水轮机调速器培训教程151069.docx

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1、三联水电水轮机数字字调速器（培训教材材）武汉三联水水电控制设设备有限公公司2004年年10月115日目 录第一章水轮轮机调节的的基本任务务3一、水轮机机调节系统统的结构44二、水轮机机调节系统统的特点44第二章水轮轮机调速系系统的标准准和特性77一、水轮机机调速系统统的标准77二、水轮机机调速系统统的特性88三、水轮机机调速器的的动态特征征9四、水轮机机调节系统统的动态特特性13第三章水轮轮机调速器器的控制算算法15一、PIDD控制算法法15二、桨叶控控制器188第四章水轮轮机微机调调速器的硬硬件23第五章水轮轮机微机调调速器的形形式27一、调速器器的发展227二、调速器器的分类228三、冗余

2、式式可编程调调速器299第六章水轮轮机微机调调速器的功功能和运行行34一、参数可可调范围335二、功能要要求36三、软件449第七章水轮轮机微机调调速器的机机械液压执执行机构558一、比例伺伺服阀数数字阀机机械开限/纯手动组组成机械冗冗余结构558二、步进式式机械液压压系统599第八章水轮轮机微机调调速器的故故障处理663一、空载频频率摆动663二、负载漂漂移63三、接力器器抖动644四、切换故故障65五、甩负荷荷65六、与水头头有关的故故障66七、自检666第一章 水水轮机调节节的基本任任务水轮发电机机组把水能能转变为电电能供生产产、生活使使用。用户户在用电过过程中除要要求供电安安全可靠外外

3、，对电网网电能质量量也有十分分严格的要要求。按我我国电力部部门规定，电电网的额定定频率为550Hz（赫赫兹），大大电网允许许的频率偏偏差为0.2HHz。对我我国的中小小电网来说说，系统负负荷波动有有时会达到到其容量的的5110；而而且即使是是大的电力力系统，其其负荷波动动也往往会会达到其总总容量的223。电力系系统负荷的的不断变化化，导致了了系统频率率的波动。因因此，不断断地调节水水轮发电机机组的输出出功率，维维持机组的的转速（频频率）在额额定转速（频频率）的规规定范围内内，就是水水轮机调节节的基本任任务。水轮机调速速器是水电电站发电机机组的重要要辅助设备备，他与电电站那二次次回路或计计算机监

4、控控系统相配配合，完成成水轮发电电机组的开开机、停机机、增减负负荷、紧急急停机等任任务。水轮轮机调速器器还可以与与其他装置置一起完成成自动发电电控制（AAGC）、成成组控制、按按水位调节节等任务。水轮发电机机组转动部部分的运动动方程为：Jd/ddt=Mtt-Mg式中：J机组转转动部分的的惯性矩（kkg）；n/30机组转动动角速度（rrad/ss）；n机组转转动速度（rr/minn）；Mt水轮轮机转矩（NNm）；Mg发电电机负荷阻阻力矩（负负载转矩）（NNm）。上式表明，保保持机组转转速（频率率）为恒值值的条件是是d/dt0，即要要求MtMg，否则就就会导致机机组转速（频频率）偏离离额定值，从从

5、而出现转转速（频率率）偏差。水轮机转矩矩MtQQHt /式中：Q通过水水轮机的流流量（m33/s）;H水轮机机净水头（mm）；t水轮轮机效率；水的密密度（kgg/m3）因此只有调调节流量QQ和效率t，才能调调节水轮机机转矩Mtt，达到MMtMg的目的。从从最终效果果来看，水水轮机调节节的任务是是维持水轮轮发电机组组转速（频频率）在额额定值附近近的允许范范围内。然然而，从实实质上讲，只只有当水轮轮机调节器器相应地调调节水轮机机导水机构构开度（从从而调节水水轮机流量量Q）和水水轮机轮叶叶的角度（从从而调节水水轮机效率率t），使MMtMg，才能使使机组在一一个允许的的规定转速速（频率）下运行。从从这

