水轮机调速器培训教程dbn.docx

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1、三联水电水轮机数字字调速器器（培训教材材）武汉三联水水电控制制设备有有限公司司2004年年10月月15日日目 录第一章水轮轮机调节节的基本本任务33一、水轮机机调节系系统的结结构4二、水轮机机调节系系统的特特点4第二章水轮轮机调速速系统的的标准和和特性77一、水轮机机调速系系统的标标准7二、水轮机机调速系系统的特特性8三、水轮机机调速器器的动态态特征99四、水轮机机调节系系统的动动态特性性13第三章水轮轮机调速速器的控控制算法法15一、PIDD控制算算法155二、桨叶控控制器118第四章水轮轮机微机机调速器器的硬件件23第五章水轮轮机微机机调速器器的形式式27一、调速器器的发展展27二、调速器

2、器的分类类28三、冗余式式可编程程调速器器29第六章水轮轮机微机机调速器器的功能能和运行行34一、参数可可调范围围35二、功能要要求366三、软件449第七章水轮轮机微机机调速器器的机械械液压执执行机构构58一、比例伺伺服阀数字阀阀机械械开限/纯手动动组成机机械冗余余结构558二、步进式式机械液液压系统统59第八章水轮轮机微机机调速器器的故障障处理663一、空载频频率摆动动63二、负载漂漂移633三、接力器器抖动664四、切换故故障655五、甩负荷荷65六、与水头头有关的的故障666七、自检666第一章 水水轮机调调节的基基本任务务水轮发电机机组把水水能转变变为电能能供生产产、生活活使用。用用

3、户在用用电过程程中除要要求供电电安全可可靠外，对对电网电电能质量量也有十十分严格格的要求求。按我我国电力力部门规规定，电电网的额额定频率率为500Hz（赫赫兹），大大电网允允许的频频率偏差差为0.22Hz。对对我国的的中小电电网来说说，系统统负荷波波动有时时会达到到其容量量的5100；而而且即使使是大的的电力系系统，其其负荷波波动也往往往会达达到其总总容量的的23。电电力系统统负荷的的不断变变化，导导致了系系统频率率的波动动。因此此，不断断地调节节水轮发发电机组组的输出出功率，维维持机组组的转速速（频率率）在额额定转速速（频率率）的规规定范围围内，就就是水轮轮机调节节的基本本任务。水轮机调速速

4、器是水水电站发发电机组组的重要要辅助设设备，他他与电站站那二次次回路或或计算机机监控系系统相配配合，完完成水轮轮发电机机组的开开机、停停机、增增减负荷荷、紧急急停机等等任务。水水轮机调调速器还还可以与与其他装装置一起起完成自自动发电电控制（AAGC）、成成组控制制、按水水位调节节等任务务。水轮发电机机组转动动部分的的运动方方程为：Jd/ddt=MMt-Mg式中：J机组转转动部分分的惯性性矩（kkg）；n/30机组转转动角速速度（rrad/s）；n机组转转动速度度（r/minn）；Mt水轮轮机转矩矩（Nm）；Mg发电电机负荷荷阻力矩矩（负载载转矩）（NNm）。上式表明，保保持机组组转速（频频率）

5、为为恒值的的条件是是d/dtt0，即即要求MMtMg，否则则就会导导致机组组转速（频频率）偏偏离额定定值，从从而出现现转速（频频率）偏偏差。水轮机转矩矩MtQQHt /式中：Q通过水水轮机的的流量（mm3/s）;H水轮机机净水头头（m）；t水轮轮机效率率；水的密密度（kkg/mm3）因此只有调调节流量量Q和效效率t，才能能调节水水轮机转转矩Mtt，达到到MtMg的目的的。从最最终效果果来看，水水轮机调调节的任任务是维维持水轮轮发电机机组转速速（频率率）在额额定值附附近的允允许范围围内。然然而，从从实质上上讲，只只有当水水轮机调调节器相相应地调调节水轮轮机导水水机构开开度（从从而调节节水轮机机流

