《水电站调速系统》PPT课件.ppt

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1、水电站调速系统水电站调速系统主讲：李晓勇陕 西.石 泉2008年8月1 1水轮机调节的任务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(AGC)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。2 2水轮机调节系统水轮机调节系统水轮机调节系统的结构图水轮机调节系统的结构图3 3水轮机调速器的分类水轮机调速器的分类按调节规律可分为按调节规律可分为 PI PI和和PIDPID调速器；调速器；按系统构成分为按系统构成分为：a.a.机械式调速器（机械飞摆式）机械式调速器（机械飞摆式）；b

2、.b.电气液压式调速器；电气液压式调速器；c.c.微机调速器；微机调速器；按接力器操作功大小分类：按接力器操作功大小分类：小型调速器小型调速器 中型调速器中型调速器 大型调速器大型调速器 按照调速器的适用机组类型分为：冲击式调速器、按照调速器的适用机组类型分为：冲击式调速器、单调、双调。冲击式调速器适用于冲击式水轮发电单调、双调。冲击式调速器适用于冲击式水轮发电机组；单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨机组；单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨式等水轮发电机组；双调适用于有轮叶调节的轴流式等水轮发电机组；双调适用于有轮叶调节的轴流转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。转桨式、灯泡贯流式水轮发电机

3、组。4 4水轮机调速器的分类水轮机调速器的分类 按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调速器分为：中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速速器分为：中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速器等。中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调器等。中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压阀名义直径来区分。阀名义直径来区分。按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器三大类调节器。其中单片机、单板机构成

4、的调节器由于三大类调节器。其中单片机、单板机构成的调节器由于可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。机械液压系统依据电液转换方式分为：电液转换器类、机械液压系统依据电液转换方式分为：电液转换器类、电机类（伺服电机、步进电机）、比例伺服阀类、数字电机类（伺服电机、步进电机）、比例伺服阀类、数字阀类。其中电液转换器类已基本为市场淘汰，其他几种阀类。其中电液转换器类已基本为市场淘汰，其他几种均有不同厂家生产。均有不同厂家生产。5 5微机调速器微机调速器 PIDPID结构结构6 6HGS型调速器微机概述型调速器微机概述 HGS-E21/2HGS-E21/

5、2电气柜为水轮机电液调速器的两个重电气柜为水轮机电液调速器的两个重要组成部分之一，完成调速系统的主要控制规律与要组成部分之一，完成调速系统的主要控制规律与操作保护功能，同机械液压随动系统配合，控制水操作保护功能，同机械液压随动系统配合，控制水轮发电机组的频率及有功功率，以实现机组的开机、轮发电机组的频率及有功功率，以实现机组的开机、停机、并网、发电、调相等功能，并可与电站监控停机、并网、发电、调相等功能，并可与电站监控系统通讯，接受监控系统的控制。该电气柜以工业系统通讯，接受监控系统的控制。该电气柜以工业控制微机为硬件核心，采用双微机通道冗余控制结控制微机为硬件核心，采用双微机通道冗余控制结构

6、，并配以彩色平板电脑做为操作显示接口，具有构，并配以彩色平板电脑做为操作显示接口，具有良好的全中文图形人机界面和在线帮助系统，操作良好的全中文图形人机界面和在线帮助系统，操作简单方便。电气柜为模块化的硬件结构，易于维护、简单方便。电气柜为模块化的硬件结构，易于维护、维修，可靠性高。维修，可靠性高。7 7系统构成系统构成 该微机调速器电气柜是以工控机为核心的双微机调该微机调速器电气柜是以工控机为核心的双微机调节器，它适用于单调或双调的水轮发电机组。主要节器，它适用于单调或双调的水轮发电机组。主要由以下部分组成：由以下部分组成：两套独立的工控机，包括各种数据采集与输出接口两套独立的工控机，包括各种

7、数据采集与输出接口卡，完成调速器的各种调节控制与保护功能。两套卡，完成调速器的各种调节控制与保护功能。两套独立的工控机中，一套为主机，另一套为热备用机。独立的工控机中，一套为主机，另一套为热备用机。当其中一套微机系统出现故障时，该系统所有输出当其中一套微机系统出现故障时，该系统所有输出断开，另一子系统上相应输出闭合。如果故障子系断开，另一子系统上相应输出闭合。如果故障子系统原为在线系统，则系统无扰动切到备用子系统；统原为在线系统，则系统无扰动切到备用子系统；如果故障发生在备用子系统，则该子系统只需退出如果故障发生在备用子系统，则该子系统只需退出备用。若两套系统同时故障时，系统自动切换到手备用。

