水轮机的基本概念和微机调速器讲座.ppt

水轮机调节的基本概念 和 数字式（微机）电液调速器 1 1水轮机调节的基本概念 和数字式（微机）电液调速器一.水轮机调节的基本概念二.水轮机数字式（微机）电液调速器三.微机调节器四.机械液压系统五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势六.思考题2一.水轮机调节的基本概念1.水轮机调节的任务2.水轮机调节系统3.水轮机调节系统的动态和静态特性31.水轮机调节的任务维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调频要求；完成调度下达的功率指令，调节水轮机组有功功率，满足电网二次调频要求；完成机组开机、停机、紧急停机等控制任务；执行计算机监控系统的调节及控制指令。42.水轮机调节系统l系统结构：图1-1 水轮机调节系统的结构图5l系统特点：操作力大需要经液压放大操作接力器水流惯性：机械慢性：系统复杂、非线性特性l手动水轮机调节比例操作超前操作积分操作 63.水轮机数字式（微机）调速器 机械液压/电气液压/数字式（微机）电液调速器 缓冲式PID结构图1-2 电气液压调速器(PID)结构图7PID结构：图1-3 微机调速器结构图 8 水轮机调节系统的静态和动态特性l技术标准GB/T9652.1 1997 GB/T9652.2 1997l静态特性静态特性：水轮机调节系统静态特性 水轮机调节系统静态特性9永态差值系数：静速死区：图1-6 转速死区ix 水轮机调节系统的静态和动态特性10随动系统不准确度：图1-7 随动系统不准确度ia 水轮机调节系统的静态和动态特性11l动态特性调速器PID特性：阶跃输入响应特性：图1-8 PID调节器的阶跃输入响应特性 水轮机调节系统的静态和动态特性12 水轮机调节系统的静态和动态特性速动时间常数Tx=btTd接力器响应时间常数Ty 图1-9 接力器响应时间常数Ty13调速器前向通道放大倍数的整定 图1-10 随动系统对单位阶跃输入的响应特性 水轮机调节系统的静态和动态特性14二.水轮机数字式（微机）电液调速器1.水轮机微机调速器的结构2.静态特性3.动态特性4.控制功能15二.水轮机数字式（微机）电液调速器 双比例伺服阀系统原理框图16二.水轮机数字式（微机）电液调速器 交流伺服电机自复中系统原理框图17二.水轮机数字式（微机）电液调速器 步进电机伺服缸系统原理框图18二.水轮机数字式（微机）电液调速器 比例伺服阀自复中系统原理框图19二.水轮机数字式（微机）电液调速器 1.水轮机微机调速器的结构 微机调节器、电/机转换装置、机械液压系统 图2-1 PLC水轮机微机调速器的总体框图2021二.水轮机数字式（微机）电液调速器 典型结构步进电机（速度环）电液转换器/机械液压随动系统型 步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器框图22 步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器方块图二.水轮机数字式（微机）电液调速器23交流伺服电机电液转换器/电液执行机构型：交流伺服电机电液转换器/电液执行机构型调速器框图二.水轮机数字式（微机）电液调速器24 交流伺服电机电液转换器/电液执行机构型调速器方块图二.水轮机数字式（微机）电液调速器25 二.水轮机数字式（微机）电液调速器微机调速器自动调节部分框图26l永态差值环节和人工死区：l三种调节模式：人工开度/功率死区环节特性 调节模式间的转换关系二.水轮机数字式（微机）电液调速器27 1.水轮机微机调速器的基本调节模式二.水轮机数字式（微机）电液调速器282.静态特性l稳态状态-积分输入为零，其表达式为:微机调节器的静态特性 292.静态特性静态特性主要参数和变量频率给定fc功率给定Pc开度给定yc频率fg开度y永态差值系数bp30l 对静态特性的影响 调整频率给定和开度给定后的微机调节器静态特性 2.静态特性31l 的关系：微机调节器的静态特性（bp=0）2.静态特性32l人工频率死区：和人工开度/功率死区 (a)fg、Ef以赫兹表示的特性 (b)ef以相对值表示的特性 Ef起作用时微机调节器的静态特性2.静态特性33 Ey起作用时微机调节器的静态特性2.静态特性34 Ef0、Ey/p0时的微机调节器静态特性2.