6、量QQ）和水水轮机轮轮叶的角角度（从从而调节节水轮机机效率t），使使MtMg，才能能使机组组在一个个允许的的规定转转速（频频率）下运行行。从这这个意义义上讲，水水轮机调调节的实实质就是是：根据据偏离额额定值的的转速（频频率）偏偏差信号号，不但但地调节节水轮机机的导水水机构和和轮叶机机构，维维持水轮轮发电机机组功率率与负荷荷功率的的平衡。一、水轮机机调节系系统的结结构水轮机调节节系统是是由水轮轮机控制制设备（系系统）和和被控制制系统组组成的闭闭环系统统。水轮轮机、引引水和泄泄水系统统、装有有电压调调节器的的发电机机及其所所并入的的电网称称为水轮轮机调节节系统的的被控制制系统；用来检检测被控控参量

7、（转转速、功功率、水水位、流流量等）与与给定量量的偏差差，并将将其按一一定的特特性转换换成主接接力器行行程偏差差的一些些装置组组合成为为水轮机机控制设设备（系系统）。水轮轮机调速速器则是是由实现现水轮机机调节及及相应控控制的电电气控制制装置和和机械执执行机构构组成。水轮机调节节系统的的工作过过程为：测量元元件把机机组转速速n（频频率f）、功功率Pgg、水头头H 、流流量Q等等反映机机组运行行工况的的参数测测量出来来作为水水轮机调调速器的的反馈信信号，与与给定信信号闭环环综合后后，经放放大校正正元件控控制执行行机构，执执行机构构操纵水水轮机导导水机构构和桨叶叶机构。二、水轮机机调节系系统的特特点

8、水轮机调节节系统是是一个自自动调节节系统，它它具有一一般闭环环控制系系统的共共性，但但是水轮轮机调节节系统是是一个复复杂的非非线性控控制系统统。水轮机型式式有：混混流式、轴轴流定桨桨式、轴轴流转桨桨式、贯贯流式、冲冲击式、水水泵、水水轮机式式等等；水轮机发电电机组由由多种工工作状态态：机组组开机、机机组停机机、同期期并网前前和从电电网解列列后的空空载、孤孤立电网网运行、以以转速控控制和功功率控制制并列于于大电网网运行、水水位和/或流量量控制等等。水轮机控制制设备是是通过很很大的动动力来调调节水轮轮机导水水机构和和桨叶机机构来调调节水轮轮机流量量及其流流态的，因因此，即即使是中中小型调调速器也也

9、大多要要采用机机械液压压执行机机构，且且常常采采用有一一级或二二级液压压放大的的液压执执行机构构。水轮机过水水管道存存在这水水流惯性性，通常常用水流流惯性常常熟Tww；来表表述：Tw(QQr/gHHr)L/AA=Lv/gH式中：每段过水管管道的截截面积（）；L相应每每段过水水管道的的长度（mm）v相应每每段过水水管道内内的流速速（m/s）g重力加加速度（mm/s22）Tw水流流惯性时时间常数数（s）从自动控制制理论的的观点来来看，过过水管道道水流惯惯性使得得水轮机机调节系系统成为为一个非非最小相相位系统统(非极极小相响响应)，其其特点为为，由于于水的惯惯性，当当改变导导叶方向向时，首首先引起起

10、水轮机机转矩在在反方向向作用，然然后再回回到与导导叶运动动相同的的方向。对对系统的的动态稳稳定和响响应特征征会带来来十分不不利的影影响。通通常所说说的水锤锤效应（或或水击效效应）就就是对这这种水流流惯性的的一种形形象的表表述。水流惯性时时间常数数Tw的物理理概念是是：在额额定水头头Hr作用下下，过水水管道内内的流量量Q由00加大至至额定流流量Qrr所需要要的时间间。水轮发电机机组存在在着机械械惯性，可可利用机机组惯性性时间常常数Taa来表述述：TaJr/Mr=GDD2Nr2/35580PPr式中：Jr额额定转速速时机组组的惯性性矩（kkg）Mr机组组额定转转矩（NNm）GD2机机组飞轮轮力矩（