8、若两套系统同时故障时，系统自动切换到手动运行。任何一套微机故障均有相应指示。双机及动运行。任何一套微机故障均有相应指示。双机及彩色平板电脑间通过彩色平板电脑间通过ARCNETARCNET网络相连，完成数据网络相连，完成数据交换、显示与控制参数的修改。交换、显示与控制参数的修改。8 8系统构成系统构成彩色平板电脑，作为微机调节器的人机接口与显示彩色平板电脑，作为微机调节器的人机接口与显示界面，同时负责与电站监控系统的通讯控制。它可界面，同时负责与电站监控系统的通讯控制。它可以实时显示调节器双微机控制器各种运行参数与曲以实时显示调节器双微机控制器各种运行参数与曲线，并可对各种控制参数进行修改。线，

9、并可对各种控制参数进行修改。该微机调节器与比例伺服型全液控液压随动系统相该微机调节器与比例伺服型全液控液压随动系统相连，采用高可靠性的直线位移传感器与比例阀功放连，采用高可靠性的直线位移传感器与比例阀功放模块，确保了导叶接力器反馈与电液转换的可靠性模块，确保了导叶接力器反馈与电液转换的可靠性与准确性。与准确性。两套大功率的工业级开关电源，将厂用两套大功率的工业级开关电源，将厂用220VAC220VAC与与220VDC220VDC供电电源变换成直流供电电源变换成直流24VDC24VDC电源后作为调电源后作为调速器供电电源，提高了供电系统的可靠性。速器供电电源，提高了供电系统的可靠性。9 9系统构

10、成系统构成信号调理模块 智能测频模块 高性能、高可靠的直线位移传感器 比例阀功放板：采用BOSCH公司与其比例阀配套的功率放大板 1010系统调节原理系统调节原理 微机调节器采用并联微机调节器采用并联PIDPID调节规律。当出口开关闭调节规律。当出口开关闭合或出口开关断开但网频合或出口开关断开但网频f fw w故障时，频差为频率给故障时，频差为频率给定定f fg g与机组频率与机组频率f fj j之差；当油开关断开且网频之差；当油开关断开且网频f fw w正正常时，频差为电网频率常时，频差为电网频率f fw w与机组频率与机组频率f fj j之差再加上之差再加上一固定频率差，以使机组频率略高于

11、电网频率，便一固定频率差，以使机组频率略高于电网频率，便于机组快速并网。该调速器具有三种调节模式：于机组快速并网。该调速器具有三种调节模式：转速（频率）调节模式：频率死区转速（频率）调节模式：频率死区Ef=0Ef=0，PIDPID调节；调节；功率调节模式功率调节模式(并网且功率测量正常并网且功率测量正常)：频率死区，：频率死区，PIDPID调节；调节；开度调节模式开度调节模式(并网后并网后)：频率死区，：频率死区，PIDPID调节。调节。1111系统调节原理系统调节原理 PIDPID调节原理框图调节原理框图 KdS/(1+TnS)KdS/(1+TnS)Ki/SKi/SKpKpbpbp f jf

12、 jLimLim液压随液压随动系统动系统机组有功功率机组有功功率yrefyref fg/fwfg/fw yg ygPgPg电网检测电网检测及参数调整及参数调整给定前馈给定前馈*fg fg:频率给定频率给定;yg yg:开度给定开度给定;PgPg:功率给定功率给定;f j f j:机组频率机组频率;f w f w:电网频率电网频率;yref yref:随动系统参考随动系统参考 EfEf _ _ +_ _导叶开度导叶开度1212系统硬件结构系统硬件结构 系统硬件结构如图所示，从功能上可分为人机操作系统硬件结构如图所示，从功能上可分为人机操作与显示（简称：上位机）和调节控制（简称：下位与显示（简称：

13、上位机）和调节控制（简称：下位机）两大部分。人机操作与显示部分，即上位机由机）两大部分。人机操作与显示部分，即上位机由平板电脑构成，主要完成运行参数修改与保存；运平板电脑构成，主要完成运行参数修改与保存；运行状态的显示及故障查询；与电站监控系统的通讯行状态的显示及故障查询；与电站监控系统的通讯和调速器常规静态与动态性能指标的测试。调节控和调速器常规静态与动态性能指标的测试。调节控制部分，即下位机由工控机组成，完成调速器的数制部分，即下位机由工控机组成，完成调速器的数据采集、调节控制与故障保护功能。上位机与下位据采集、调节控制与故障保护功能。上位机与下位A A、B B机之间通过网络通讯构成一个统