6、个意义义上讲，水水轮机调节节的实质就就是：根据据偏离额定定值的转速速（频率）偏偏差信号，不不但地调节节水轮机的的导水机构构和轮叶机机构，维持持水轮发电电机组功率率与负荷功功率的平衡衡。一、水轮机机调节系统统的结构水轮机调节节系统是由由水轮机控控制设备（系系统）和被被控制系统统组成的闭闭环系统。水水轮机、引引水和泄水水系统、装装有电压调调节器的发发电机及其其所并入的的电网称为为水轮机调调节系统的的被控制系系统；用来来检测被控控参量（转转速、功率率、水位、流流量等）与与给定量的的偏差，并并将其按一一定的特性性转换成主主接力器行行程偏差的的一些装置置组合成为为水轮机控控制设备（系系统）。水轮机机调速

7、器则则是由实现现水轮机调调节及相应应控制的电电气控制装装置和机械械执行机构构组成。水轮机调节节系统的工工作过程为为：测量元元件把机组组转速n（频频率f）、功功率Pg、水头HH 、流量量Q等反映映机组运行行工况的参参数测量出出来作为水水轮机调速速器的反馈馈信号，与与给定信号号闭环综合合后，经放放大校正元元件控制执执行机构，执执行机构操操纵水轮机机导水机构构和桨叶机机构。二、水轮机机调节系统统的特点水轮机调节节系统是一一个自动调调节系统，它它具有一般般闭环控制制系统的共共性，但是是水轮机调调节系统是是一个复杂杂的非线性性控制系统统。水轮机型式式有：混流流式、轴流流定桨式、轴轴流转桨式式、贯流式式、

8、冲击式式、水泵、水水轮机式等等等；水轮机发电电机组由多多种工作状状态：机组组开机、机机组停机、同同期并网前前和从电网网解列后的的空载、孤孤立电网运运行、以转转速控制和和功率控制制并列于大大电网运行行、水位和和/或流量量控制等。水轮机控制制设备是通通过很大的的动力来调调节水轮机机导水机构构和桨叶机机构来调节节水轮机流流量及其流流态的，因因此，即使使是中小型型调速器也也大多要采采用机械液液压执行机机构，且常常常采用有有一级或二二级液压放放大的液压压执行机构构。水轮机过水水管道存在在这水流惯惯性，通常常用水流惯惯性常熟TTw；来表述述：Tw(QQr/gHr)L/A=Lv/ggH式中：每段过水管管道的

9、截面面积（）；L相应每每段过水管管道的长度度（m）v相应每每段过水管管道内的流流速（m/s）g重力加加速度（mm/s2）Tw水流流惯性时间间常数（ss）从自动控制制理论的观观点来看，过过水管道水水流惯性使使得水轮机机调节系统统成为一个个非最小相相位系统(非极小相相响应)，其其特点为，由由于水的惯惯性，当改改变导叶方方向时，首首先引起水水轮机转矩矩在反方向向作用，然然后再回到到与导叶运运动相同的的方向。对对系统的动动态稳定和和响应特征征会带来十十分不利的的影响。通通常所说的的水锤效应应（或水击击效应）就就是对这种种水流惯性性的一种形形象的表述述。水流惯性时时间常数TTw的物理概概念是：在在额定水

10、头头Hr作用下，过过水管道内内的流量QQ由0加大大至额定流流量Qr所需要的的时间。水轮发电机机组存在着着机械惯性性，可利用用机组惯性性时间常数数Ta来表述：TaJr/Mr=GD2Nr2/35880Pr式中：Jr额额定转速时时机组的惯惯性矩（kkg）Mr机组组额定转矩矩（Nm）GD2机机组飞轮力力矩（kNN）nr机组组额定转速速（r/mmin）Pr机组组额定功率率（kW）Ta机组组惯性时间间常数（ss）机组惯性时时间常数TTa的物理概概念是：在在额定力矩矩Mr作用用下，机组组转速n由由0上升至至额定转速速nr所需要的的时间。对比例积分分微分（PPID）型型调速器，水水轮机引水水系统的水水流惯性时