11、kkN）nr机组组额定转转速（rr/miin）Pr机组组额定功功率（kkW）Ta机组组惯性时时间常数数（s）机组惯性时时间常数数Ta的物理理概念是是：在额额定力矩矩Mr作作用下，机机组转速速n由00上升至至额定转转速nrr所需要要的时间间。对比例积分分微分（PPID）型型调速器器，水轮轮机引水水系统的的水流惯惯性时间间常数TTw不大于于4s；对比例例积分（PPI）型型调速器器，水流流惯性时时间常数数Tw不大于于2.55s。水水流惯性性时间常常数Tww与机组组惯性时时间常数数Ta的比值值不大于于0.44。反击击式机组组的Taa不小于于4s，冲冲击式机机组的TTa不小于于2s。第二章 水水轮机调调

12、速系统统的标准准和特性性一、水轮机机调速系系统的标标准1水轮轮机调速速器及油油压装置置 型号号编制方方法JJB/TT28332-2200442水轮轮机调速速器及油油压装置置试 系系列型谱谱JBB/T770722-20004；3水轮轮机控制制系统技技术条件件GBB/T 96552.11-征求求意见稿稿4水轮轮机控制制系统试试验验收收规程GGB/TT 96652.2；征求意意见稿5IECC603308水水轮机调调速系统统试验国国际规程程；6IECC613362水水轮机控控制系统统规范导导则；导叶接力器器全关闭闭时间调调整范围围为： 331000S导叶接力器器全开启启时间调调整范围围为： 31100

13、SS桨叶接力器器全关闭闭时间调调整范围围为： 1101120SS桨叶接力器器全开启启时间调调整范围围为： 101200S频率调整范范围： 4555 Hz永态转差bbp调整整范围： 010%比例增益KKp调整整范围： 0.5220积分增益KKI调整整范围： 00.055100 1/s微分增益KKD调整整范围： 0.0110 ss人工失灵区区调节范范围： 001 .5%nnr测至主接力力器的转转速死区区不超过过： 00.022 %水轮机甩225%负负荷后，接接力器不不动时间间不超过过： 0.22 s静特性曲线线非线性性度： 不超过过 0.5%甩100%额定负负荷后转转速波动动超过33%的波波动次数

14、数不超过过 22次，由由调速器器引起的的机组转转速持续续波动相相对值不不大于：0.115。从机组甩负负荷时起起，导机机组转速速相对偏偏差小于于1为为止的调调节时间间tE与从甩甩负荷开开始至转转速升至至最高转转速所经经历的时时间tMM的比值值，对中中、低水水头反击击式水轮轮机和冲冲击式水水轮机应应不大于于15；对从电电网解列列后给电电厂供电电的机组组，甩负负荷后机机组的最最低相对对转速不不低于00.9。自动空载运运行3分分钟，机机组转速速相对摆摆动值不不超过+0.115%。二、水轮机机调速系系统的特特性1. 水轮轮机调节节系统的的静态特特性当给定信号号恒定时时，水轮轮机调节节系统处处于平衡衡状态

15、，被被控参量量偏差相相对值与与接力器器行程相相对值的的关系如如图1所所示，在在工程实实际中，有有时也采采用图22所示的的静态特特性图将图11所示的的被控参参量偏差差值改用用被控参参量绝对对值表示示。图1和图22中：图图1 图22Fr=pmmr/660额定频频率Frr=500Hz；Xn=n/nr=xf机机组转速速的相对对值；N机组转转速（rr/miin）Nr机组组额定转转速（rr/miin）P发电机机极对数数Y=Y/YYM接力器器行程相相对值Y接力器器行程（MM）YM接力力器最大大行程（MM）11 永永态差值值系数（1）永态态差值系系数bpp在图1所示示水轮机机调节系系统静态态特性曲曲线上，取取

16、某一规规定点（例例如，图图示中的的A点），过过该点作作一切线线，其切切线斜率率的负数数就是该该点的永永态差值值系数： bp=-dxrr/dyy (1-11_) 对于于图2所所示的静静态特性性曲线，其其对应的的值为550bppHZ（当当额定功功率为ffr=550HZZ时） （22）最大大行程的的永态差差值系数数bs在图1所示示水轮机机调节系系统静态态特性曲曲线上，在在规定的的给定信信号下，得得出接力力器在全全关（yy=0）和全开开(y=1.00)位置置的被控控参量（频频率、转转速）的的相对值值之差，这这个差值值即为bbs。显然，对于于一条曲曲线型的的静态特特性线，选选取不同同的A点点，会得得到不

