰动下电网的频率偏差：静态偏差静态偏差 如果考虑电网中机组控制系统参与一次调频的作用，则在负荷扰动下如果考虑电网中机组控制系统参与一次调频的作用，则在负荷扰动下电网的频率偏差为：电网的频率偏差为：静态偏差静态偏差动态偏差动态偏差动态偏差动态偏差 因此电网中的机组参与因此电网中的机组参与一次调频一次调频，可以有效，可以有效减小减小在负荷扰动下电网在负荷扰动下电网的的动态频率偏差动态频率偏差和和静态频率偏差静态频率偏差。第13页，共26页，编辑于2022年，星期一3.3 功频电液控制系统分析功频电液控制系统分析（1）稳定性分析稳定性分析 如果用发电机功率代替汽轮机功率作为反馈信号，由于发电机功率为扰如果用发电机功率代替汽轮机功率作为反馈信号，由于发电机功率为扰动量，会影响系统的稳定性，以发电机功率为反馈信号的控制系统原理图如动量，会影响系统的稳定性，以发电机功率为反馈信号的控制系统原理图如下：下：分别绘制调节器和其余部分的对数频率特性曲线，根据串联叠加原理分别绘制调节器和其余部分的对数频率特性曲线，根据串联叠加原理可得控制系统的频率特性曲线如下图所示：可得控制系统的频率特性曲线如下图所示：采用发电机功率反馈的汽轮发电机组动态特性原理方框图采用发电机功率反馈的汽轮发电机组动态特性原理方框图第14页，共26页，编辑于2022年，星期一 在控制系统中采用比例积分调节器，只要合理选择在控制系统中采用比例积分调节器，只要合理选择积分时间积分时间Ti，就可以使控制系统的频率特性曲线中就可以使控制系统的频率特性曲线中增益裕量增益裕量和和相角裕量相角裕量均为均为正值正值，即保证控制系统的稳定性。即保证控制系统的稳定性。（2）负荷适应性分析负荷适应性分析 功频电液控制系统具有使调节阀门功频电液控制系统具有使调节阀门动态过开动态过开，克服由于中间再热容，克服由于中间再热容积造成的机组积造成的机组功率滞后功率滞后，以提高机组负荷适应性的能力。通过改变调，以提高机组负荷适应性的能力。通过改变调节器的节器的放大系数放大系数K，可以调整调节阀门，可以调整调节阀门动态过开的倍数动态过开的倍数，减少功率滞，减少功率滞后的影响。后的影响。第15页，共26页，编辑于2022年，星期一（3）甩负荷特性分析甩负荷特性分析l 反调现象反调现象采用发电机功率作为反馈信号的功频电液控制系采用发电机功率作为反馈信号的功频电液控制系 统在机组甩负荷时，在过渡过程的初始阶段，调节器统在机组甩负荷时，在过渡过程的初始阶段，调节器 输出的控制指令不是关小汽轮机调节阀门，而是输出的控制指令不是关小汽轮机调节阀门，而是开大开大 调节阀门，造成转子转速上升，调节阀门，造成转子转速上升，只有在转速升高到一只有在转速升高到一 定数值后才能克服发电机功率反馈信号的影响。定数值后才能克服发电机功率反馈信号的影响。机组甩负荷时，机组甩负荷时，发电机功率反馈信号发电机功率反馈信号uNL、转子转速反馈信号转子转速反馈信号u 和和汽汽轮机功率反机功率反馈信号信号uNt 的的变化曲化曲线如下如下图所示：所示：第16页，共26页，编辑于2022年，星期一l 克服反调现象的方法克服反调现象的方法汽轮发电机组的力矩平衡方程式为：汽轮发电机组的力矩平衡方程式为：根据上式可知，根据上式可知，汽轮机功率信号汽轮机功率信号等于等于发电机功率信号发电机功率信号与与转子加速度信转子加速度信号号之和之和。为了克服在机组甩负荷时出现的反调现象，可以采取以下方法：。为了克服在机组甩负荷时出现的反调现象，可以采取以下方法：l 在转子转速反馈回路中加入实际微分环节在转子转速反馈回路中加入实际微分环节l 在发电机功率反馈回路中加入惯性环节在发电机功率反馈回路中加入惯性环节l 在发电机功率反馈回路中加入负的微分环节在发电机功率反馈回路中加入负的微分环节第17页，共26页，编辑于2022年，星期一 在在功频电液控制系统功频电液控制系统中的发电机功率反馈回路中加入惯性环节，同时中的发电机功率反馈回路中加入惯性环节，同时在转子转速反馈回路中加入实际微分环节，此时控制系统如下图所示在转子转速反馈回路中加入实际微分环节，此时控制系统如下图所示：l 发电机功率反馈信号经过惯性环节后相对变化的拉氏变换为：发电机功率反馈信号经过惯性环节后相对变化的拉氏变换为：第18页，共26页，编辑于2022年，星期一l 转速反馈信号经过实际微分环节后相对变化的拉氏变换为：转速反馈信号经过实际微分环节后相对变化的拉氏变换为：为克服反调现象，需要使转速微分信号可以抵消发电机功率信号，即为克服反调现象，需要使转速微分信号可以抵消发电机功率信号，即要求：要求：克服反调的条件克服反调的条件 为克服反调现象，还可以在发电机功率反馈回路中加入负的微分环为克服反调现象，还可以在发电机功率反馈回路中加入负的微分环节，此时控制系统如下图所示：节，此时控制系统如下图所示：第19页，共26页，编辑于2022年，星期一加入负微分环节后的控制系统加入负微分环节后的控制系统 在在负微分回路负微分回路中采用中采用单向带死区单向带死区的函数模块，使负微分作用只在的函数模块，使负微分作用只在负荷大幅下降负荷大幅下降时起作用，同时可以在发电机功率时起作用，同时可以在发电机功率正常下降正常下降或出现或出现小幅小幅度波动度波动时，使时，使负微分回路负微分回路输出信号为零，不产生调节作用，避免阀门输出信号为零，不产生调节作用，避免阀门的误动。的误动。单向带死区函数模块单向带死区函数模块第20页，共26页，编辑于2022年，星期一第21页，共26页，编辑于2022年，星期一第22页，共26页，编辑于2022年，星期一第23页，共26页，编辑于2022年，星期一第24页，共26页，编辑于2022年，星期一第25页，共26页，编辑于2022年，星期一第26页，共26页，编辑于2022年，星期一