11、时间常数TTw不大于44s；对比比例积分（PPI）型调调速器，水水流惯性时时间常数TTw不大于22.5s。水水流惯性时时间常数TTw与机组惯惯性时间常常数Ta的比值不不大于0.4。反击击式机组的的Ta不小于44s，冲击击式机组的的Ta不小于22s。第二章 水水轮机调速速系统的标标准和特性性一、水轮机机调速系统统的标准1水轮轮机调速器器及油压装装置 型号号编制方法法JB/T28332-200042水轮轮机调速器器及油压装装置试 系系列型谱JJB/T77072-20044；3水轮轮机控制系系统技术条条件GBB/T 99652.1-征求求意见稿4水轮轮机控制系系统试验验验收规程GGB/T 96522

12、.2；征求意见见稿5IECC603008水轮轮机调速系系统试验国国际规程；6IECC613662水轮轮机控制系系统规范导导则；导叶接力器器全关闭时时间调整范范围为： 331000S导叶接力器器全开启时时间调整范范围为： 31000S桨叶接力器器全关闭时时间调整范范围为： 1101220S桨叶接力器器全开启时时间调整范范围为： 101120S频率调整范范围： 4555 HHz永态转差bbp调整范范围： 0010%比例增益KKp调整范范围： 00.5220积分增益KKI调整范范围： 0.005100 1/ss微分增益KKD调整范范围： 00.0110 s人工失灵区区调节范围围： 01 .55%nr

13、测至主接力力器的转速速死区不超超过： 0.02 %水轮机甩225%负荷荷后，接力力器不动时时间不超过过： 0.2 s静特性曲线线非线性度度： 不超超过 0.5%甩100%额定负荷荷后转速波波动超过33%的波动动次数不超超过 22次，由调调速器引起起的机组转转速持续波波动相对值值不大于：0.155。从机组甩负负荷时起，导导机组转速速相对偏差差小于1为止止的调节时时间tE与从甩负负荷开始至至转速升至至最高转速速所经历的的时间tMM的比值，对对中、低水水头反击式式水轮机和和冲击式水水轮机应不不大于155；对从电电网解列后后给电厂供供电的机组组，甩负荷荷后机组的的最低相对对转速不低低于0.99。自动空

14、载运运行3分钟钟，机组转转速相对摆摆动值不超超过+0.155%。二、水轮机机调速系统统的特性1. 水轮轮机调节系系统的静态态特性当给定信号号恒定时，水水轮机调节节系统处于于平衡状态态，被控参参量偏差相相对值与接接力器行程程相对值的的关系如图图1所示，在在工程实际际中，有时时也采用图图2所示的的静态特性性图将图1所所示的被控控参量偏差差值改用被被控参量绝绝对值表示示。图1和图22中：图图1 图22Fr=pmmr/600额定频率率Fr=550Hz；Xn=n/nr=xxf机组转转速的相对对值；N机组转转速（r/min）Nr机组组额定转速速（r/mmin）P发电机机极对数Y=Y/YYM接力器行行程相对

15、值值Y接力器器行程（MM）YM接力力器最大行行程（M）11 永永态差值系系数（1）永态态差值系数数bp在图1所示示水轮机调调节系统静静态特性曲曲线上，取取某一规定定点（例如如，图示中中的A点），过过该点作一一切线，其其切线斜率率的负数就就是该点的的永态差值值系数： bp=-dxr/dy (1-1_) 对于于图2所示示的静态特特性曲线，其其对应的值值为50bbpHZ（当当额定功率率为fr=50HZZ时） （22）最大行行程的永态态差值系数数bs在图1所示示水轮机调调节系统静静态特性曲曲线上，在在规定的给给定信号下下，得出接接力器在全全关（y=0）和全开(y=1.0)位置置的被控参参量（频率率、转

16、速）的的相对值之之差，这个个差值即为为bs。显然，对于于一条曲线线型的静态态特性线，选选取不同的的A点，会会得到不同同的bp值。但是是，实践表表明，对选选择了合适适接力器位位移变送器器的水轮机机微机调速速器来说，其其静态特性性十分接近近于一条直直线。因此此，在这种种情况下，如如果取bss作为bp，也不会会有过大的的误差。12 转转速死区iix给定信号恒恒定时，被被控参量的的变化不起起任何调节节作用的两两个值间的的最大区间间，称为死死区，当被被控参量为为转速时，即即为转速死死区ix。其其在静态特特性图上的的表述如图图3所示。图313 随随动系统不不准确度 随动系统中中，对于所所有不变的的输入信号