17、同同的bpp值。但但是，实实践表明明，对选选择了合合适接力力器位移移变送器器的水轮轮机微机机调速器器来说，其其静态特特性十分分接近于于一条直直线。因因此，在在这种情情况下，如如果取bbs作为bbp，也不不会有过过大的误误差。12 转转速死区区ix给定信号恒恒定时，被被控参量量的变化化不起任任何调节节作用的的两个值值间的最最大区间间，称为为死区，当当被控参参量为转转速时，即即为转速速死区iix。其其在静态态特性图图上的表表述如图图3所示示。图313 随随动系统统不准确确度 随动系统中中，对于于所有不不变的输输入信号号， 相应输出信信号的最最大变化化区间的的相对值值，称为为随动系系统不准准确度ii

18、a(见图图4)。图4三、水轮机机调速器器的动态态特征1、缓冲装装置特性性缓冲装置将将来自主主接力器器或中间间接力器器的位移移信号转转换成一一个随时时间衰减减的信号号。它可可以是机机械液压压式的（缓缓冲器），也也可以是是由电气气回路构成的（电电气缓冲冲环节）。 （1）暂态态差值系系数btt永态差值系系数（bbp）为零零时，缓缓冲装置置不起衰衰减作用用，它在在稳态下下的差值值系数就就称为暂暂态差值值系数bbt图5所示为为暂态差差值系数数bt的表述述：bt=-ddxf/dyy （112）对比图1和和5可以以看出：缓冲装装置不起起衰减作作用时，暂暂态差值值系数bbt和永态态差值系系数bpp（式（111

19、）和和式（112）有有相同的的意义为调调速器静静态特征征图上某某点切线线斜率的的负数。在在工程应应用上可可取为接接力器全全关（yy0）和和全开（11.0）时时对应的的频率相相对值之之差。当当然，实实际的缓缓冲装置置特性是是衰减的的，因而而可以认认为btt是缓冲冲装置在在动态过过程中“暂时”起作用用的强度度。 图5（2）缓冲冲装置时时间常数数Td输入信号停停止变化化后，缓缓冲装置置将来自自接力器器位移的的反馈信信号衰减减的时间间常数称称为缓冲冲装置的的时间常常数Tdd（见图图6）。如如果把某某一开始始衰减的的缓冲装装置输出出信号强强度设为为1.00，那么么至它衰衰减了00.633为止的的时间就就

20、是Tdd。（3）缓冲冲装置在在阶越输输入信号号下的特特性 图66缓冲装置的的动态特特性可用用下列传传递函数数式来加加以描述述： Ft(S)/ YY(S)bttTdS/(1+TTdS)式中：Ft(S)为缓冲冲装置输输出的拉拉普拉斯斯变换；Y(S)为为接力器器位移的的拉普拉拉斯变换换。在其输入端端加一个个y0的阶越越信号后后，其相相应特性性如图77所示。图图中，fft为缓冲冲装置的的输出。 图图7在图中可以以清楚地地看出： 缓冲装置置仅在调调节系统统的动态态过程中中起作用用，在稳稳定状态态，其输输入总是是会衰减减到0。暂态差值值系数bbt反映了了缓冲装装置的作作用强度度。缓冲装置置时间常常数Tdd

21、则表征征其动态态衰减的的特征。2、加速度度环节包含有频率率测量及及加速度度环节，起起加速度度（指被被测频信信号的微微分）作作用的加加速度环环节的传传递函数数为：FD(S)/Fgg(S)= TTnS/(1+TTlv)式中：Fg（S）被测测机组频频率信号号的拉普普拉斯变变换；FD（S）加速速度环节节输出的的拉普拉拉斯变换换；Tn加加速时间间常数（ss）TlV微分环环节时间间常数（ss）。（1）加速速时间常常数Tnn当取永态差差值系数数bp和暂态态差值系系数btt为0， 图88 频率信号xx按如图图8所示示形状变变化。接接力器 刚刚反向运运动时，被被控参量量（频率率）相对对偏差xx1与加速速度(dd