静态特性35 Ef0、Ey0微机调节器静态特性2.静态特性36l协联特性：微机调节器采用的水轮机协联曲线二.水轮机数字式（微机）电液调速器37 插值节点表383.动态特性(PID传递函数表达式)393.动态特性(PID离散表达式)403.动态特性lPI响应特性：PI调节器的阶跃输入响应特性二.水轮机数字式（微机）电液调速器41l PID响应特性 l开环增量环节的作用 PID调节器的阶跃输入响应特性 PID调节器的阶跃输入响应3.动态特性423.动态特性（速动时间常数Tx）物理含义是：在bp=0的条件下，若取频率变化相对值为x=1.0，则接力器走全行程的时间就是速动时间常数Tx，它在数值上等于积分增益KI的倒数，也等于暂态差值系数bt与缓冲装置时间常数Td的乘积。几个x取值下的接力器走全行程的时间：433.动态特性（速动时间常数Tx）若记t0.5和t0.1为接力器走50%和10%行程的时间，则有：443.动态特性（PID参数选择）1.5Tw/Tabt3Tw/Ta 3TwTd6Tw Tn=(0.40.6)Tw 式中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。453.动态特性（PID参数选择）0.33Ta/TwKP0.67Ta/Tw0.167KP/TwKI0.33KP/Tw0.4Tw KPKD0.6 Tw KP表明:应先确定比例系数KP再据上式确定积分系数KI和微分系数KD。KP、KI和Tw呈近似反比的关系。KD与Tw呈近似正比的关系。463.动态特性（PID参数选择）例如，当Ta10s，Tw1.5s时，计算可得：0.225 bt 0.45，4.5s Td 9.0s，0.6s Tn 0.9s，2.2KP 4.47，0.11KPKI0.22KP，0.6KPKD0.9KP，474.控制功能l工作状态：微机调速器工作状态转换图l运行方式：自动/手动l故障诊断：测频 导叶反馈 功率/水头变送器48三.微机调节器机组频率测量 测量方式：高速计数模块配合中断模块测量（全可编程测频）频率信号源：发电机机端电压互感器,交流(0.3150V)齿盘测频的非接触式接近开关（NPN型，DC24V供电）测频范围：残压测频 (1090Hz)齿盘测频：(290Hz)测频分辨率：0.0015Hz49三.微机调节器机组频率测量测量频率一般采用测量周期法（简称测周法）或测量频率法（简称测频法）。测频法是指：通过测量单位时间内被测信号的频率数来测量频率。显然，对于额定频率为50Hz的水轮发电机组的频率来说，用这种方法是不合适的，它只适合于测量处于高频段的频率信号。50三.微机调节器机组频率测量51三.微机调节器机组频率测量F必然正比于被测的频率值。例如，取N=2106Hz，则在被测频率为50Hz时，其T=0.02s，NT=40000；若取式中的常数C=2109，则求得测量结果为F=50000。若被测频率为48Hz，则求得F=48000。52三.微机调节器双机交叉冗余53三.微机调节器双机交叉冗余全冗余双PLC调节器：CPU、输入模块、输出模块、传感器、测频单元、电源均为冗余结构，实现“主机/热备”功能。微机调节器采用两个独立的微机控制器A和B组成，通过现场总线MB+实现双机状态和数据一致；每一个微机调节器与机械液压系统相配合，能独立实现全部控制功能和保证达到全部调节性能要求；当微机调节控制器A或B之一故障时，可发出故障信号并自动、无扰动地切换到正常机工作，故障机可在线更换模块、检修。双机冗余（单元级冗余）54三.微机调节器双机交叉冗余F模块（FA、FB）：频率测量模块DI模块（DIA、DIB）：开关量输入模块DO模块（DOA、DOB）：开关量输出模块AI模块（AIA、AIB）：模拟量输入模块AO模块（AOA、AOB）：模拟量输出模块C模块（CA、CB）：通信模块交叉冗余（模块级冗余）55三.微机调节器双机交叉冗余在不増加硬件的条件下，用通信和软件构成交叉冗余控制结构，具有较强的容错能力。当双微机调节器均出现部分模块故障时，这种交叉冗余控制结构可以容忍两个单机的不同名模块故障情况（容错），交叉构成正常的调节器，使调速器能正常工作，实现真正的双机冗余容错结构，进一步提高调速器的可靠性。交叉冗余（模块级冗余）56三.微机调节器双机交叉冗余记模块变量为MY（X），Y表示A或B调节器，X表示6种模块类型F、DI、DO、AI、AO、C。设定模块1时为正常，模块0时故障。