17、号， 相应输出信信号的最大大变化区间间的相对值值，称为随随动系统不不准确度iia(见图44)。图4三、水轮机机调速器的的动态特征征1、缓冲装装置特性缓冲装置将将来自主接接力器或中中间接力器器的位移信信号转换成成一个随时时间衰减的的信号。它它可以是机机械液压式式的（缓冲冲器），也也可以是由由电气回路构成的（电电气缓冲环环节）。 （1）暂态态差值系数数bt永态差值系系数（bpp）为零时时，缓冲装装置不起衰衰减作用，它它在稳态下下的差值系系数就称为为暂态差值值系数btt图5所示为为暂态差值值系数btt的表述：bt=-ddxf/dy （12）对比图1和和5可以看看出：缓冲冲装置不起起衰减作用用时，暂态

18、态差值系数数bt和永态差差值系数bbp（式（111）和和式（12）有相相同的意义义为调速速器静态特特征图上某某点切线斜斜率的负数数。在工程程应用上可可取为接力力器全关（yy0）和和全开（11.0）时时对应的频频率相对值值之差。当当然，实际际的缓冲装装置特性是是衰减的，因因而可以认认为bt是缓冲装装置在动态态过程中“暂时”起作用的的强度。 图5（2）缓冲冲装置时间间常数Tdd输入信号停停止变化后后，缓冲装装置将来自自接力器位位移的反馈馈信号衰减减的时间常常数称为缓缓冲装置的的时间常数数Td（见图66）。如果果把某一开开始衰减的的缓冲装置置输出信号号强度设为为1.0，那那么至它衰衰减了0.63为止

19、止的时间就就是Td。（3）缓冲冲装置在阶阶越输入信信号下的特特性 图图6缓冲装置的的动态特性性可用下列列传递函数数式来加以以描述： Ft(S)/ Y(S)bbtTdS/(11+TdS)式中：Ft(S)为缓冲装装置输出的的拉普拉斯斯变换；Y(S)为为接力器位位移的拉普普拉斯变换换。在其输入端端加一个y0的阶越信信号后，其其相应特性性如图7所所示。图中中，ft为缓冲装装置的输出出。 图7在图中可以以清楚地看看出： 缓冲装置置仅在调节节系统的动动态过程中中起作用，在在稳定状态态，其输入入总是会衰衰减到0。暂态差值值系数btt反映了缓缓冲装置的的作用强度度。缓冲装置置时间常数数Td则表征其其动态衰减减

20、的特征。2、加速度度环节包含有频率率测量及加加速度环节节，起加速速度（指被被测频信号号的微分）作作用的加速速度环节的的传递函数数为：FD(S)/Fg(S)= TnS/(11+Tlvv)式中：Fg（S）被测机机组频率信信号的拉普普拉斯变换换；FD（S）加速度环环节输出的的拉普拉斯斯变换；Tn加加速时间常常数（s）TlV微分环节节时间常数数（s）。（1）加速速时间常数数Tn当取永态差差值系数bbp和暂态差差值系数bbt为0， 图8 频率信号xx按如图88所示形状状变化。接接力器 刚刚反向运运动时，被被控参量（频频率）相对对偏差x11与加速度度(dx/dt)1之比的负负数称为加加速度时间间常数。Tn

21、x11/(dxx/dt)1值得指出的的是，用这这种方法求求取Tn的值是比比较困难的的，稍后会会看到，采采取其它方方法求取TTn将比较简简单和方便便。图93、采用PPID调节节器的调速速器动态特特性 若永态差值值系数bpp为0，则则得到PIID调节器器输出yPPID对其其输入频差差f的传递递函数为YPID(S)/ F(S)=-(KKP+KI/S+KKDS/1+T1V)和 YPPID(SS)/ F(S)= -(KP+KI/S+KKDS) (取取T1V=0) 上二式中：YPID（SS）YPID的拉拉普拉斯变变换；f（S）f的的拉普拉斯斯变换。式中：等式式右端的负负号表示正正的频差信信号 图图10对应