22、x/ddt)1之比的的负数称称为加速速度时间间常数。Tnx11/(ddx/ddt)1值得指出的的是，用用这种方方法求取取Tn的值是是比较困困难的，稍稍后会看看到，采采取其它它方法求求取Tnn将比较较简单和和方便。图93、采用PPID调调节器的的调速器器动态特特性 若永态差值值系数bbp为0，则则得到PPID调调节器输输出yPPID对对其输入入频差f的传传递函数数为YPID(S)/ F(SS)=-(KPP+KI/S+KDS/11+T11V)和 YPPID(S)/ F(SS)= -(KKP+KI/S+KDS) (取TT1V=00) 上二式中：YPID（SS）YPIDD的拉普普拉斯变变换；f（S）f

23、的拉普拉斯变换。式中：等式式右端的的负号表表示正的的频差信信号 图100对应于负的的接力器器开度偏偏差；Kp比比例增益益，它是是bp0和和KD0的的水轮机机调节系系统的接接力器行行程相对对偏差yy与阶跃跃被控参参量相对对偏差xx之比的的负数；KI积积分增益益（s1），它它是bpp0的的水轮机机调节系系统的接接力器速速度dyy/dtt与给定定被控参参量相对对偏差之之比的负负数，即即K1=-（ddy/ddt）/x；KD微微分增益益（s），它它是bpp0和和KD0的的水轮机机调节系系统的接接力器行行程相对对偏差yy与被控控参量相相对变化化率dxx/dtt之比的的负数，即即KDyy/(ddy/ddt)

24、。PID调节节器对频频率阶跃跃变化输输入x的响响应，如如图100所示。直直线段EEB是积积分的作作用，延延长EBB与纵轴轴y交于于D点，与与横轴交交于A点点，微分分衰减段段BF延延长交于于C点。比例作用用体现在在图100所示的的OD段段所代表表的值OD=Kppx=YYpOD在数值值上等于于比例系系数Kpp与频率率阶跃变变化值xx的乘积积，记为为比例分分量Ypp。微分作用用，图110所示示曲线OOFB是是由于微微分作用用引起的的分量，其其最大值值为CDD线段的的长度，它它代表了了微分作作用的峰峰值。CD=KDD/TlVVx=YYDM式中：YDM 微微分作用用的最大大输出值值。积分作用用，在图图1

25、0所所示直线线段EBB上截取取线段HHG，使使其纵坐坐标差值值HI在在数值上上等于频频率阶跃跃变化值值，即Y=X, 横坐标标差值GGI=11/K11线段OAA显然有有：OA/ODD=GII/HII故有：OA=(GGI/HHI)OD=(11/K11)/xKpx最后得：OA=Kpp/K1对微机调节节器来说说，由于于不存在在接力器器最短开开启/关关闭时间间的限制制，因此此图100所示的的起始响响应可用用线段OOCB取取代线段段OFBB.4、接力器器反应时时间常数数Ty 当主接接力器带带规定负负荷时，其其速度与与主配压压阀相对对行程关关系曲线线斜率的的倒数称称为接力力器反应应时间常常数Tyy。靠近近主

26、配压压阀中间间位置处处，曲线线出现明明显的非非线性，这这是由主主配压阀阀搭接量量引起的的，这使使得这个个区间的的Ty有有较大的的数值。而而大于主主配压阀阀搭接量量的区域域接近于于线性的的区段，则则有较小小的Tyy值。四、水轮机机调节系系统的动动态特性性技术标准对对水轮机机调节系系统动态态特性的的主要要要求如下下：（1）调速速器应保保证机组组在各种种工况和和运行方方式下的的稳定性性指标手动空载工工况（发发电机励励磁在自自动方式式下工作作）运行行时，水水轮发电电机组转转速摆动动相对值值对大型型调速器器来说不不得超过过0.22%；对对中、小小型和特特小型调调速器来来说均不不得超过过0.33%，当当调