例如FA1，表示微机调节器A的频率测量模块正常；FA0表示其故障。57三.微机调节器适应式变参数调节国内外水轮机数字式电液调速器均采用PID或以PID为基础的调节规律。近年来，国内外都在进行自适应控制、模糊控制等调节规律在水轮机调节中应用的仿真研究与应用探索，取得了一些初步理论结果，但尚无采用这些调节规律的数字式电液调速器在水电站试验成功的报道。鉴于水轮机调节系统的复杂性，强非线性和多运行工况，对运行工况、技术要求和运行条件适应的变参数调节，是经过实践检验并得到广泛成功运用的调节方式。58三.微机调节器适应式变参数调节 机组转速（频率）适应式变参数PID调节空载运 行工况（适应运行水头）机组并入大电网运行（适应大网/小网工况和频率/功率调节模式）机组在小（孤立）电网中运行59三.微机调节器适应式变参数调节功率适应式变参数PI调节a.适应运行水头和功率偏差大小b.为了实现机组功率Pg对AGC系统下达的功率给定Pc的快速、单调跟踪，必须采用有开环增量P的功率调节模式。由于机组功率Pg是机组水头H和导叶开度Y的函数，在编程时一定要使P为H和Y的函数，即P对H和y适应式变参数。否则，在低水头工况整定的P值，将使在高水头下的功率调节出现大的超调和振荡。c.为了适应机组运行水头、水轮机导叶开度/机组功率 和功率偏差值的不同情况，采用适应式变参数机组功率的PI调节 60三.微机调节器适应式变参数调节实现机组功率快速、无实现机组功率快速、无超调的调节：超调的调节：采用不同斜率的三段调采用不同斜率的三段调节（适应目标功率与实节（适应目标功率与实际功率差值大小）；际功率差值大小）；斜率数值适应机组运行斜率数值适应机组运行水头；水头；61三.微机调节器适应式变参数调节电气开度限制电气开度限制L的适应式变参数的适应式变参数 为了保证水轮发电机组合理安全运行，必须根据水轮机特性，适应机组运行水头，设定与之对应的导叶最大开度值。同上，可在微机调节器内写入Lmax（H）的节点表，由运行水头插值求得相应最大电气开度限制Lmax。62三.微机调节器适应式变参数调节适应式变参数调节适应式两段开机特性63三.微机调节器适应式变参数调节适应式变参数调节适应式两段开机特性调速器接到开机指令后，即通过电气开度限制L0将导叶开启至第一开机开度YKJ1（图中的A点）经过一段时间 开始测量机组转速（频率），设在C点机组频率已连续2s大于45Hz，则通过电气开限L将导叶压至第二开机开度YKJ2，调速器转入空载运行工况，由PID调节导叶至空载开度Y064对调速器主要要求适应式运行工况项 目调节规律PID参数永态插值系数bp（%）人工死区Ef、Ep、Ey调节模式开环功率给定增量P（y）电气开限Lmax转速（频率）调节器；频率摆动小，便于并网空载PIDPID参数强，适应水头区域的PID变参数26Ef0Ep0Ey 0频率调节适应水头的空载开限L0（H）机组功率控制器；以快速、单调受控于水电厂AGC并入大电网带指定负荷PIPID参数弱68Ef0.2HzEp1%Pr Ey1%y功率(开度)调节适应水头的特性P（H）适应水头的最大开限Lmax（H）转速调节器；受控于水电厂AGC的机组功率控制器承担调频任务PIDPID参数弱12Ef0Ep0Ey 0频率调节适应水头的特性P（H）适应水头的最大开限Lmax（H）转速（频率）调节器并入小电网PIDPID参数强14Ef0Ep0Ey 0频率调节适应水头的特性P（H）适应水头的最大开限Lmax（H）在机组运行范围内，使机组在允许加速度范围内，机组转速快速单调到达额定值，转入空载机组开机两段开机开环程序控制适应水头的两段开机开度ykj1（H）和ykj2（H）三段闭环开机闭环机组加速度控制65三.微机调节器网络/通讯调速器系统采用MB+通讯的网络连接。MB+作为一个判定性令牌传递网络，以一个兆波特的速率进行通讯，快速的存取过程数据。调速器实现内部信息传输的网络化，所有的控制核心器件包括微机调节器A、微机调节器B、工控机、电气手动、油压装置控制PLC等均可挂接在MB+网络上，进行点对点的数据通讯。网络系统图如下：66三.微机调节器网络/通讯67三.微机调节器在线诊断功能程序出错和CPU模块故障；模拟数字转换器和输入通道故障；数字模拟转换器和输出通道故障；通讯模块故障；开度、功率传感器及其反馈通道故障；电源系统故障；水头传感器故障；紧急停机回路故障；测速系统故障；68三.