14、一的整体。机之间通过网络通讯构成一个统一的整体。1313系统硬件结构系统硬件结构系统硬件结构系统硬件结构 1414系统硬件构成系统硬件构成模拟量输出板模拟量输出板JA1(D/A)JA1(D/A)模拟量输入板模拟量输入板JA2(A/D)JA2(A/D)开关量输入开关量输入/输出板输出板1 JA3(DI/O1)1 JA3(DI/O1)开关量输入开关量输入/输出板输出板2 JA4(DI/O2)2 JA4(DI/O2)ArcNetArcNet网络通讯板网络通讯板 CPUCPU板板 采用采用JUKI-752 DX4-100JUKI-752 DX4-100，即，即Intel80486DX4-100MhzI

15、ntel80486DX4-100Mhz、8M RAM8M RAM、2M/4M2M/4M电电子盘。子盘。信号调理模块信号调理模块(ADAM-3014)(ADAM-3014)1515开机特性开机特性 基本开机特性基本开机特性 接到开机指令后，调速器将导叶开启接到开机指令后，调速器将导叶开启至第一开机开度至第一开机开度YK1 YK1 倍空载开度倍空载开度YNLYNL)，等待一定时间后，开始检查机组频，等待一定时间后，开始检查机组频率，如果机组频率大于率，如果机组频率大于45Hz45Hz，则将导，则将导叶关闭至第二开机开度叶关闭至第二开机开度YK2 YK2 倍空载开倍空载开度度YNLYNL)，调速器即

16、由开机工况转入空，调速器即由开机工况转入空载工况，进行载工况，进行PIDPID调节。如果在开机调节。如果在开机过程中接到停机指令，则转入停机工过程中接到停机指令，则转入停机工况。况。开机特性与水头关系开机特性与水头关系 开机过程中的第一开机开度开机过程中的第一开机开度YK1YK1和第和第二开机开度二开机开度YK2YK2均与水头有关，调速均与水头有关，调速器中保存有空载开度器中保存有空载开度YNLYNL与水头的关与水头的关系曲线，根据实测或运行人员输入的系曲线，根据实测或运行人员输入的水头值，调速器自动计算出对应水头水头值，调速器自动计算出对应水头的的YK1YK1和和YK2YK2值。总的趋势为：

17、低水值。总的趋势为：低水头值对应大的头值对应大的YK1YK1和和YK2YK2，高水头值，高水头值对应小的对应小的YK1YK1和和YK2YK2。1616停机特性停机特性 当接到停机指令后，导叶即由当前开度，以第一停机速当接到停机指令后，导叶即由当前开度，以第一停机速度将导叶关闭；当导叶关闭至一定开度时，即以第二停度将导叶关闭；当导叶关闭至一定开度时，即以第二停机速度将导叶关闭至全关位置。机速度将导叶关闭至全关位置。1717操作与显示操作与显示 机组当前运行工况，如停机、空载、发电；机组当前运行工况，如停机、空载、发电；死区投入死区投入/切除及手动切除及手动/自动运行状态指示；自动运行状态指示；当

18、前调节模式，如频率调节、开度调节、功率调节；当前调节模式，如频率调节、开度调节、功率调节；频率频率/开度开度/功率给定指示功率给定指示(随调节模式而变随调节模式而变)；机组频率、开度、功率值指针式指示与数字显示；机组频率、开度、功率值指针式指示与数字显示；当前运行主机；当前运行主机；微机微机A A与微机与微机B B故障指示；故障指示；水头、空载开度、电气开限显示。水头、空载开度、电气开限显示。1818主要参数主要参数 频率信号源幅值范围：频率信号源幅值范围：180VAC180VAC 测频范围：测频范围：1090Hz1090Hz 频率给定范围：频率给定范围：45HZ45HZ55Hz55Hz 开度

19、及功率给定范围：开度及功率给定范围：0 0100%(120%)100%(120%)永态转差系数范围：永态转差系数范围：0 010%10%频率死区整定范围：频率死区整定范围：0 0 PIDPID参数整定范围：参数整定范围：比例增益比例增益 Kp Kp：2020 积分增益积分增益 Ki Ki：10 1/s10 1/s 微分增益微分增益 Kd Kd：0 05 s5 s 调速器静特性近似为直线调速器静特性近似为直线 测至主接力器的转速死区：测至主接力器的转速死区：0.04%0.04%接力器不动时间：接力器不动时间：0.2 s 0.2 s 供电电源供电电源 交流电源：交流电源：220VAC 220VAC 20%20%、50Hz50Hz单相单相 直流电源：直流电源：220VDC(180 300V)220VDC(180 300V)1919谢谢 谢谢2020