27、速器器控制水水轮发电电机组在在空载工工况自动动运行时时，在选选择调速速器运行行参数时时，待稳稳定后所所记录33minn内的转转速摆动动值应满满足下列列要求： 对对于大型型电气液液压调速速器，不不超过0.115对于大型机机械液压压调速器器和中、小小型调速速器，不不超过0.225对于特小型型调速器器，不超超过0.33 （22）如果果机组手手动空载载时的转转速摆动动相对值值大于规规定值，那那么其自自动空载载转速摆摆动相对对值不得得大于相相应手动动空载转转速摆动动相对值值。1、甩1000额额定负荷荷后：在转速变化化过程中中，超过过3额额定转速速以上的的波峰不不超过两两次。GB/T996255.1-19

28、997规定定：从接接力器第第一次向向开启方方向移动动导机组组转速摆摆动值不不超过0.55为止止所经历历的时间间应不大大于400S，IIEC6613662水水轮机控控制系统统技术规规范导则则规定定：在甩甩负荷中中，若记记从甩负负荷开始始至出现现最大转转速上升升值为止止的时间间为 ttM,记从从甩负荷荷开始导导机组转转速摆动动值不超超过0.11为止止的时间间为tE，则tE/tM的推荐荐值对于于冲击式式机组为为2.55-4.0和对对于高水水头混流流式机组组15。2、转速或或指令信信号按规规定形式式变化，接接力器不不动时间间： 对于于电气液液压调速速器，不不大于00.2SS； 对于于机械液液压调速速器

29、，不不大于00.3SS；3、技术标标准对TTa和TTw的规规定： 水轮机引引水系统统水流惯惯性时间间常数TTw： 对于于PIDD型调速速器，不不大于44S 对于于PI型型调速器器，不大大于2.5S 机组惯性性时间常常数Taa： 对于于反击式式机组，不不小于44S 对于于冲击式式机组，不不小于22S 比值Taa/Tww不大于于0.44第三章 水水轮机调调速器的的控制算算法一、PIDD控制算算法调速系统动动态性能能具有比比例、积积分和微微分功能能；比例例、积分分和微分分的增益益是独立立的、连连续可调调的。比比例、积积分和微微分的调调整范围围适合各各受控系系统的动动态特性性。调节参数自自动寻优优的功

30、能能(该功功能一般般在试验验阶段中中进行)，根据据被调节节量的变变化，自自动施加加1%的的扰动量量，经过过几次扰扰动后，由由软件自自动计算算出最优优的调节节参数KKp，KKi,Kdd。因此此调速系系统不但但具有比比例、积积分、微微分功能能，而且且通过寻寻优功能能能够找找到最优优的比例例、积分分、微分分的参数数，特别别是对于于水头波波动较大大的机组组的动态态稳定性性非常明明显。所所以整个个调节系系统在各各种工况况下都具具有优良良的静、动动态品质质。 图 11调调节系统统图PID控控制算法法的模拟拟表达式式如下：Y（t）=KPe（tt）+11/T11e（tt）dtt + TD dee（t）/dt

31、（1） 对式（1）离离散后得得到第nn次输出出值为： n Y（n）=KPe（nn）+/TIe（jj）+TTD/TIe（nn）-ee（n-1） （22） j=0式中Y（tt）为调调节输出出；e（tt）为tt时刻的的输入偏偏差值；为采用用周期（ =t）；e（n）为第n次输入偏差值；e（n-1）为第n-1次输入的偏差值；n为采样序号（n=0，1，2）；KP为比例系数；TI为积分时间；TD为微分时间。第n-1次次输出值值为： n-1Y（n-11）=KKPe（nn-1）+/TI e（jj）+ TD/TIe（nn-1）-e（nn-2） （33）j=0位置式PIID算法法表达式式为：将式（2）减减去（33）

32、式整整理后得得Y(n)-Y(nn-1)=KPPe(n)-e(nn-1)+/TI e(n)+TD/TIe(n)-2e(n-11)+ee(n-2) （44）将式（4）整整理后得得到位置置式PIID算法法（位置置输出）关关系式为为Y（n）= Y（nn-1）+ KPPe（nn）-ee（n-1）+/TI e（nn）+ TD/TIe（nn）-22e（nn-1）+e（nn-2） = Y（nn-1）+KPe（nn）-ee（n-1）+ KKI e（nn）+ KDe（nn）-22e（nn-1）+e（nn-2） （55） 增量式PIID算法法表达式式为：Y（n）= Y（nn）- Y（nn-1）即 Y（nn）= KP