微机调节器在线诊断功能冗余系统自动切换或电气手动、自动方式切换故障；液压控制系统故障液压控制设备故障报警；高、低液位报警；高、低油压报警；油温高报警；油过滤器堵塞报警；油过滤器除水元件湿度高报警。其它69三.微机调节器离线诊断及调试功能 系统硬件及软件故障检查，包括各硬件模块故障检查；调节参数检查及调试；程序检查及调试；修改和调整程序；检查、调试和电站计算机的通信及其它接口；其它。70三.微机调节器调速器运行监控系统71 三.微机调节器调速器运行监控系统 数字式电液调速器监控系统主界面 72三.微机调节器调速器运行监控系统 数字式电液调速器状态画面 73三.微机调节器调速器运行监控系统 数字式电液调速器开关量和模拟量显示74三.微机调节器调速器运行监控系统 数字式电液调速器参量实时曲线75三.微机调节器调速器运行监控系统 数字式电液调速器油压装置显示画面76三.微机调节器机组水轮机调节仿真决策支持系统 MATLAB是MathWorks公司推出的一种数值型计算软件。MATLAB语言具有编程高效、程序设计灵活、图形功能强等特点。MATLAB提供的SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持多种采样速率的多速率系统。SIMULINK为用户提供了用目标对象传递函数的方框图建模方法。用户可以使用SIMULINK以自动上而下或自动下而上、模块化的层次结构创建研究对象的模型。77三.微机调节器机组水轮机调节仿真决策支持系统78三.微机调节器机组水轮机调节仿真决策支持系统79三.微机调节器机组水轮机调节仿真决策支持系统机组开机过程80三.微机调节器机组水轮机调节仿真决策支持系统机组空扰特性81三.微机调节器机组水轮机调节仿真决策支持系统 机组甩负荷特性82四.机械液压系统大型调速器机械液压系统框图83四.机械液压系统中小型调速器机械液压系统框图84四.机械液压系统大型调速器机械液压系统图85四.机械液压系统大型调速器机械液压系统图大型调速器机械液压系统图86四.机械液压系统“数字阀”（高压滑阀）数字式电液调速器机械液压系统框图87四.机械液压系统电/机转换装置电/机转换装置是电机转换器和电液转换器的总称，前者将微机调节器送来的电气信号，转换、放大成具有一定驱动力的机械位移输出，后者则把微机调节器送来的电气信号转换、放大为相应的液压流量控制信号输出。电/机转换装置一般与主配压阀相接口，电机转换器与带引导阀的机械位移输入型主配压阀相配合，电液转换器则与带辅助接力器的液压控制型主配压阀接口。88四.机械液压系统比例伺服阀比例伺服阀是电液转换器，它是一种电气控制的引导阀，在大型和特大型数字式调速器中得到广泛的应用，由比例伺服阀作为电液转换器组成的数字式电液调速器在电站的试验运行结果表明，水轮机调节系统具有优秀的静态和动态性能。比例伺服阀的功能是把微机调节器输出的电气控制信号转换为与其成比例的流量输出信号，用于控制带辅助接力器（液压控制型）的主配压阀。89四.机械液压系统比例伺服阀比例伺服阀的表示符号90四.机械液压系统比例伺服阀n技术参数：n型号：NG6(NG10)n结构：滑阀，带钢阀套，直接作用式,带集成放大n通径：6(10)(mm)n最大工作油压：315barn额定输出流量：（阀口压降p=35bar）4、12、24、40（50、100）（L/min）n最大工作压力 315barn泄漏（100bar时）0.18、0.3、0.5、0.9（1.2、1.5）（L/min）n安装形式 板式ISO4401n电磁铁电流 max2.7An线圈电阻 2.52.8n功率消耗 30（50）（VA）91四.机械液压系统比例伺服阀比例伺服阀控制主配压阀原理框图92四.机械液压系统比例伺服阀比例伺服阀构成的机械液压系统结构框图93四.机械液压系统自复中装置 交流伺服电机自复中装置是电机转换器，它是一种新型的把交流伺服电机的旋转运动转换成机械直线位移的转换器，用于控制带引导阀（位移控制型）的主配压阀。交流伺服电机自复中机构94四.机械液压系统自复中/控制阀交流伺服电机/控制阀装置是一种电液转换器，用于控制带辅助接力器（液压控制型）的主配压阀。交流伺服电机/控制阀95四.机械液压系统脉冲阀座阀式电磁换向阀96四.机械液压系统脉冲阀 座阀式电磁换向阀是一种二位三通型方向控制阀，它在液压系统中大多作为先导控制阀使用。座阀式电磁换向阀采用钢球与阀座的接触密封，所以也称为电磁换向球阀，避免了滑阀式换向阀的内部泄漏。