33、e（nn）-ee（n-1）+ KKI e（nn）+ KDe（nn）-22e（nn-1）+e（nn-2） （66）式中KP为为比例系系数；KKI为积分分系数（KKI =KKP ./ TI）；KKD为微分分系数（KKP=KDTD/TI）。位置式PIID数字字调节器器的输出出Y（nn）为全全量输出出，每次次输出与与过去的的状态无无关，因因此造成成运算工工作量大大，需要要对e（ii）进行行累加（见见式（55），而而对增量量PIDD控制算算法而言言，虽然然在算法法上改动动不大，却却带来不不少优点点，控制制状态的的切换冲冲击也小小，算式式中不作作累加运运算，增增量只跟跟最近的的几次采采样有关关所以非非常容

34、易易获得很很好的控控制效果果。但增量式算算法的理理想微分分环节容容易引进进高频干干扰，导导致调节节性能不不稳，为为此，在在研制过过程中，曾曾采用在在微分环环节中串串联一个个低通滤滤波器以以用来抑抑制高频频干扰，也也就是实实际微分分环节。其关系式为为：YD（s）= KDDs/11+Ts （77）式中T为微微分时间间常数。用实际微分分代替理理想微分分的关系系为：YD（ss）=TT/1+TYD（n-1）+ KDD/TI+Te（nn）-e（nn-1）YD（n）= YDD（n-1）+YD（n） （88）则调节器增增量算式式Y（n）= KPPe（nn）+ KIe（nn）+YD（n） Y（n）= Y（nn-

35、1）+Y（nn） （99）式中 为采样样周期。全数字式式水轮机机调节器器综合算算法PID调节节采用增增量式控控制算法法，能在在控制系系统中避避免一般般常规PPID算算法中存存在的问问题，然然而就微微分项而而言，增增量算法法显然不不能满足足水电机机组调节节控制的的要求，而而位置式式算法又又带来计计算复杂杂和抗干干扰能力力差的缺缺陷。将将位置式式、增量量式结合合起来，组组成全数数字调速速器的PPID综综合算法法，即微微分环节节采用位位置式算算法，即即对全量量直接作作衰减运运算。比比例和积积分环节节则采用用增量式式算法，可可避免位位置式算算法中积积分环节节的累积积计算，以以减少计计算机运运算工作作量

36、。经经电站运运行证明明，采用用综合算算法的调调速器，大大大地改改善了动动态调节节器品质质，特别别是在大大扰动情情况下其其过度调调节时间间短，超超调量小小等优点点就体现现出来了了。综合算法的的PIDD表达式式为：Y（n）=YPII（n-1）+YP（n）+YI（n） （110）其中 YYP（n）=KP e（nn）；YI（n）= KIIe（nn）；YD（n）=T/TT+ YD （nn-1）+ KDD1/ T+ e（nn） 脉宽调制（PPWM）输输出PID运算算结果YY（n）与与导叶开开度Yaa（n）进进行综合合比较后后，其差差值的大大小产生生PWMM信号，由由于机组组开与关关的时间间是不同同的，因因

37、此整机机放大系系数在开开或关也也不应该该相同，这这样才能能保证静静、动态态品质优优良。Y（n）- Yaa（n）0 开开高速电电辞阀动动作；Y（n）- Yaa（n）0 关关高速电电辞阀动动作。 软件数数字综合合放大计计算如下下：开(K)=K开Y（nn）- Ya（n） 00 (111)关(K)=K开Y（nn）- Ya（n） 00 (122) 式式中K开开为开方方向整机机放大系系数；KK关为关方方向整机机放大系系数；开为开方方向偏差差值；关为关方方向偏差差值。开(K)及关(KK)决定定了脉宽宽调制（PPWM）占占空比的的大小。 TTc为脉冲冲周期，TTW为脉冲冲宽度，占占空比DD=TWW/Tc100

38、0%脉宽调制（PPWM）是是根据YY（n）与与Ya（n）偏偏差大小小对脉冲冲的宽度度进行调调制。根根据Y（nn）与YYa（n）的的偏差，开(K)与关(K) 对输出作用到开关高速电磁阀的导通时间进行脉宽（占空比）调节，从而控制了接力器开、关腔油缸的容积，达到调节导叶开度的目标。水轮机调节节系统的的工作点点可以用用水头和和接力器器行程来来确定，工工况可以以由工况况回路来来确定。在在空载工工况下，调调节f =0；在负载开度度调节时时，调节节开度差差值Y=YYG=0；在功率率闭环调调节工况况下，调调节功率率差值P=PPG=0。通过对频率率差值，或或开度差差值或功功率差值值进行PPID运运算后，得得到一

39、个个与该差差值所对对应的开开度输出出信号，经经过开度度限制环环节输出出到液压压随动系系统来控控制导水水叶的开开度，则则导水叶叶的开度度经ADD转换后后与PIID调节节器的输输出信号号进行综综合比较较，放大大输出，直直到调整整到PIID调节节器的输输出信号号和导水水叶开度度所对应应的信号号之差为为零。二、桨叶控控制器21、根根据水轮轮机协联联曲线整整定的协协联函数数发生器器。调速器通过过电气协协联方式式实现水水轮机导导叶与桨桨叶的协协联。根根据水轮轮机协联联曲线整整定的协协联函数数发生器器；按实实际水头头自动选选择相应应协联曲曲线；停停机后自自动将轮轮叶开到到启动角角度并在在启动过过程中根根据导

40、叶叶开度的的开启自自动切换换到正常常协联。采采用数字字协联方方式，可可预设110条水水头下的的协联曲曲线，每每条协联联曲线上上设置110个点点，线与与线之间间以及点点与点之之间采用用线性插插值，最最后输出出采用逐逐次逼近近方式，确确保协联联曲线的的真实性性及控制制的平稳稳性。22、接接受水头头信号及及按实际际水头自自动选择择相应的的协联曲曲线。在调速器中中预置了了十条协协联曲线线，每条条曲线110个点点，按水水头大小小，从小小到大逐逐条排到到数码存存贮区内内，将协协联曲线线关系图图中选定定的十条条水头值值列于表表中，这这样就可可以根据据当权水水头值和和当前桨桨叶值查查处并计计算出当当前桨叶叶的

41、开度度，协联联插值计计算如下下：B(Hi+1i+1)Hi+1i+1HC (Hi)HHiiA(Hi, i)a02211若当当前水头头值和表表中水头头某一值值相等，则则可以根根据当前前导叶值值直接在在协联表表中查出出相应桨桨叶值。2222若当当前水头头值与表表中水头头值不同同，在HHi和HHi+11水头之之间的水水头值为为H，此此时导叶叶开度值值若为aa，则可可根据线线形插值值法计算算出对应应桨叶值值h，C点点为当前前H水头头下的某某一点。HH位于表表中水头头值Hii和Hii+1之之间，先先根据当当前导叶叶值，在在Hi+1上查查出B点点所对应应的桨叶叶值i+11 和在在Hi上上查出AA点的桨桨叶值

42、i。经i =i + (Hii+1H) (i+11i)/( Hii+1H ii)计算后即为为所求的的在H水水头下CC点的桨桨叶值，因因此可以以根据上上述插值值计算公公式可计计算出任任意水头头下的导导叶开度度所对应应的桨叶叶开度值值。23、能能保证机机组在停停机后自自动把桨桨叶开到到起动角角度，并并在起动动过程中中按一定定条件自自动转换换到正常常的协联联关系。在自动工况况停机后后自动将将轮叶开开到启动动角度，在在开机过过程中根根据导叶叶开度的的开启自自动逐步步关回到到零后切切换到正正常协联联。三、转速探探测调速器转速速探测系系统由齿齿盘测速速和残压压测速22种测量量方式组组成。齿齿盘测速速方式采采用安装装在水轮轮机大轴轴或发电电机下机机架大轴轴上的齿齿盘和44组脉冲冲转速探探测器组组成，其其中2组组脉冲转转速探测测器用于于调速器器、其余余用于测测速装置置。调