座阀式电磁换向阀在工作过程中受液流作用力影响小，不易产生径向卡紧。故动作可靠，且在高油压下也可正常使用；换向速度也比一般电磁换向滑阀快。97四.机械液压系统脉冲阀电磁换向滑阀98四.机械液压系统脉冲阀WE型电磁换向阀是电磁操作的换向滑阀，也称电磁换向滑阀，可以控制油流的开启、停止或方向。99四.机械液压系统主配压阀主配压阀是调速器机械液压系统的功率级液压放大器，它将电/机转换装置机械位移或液压控制信号放大成相应方向的、与其成比例的、满足接力器流量要求的液压信号，控制接力器的开启或关闭。主配压阀的主要结构有两种：带引导阀的机械位移控制型和带辅助接力器的机械液压控制型。对于带辅助接力器液压输入的主配压阀，必需设置主配压阀活塞至电/机转换装置的电气或机械反馈。100四.机械液压系统主配压阀在主配压阀上整定接力器的最短关闭和开启时间的原理有两种：基于限制主配压阀活塞最大行程的方式和基于在主配压阀关闭和开启排油腔进行节流的方式。大型调速器一般采用限制主配压阀最大行程的原理来整定接力器的最短关闭和开启时间。对于要求有两段关机特性的，在主配压阀上整定的是快速区间的关机速率，慢速区间的关机速率设置，在分段关闭装置上实现。101四.机械液压系统主配压阀美国GE公司FC主配压阀102四.机械液压系统主配压阀带引导阀的机械位移控制型主配压阀 位移控制 引导阀 差压辅助接力器103四.机械液压系统主配压阀机械位移控制型主配压阀结构原理框图见图。这是一种带有引导阀的、机械位移控制、直联型主配压阀，应采用机械位移输出的电机转换器对其进行控制。主配压阀的引导阀活塞为微差压式，它始终有一个向上的作用力，因而引导阀活塞随动于电机转换装置的位移。在引导阀对主配压阀的辅助接力器的控制下，主配压阀活塞的位移等于引导阀活塞位移；所以，主配压阀活塞也就随动于电机转换装置的机械位移。104四.机械液压系统主配压阀带辅助接力器的带辅助接力器的液压控制型主配液压控制型主配压阀压阀 液压控制 差压辅助接力器105四.机械液压系统主配压阀机械液压控制型主配压阀结构原理框图。这是一种带有辅助接力器的、液压控制式的主配压阀，与其接口的电/机转换器必需是电液转换器，比例伺服阀和交流伺服电机自复中装置/控制阀均可以对它进行控制。106四.机械液压系统主配压阀 主配压阀的自复中107四.机械液压系统主配压阀容量计算已知参数接力器最大工作容积：Vs(m3)接力器最快关闭时间：Tf（s）最小正常工作油压：P0minMPa)最小操作油压：PRMPa)管道内径：d（m）管道长度：L（m）108四.机械液压系统主配压阀容量计算与调速器相配的外部管道中的设计流速一般不超过5m/s；计算调速器容量的油压，应按正常工作油压的下限考虑；选择的主配压阀的直径和最大窗口，应使接力器最短关闭时间应满足机组提出的要求，且主配压阀最大工作行程应合理。通过主配压阀的压力降等于1.0MPa时的“主配压阀输油流量（L/s）/主配压阀直径(mm)”分别为：“(1225)/80”、“(2550)/100”、“(50100)/150”、“(100180)/200”、“(180300)/250”。109接力器两端关闭系统图四.机械液压系统两段关闭装置110四.机械液压系统两段关闭装置两端关闭阀111四.机械液压系统事故配压阀事故配压阀系统框图112四.机械液压系统事故配压阀113四.机械液压系统油压装置系统图114四.机械液压系统螺杆泵115四.机械液压系统组合阀组合阀是由安全阀、止回阀、卸载阀/旁通阀、插装阀等组成。采用卸载阀/旁通阀，使油泵为低油压起动，可以使螺杆泵起动时处于卸荷状态。在压力油罐压力的作用，油泵停机后止回阀处于关闭状态。安全阀是为保证压力罐内油压不超过允许值。116四.机械液压系统组合阀117四.机械液压系统压力罐计算压力油箱的容量计算准 则压力油罐中输出的最大油量，是根据可能发生的、最不利的接力器调节过程来决定的。以转浆式水轮机为例来介绍，因它是双重调节并具有一定代表性。可能发生的最不利的调节过程是:机组甩去100负荷,在这个过程中导叶接力器摆动了12次,轮叶接力器进行了1次全行程的关闭,接着机组并入电网带上100负荷；因而导叶和轮叶接力器又重新全开一次。118四.机械液压系统压力罐计算已知基本数据工作油压的上限：工作油压的下限：接力器最低操作油压：调速器接力器容积：119四.机械液压系统压力罐计算求压力油罐内工作油压的下限(即事故停机后的油压)求压力油箱中的压力降低到事故停机后油压值时，压力油罐的应有的可用油容积对混流式水轮机 对转浆式水轮机 对冲击式水轮机 120四.机械液压系统压力罐计算工作油压的下限 时的空气容积工作油压的上限 时的空气容积 121四.机械液压系统压力罐计算求压力油罐总容积 VRes剩余油量 VRes（0.10.2）Vu 122四.机械液压系统油压装置控制界面123五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势1.1.现状 1）1983年我国第一台水轮机微机调速器诞生 2）2000台左右在国内外运行 3）技术与国际先进水平基本保持同步124 4）适应式变参数PID调节、电机式电/机转换、双机交叉冗余和机组功率控制模式上处于国际领先地位 5）可靠性、产品质量、工艺水平与国外产品有一定差距 6）出现了用国产调速器替换进口产品的苗头 五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势125 7）市场逐渐规范，形成数个知名调速器生产公司 8）科研工作取得了显著成效并已转化为现实生产力 9）调速器理论联系实际的科研方法值得强调和提倡五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势126五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势2.现代电网、水电厂的新发展及对水轮机调速器的要求n新发展 1）区域电网形成、总功率日趋增大、区域电网间联网 2）电网、水电厂广泛采用调度自动化、计算机监控系统和自动发电控制（AGC）3）电网、水电机组运行可靠性大幅度提高127五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势n新要求新要求 1）调节控制目标 原来：机组、电网频率（转速）调节器 现在：机组、电网频率（转速）调节器 孤立电网 空载 大电网（一次调频）机组功率控制器（二次调频）调度自动化、AGC的有功功率末端控制器128五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势国家电力调度通讯中心关于电网一次调频对水电机组调速系统的主要技术要求 （功率）永态转差系数3%4%；频率（转速）死区0.033Hz；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15秒内响应机组目标功率，在45秒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；负荷变化幅度限制：水电机组参与一次调频的负荷变化幅度，不加限制。一次调频功能为必备功能，不得由运行人员切除；不得在开度限制工况下运行。129五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势电网二次调频对水电机组调速系统的主要技术要求 机组功率单调、快速趋近目标功率 与水电厂（电网）AGC系统完善接口130五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势3.国内外数字式（微机）调速器的比较1）调节及控制规律n国外调速器 适应不同机组工况的变参数PID调节规律。n国内调速器 我国的数字式电液调速器的调节及控制在国际上处于领先地位：适应式（适应工况、水头）变参数转速PID调节；带开环增量环节的机组功率适应式（适应偏差大小、水头、导叶开度）变参数131五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势2）微机调节器n硬件国外调速器 各公司采用自行设计生产的专用微机控制器，相互之间没有共同的技术标准，差异较大；控制器生产批量不大，备品备件必需依赖原生产厂家，升级换代困难；可靠性高。国内调速器 多采用国际知名公司的可编程控制器（PLC），不同公司PLC产品的装置要求、试验、编程语言、用户指南和技术条件等均是按照国际电工委员会（IEC）IEC611311、2、3、4和5等可编程控制器（PLC）技术标准设计生产的；生产批量很大，备品备件获取方便，升级换代有保证；采用PLC及国际知名品牌器件系统集成，可靠性高。132五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势n双机冗余国外调速器 各公司大多采用双CPU冗余，采用一套I/O接口国内调速器 采用双机冗余或双机交叉冗余，双机采用完全相 同的CPU、I/O、测频、变送器及传感器、电源等133五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势n软件 调速器的调节和控制性能及功能主要由微机调节器的应用程序实现和保证。国外调速器国外调速器 调速器用户程序受知识产权保护，不向用户公开和交底；技术培训不到位，只提供少量参数修改人机界面，不允许修改应用程序；应用程序的编制方式、原则、习惯适合原产国（地区）的文化渊源和电网 运行要求，不太适合中国的国情；国内调速器国内调速器 调速器应用程序具有自主的知识产权，附加详细的框图及注解，彻 底向用户公开和交底；承诺全面的技术培训，用户可以根据运行要求或工况变化修改用户程序；应用程序的编制方式、原则、习惯考虑了中国电网运行特点及要求，适 合我国的文化渊源及国情。134五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势3）电/机转换器国外调速器 多采用比例伺服阀或电液转换器，比例伺服阀静态、动态性能优秀国内调速器 除采用进口的比例伺服阀或电液转换器外，还采用我国特色的伺服/步进电机电/机转换器135五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势4）机械液压系统结构 国外调速器国外调速器和国内调速器国内调速器几乎有完全相同的总体系统结构，但国内调速器在带接力器机械反馈的机械手动机构方面有成功的经验，国外产品需重新设计。136五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势5）售后服务及备品备件国外调速器 售后服务渠道不够畅通，服务响应周期长，售后服务成本高；备品备件价格很高，供应困难，关键部件和模块必需依赖原生产厂，存在原生产厂变更、更新换代或停产后，备品备件无法供应的可能。国内调速器 售后服务渠道畅通，服务响应周期短，售后服务成本低；备品备件供应方便，微机调节器的控制核心（PLC）等重要器件均为国际知名品牌产品，在市场上即可方便购买，机械液压部件国内也已逐渐能自行加工。137五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势4.发展趋势1）以PID为基础的适应式变参数调节规律仍然在相当长时间占主导地位。2）满足电网负荷频率控制（LFC）要求增/减功率快速、无超调的机组功率控制过程。138五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势3）系统集成 微机调节器 双机冗余工控机 双机交叉冗余 测频：残压本机测频 齿盘测频 残压/齿盘冗余测频 测频精度、抗干扰、检错 双机冗余：适用于特大型水电机组139五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势3）系统集成机械液压系统 块式集成结构 主辅冗余、双机冗余 电/机转换 比例阀 交流伺服自复中电转 数字（开关）阀 与之配套的主配压阀 机/电转换 带通信接口的数字式传感器、变送器（位移、功率、水头）140五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势4）通信接口n 高可靠性n 不同通信规约的适应性5）全数字式水轮机微机调速器n 调节回路中无模拟信号传输n 测量、传感、变送、执行141五.我国数字式（微机）调速器的现状及发展趋势6）辅助功能 辅助调试；事故、时间记录；水轮机调节系统仿真决策系统；142六.思考题1.试说明水轮机调节系统的特点.2.写出调速器的积分表达式，分析频率给定Fc、开度给定Yc、永态差值系数bp和机组频率Fg之间的关系及频率给定Fc、开度给定Yc的作用。3.试说明水轮机调速器PID调节规律的作用原理，写出其传递函数表达式。4.分析双微机调节器的工作原理，说明双微机交叉冗余的构成及其优点。5.分析微机调速器频率测量的基本原理。6.分析比例伺服阀的工作原理及其优点。7.分析行程控制主配压阀和液压控制主配压阀的工作原理。8.说明适应式变参数调节的主要内容及优点。143谢谢大家！144