22、于负的的接力器开开度偏差；Kp比比例增益，它它是bp0和KKD0的水水轮机调节节系统的接接力器行程程相对偏差差y与阶跃跃被控参量量相对偏差差x之比的的负数；KI积积分增益（ss1），它是是bp0的水水轮机调节节系统的接接力器速度度dy/ddt与给定定被控参量量相对偏差差之比的负负数，即KK1=-（ddy/dtt）/x；KD微微分增益（ss），它是是bp0和KKD0的水水轮机调节节系统的接接力器行程程相对偏差差y与被控控参量相对对变化率ddx/dtt之比的负负数，即KKDy/(dy/dt)。PID调节节器对频率率阶跃变化化输入x的响应应，如图110所示。直直线段EBB是积分的的作用，延延长EB与

23、与纵轴y交交于D点，与与横轴交于于A点，微微分衰减段段BF延长长交于C点点。比例作用用体现在图图10所示示的OD段段所代表的的值OD=Kppx=YpOD在数值值上等于比比例系数KKp与频率阶阶跃变化值值x的乘积积，记为比比例分量YYp。微分作用用，图100所示曲线线OFB是是由于微分分作用引起起的分量，其其最大值为为CD线段段的长度，它它代表了微微分作用的的峰值。CD=KDD/TlVx=YDMM式中：YDM 微分分作用的最最大输出值值。积分作用用，在图110所示直直线段EBB上截取线线段HG，使使其纵坐标标差值HII在数值上上等于频率率阶跃变化化值，即Y=X, 横横坐标差值值GI=11/K1线

24、段OAA显然有：OA/ODD=GI/HI故有：OA=(GGI/HII)OD=(1/KK1)/xKpx最后得：OA=Kpp/K1对微机调节节器来说，由由于不存在在接力器最最短开启/关闭时间间的限制，因因此图100所示的起起始响应可可用线段OOCB取代代线段OFFB.4、接力器器反应时间间常数Tyy 当主接力力器带规定定负荷时，其其速度与主主配压阀相相对行程关关系曲线斜斜率的倒数数称为接力力器反应时时间常数TTy。靠近近主配压阀阀中间位置置处，曲线线出现明显显的非线性性，这是由由主配压阀阀搭接量引引起的，这这使得这个个区间的TTy有较大大的数值。而而大于主配配压阀搭接接量的区域域接近于线线性的区段

25、段，则有较较小的Tyy值。四、水轮机机调节系统统的动态特特性技术标准对对水轮机调调节系统动动态特性的的主要要求求如下：（1）调速速器应保证证机组在各各种工况和和运行方式式下的稳定定性指标手动空载工工况（发电电机励磁在在自动方式式下工作）运运行时，水水轮发电机机组转速摆摆动相对值值对大型调调速器来说说不得超过过0.2%；对中、小小型和特小小型调速器器来说均不不得超过0.3%，当调速速器控制水水轮发电机机组在空载载工况自动动运行时，在在选择调速速器运行参参数时，待待稳定后所所记录3mmin内的的转速摆动动值应满足足下列要求求： 对于于大型电气气液压调速速器，不超超过0.155对于大型机机械液压调调

26、速器和中中、小型调调速器，不不超过0.255对于特小型型调速器，不不超过0.3 （22）如果机机组手动空空载时的转转速摆动相相对值大于于规定值，那那么其自动动空载转速速摆动相对对值不得大大于相应手手动空载转转速摆动相相对值。1、甩1000额定定负荷后：在转速变化化过程中，超超过3额额定转速以以上的波峰峰不超过两两次。GB/T99625.1-19997规定定：从接力力器第一次次向开启方方向移动导导机组转速速摆动值不不超过0.5为止所经经历的时间间应不大于于40S，IIEC611362水水轮机控制制系统技术术规范导则则规定：在甩负荷荷中，若记记从甩负荷荷开始至出出现最大转转速上升值值为止的时时间为

27、 ttM,记从甩甩负荷开始始导机组转转速摆动值值不超过0.1为止的时时间为tE，则tE/tM的推荐值值对于冲击击式机组为为2.5-4.0和和对于高水水头混流式式机组155。2、转速或或指令信号号按规定形形式变化，接接力器不动动时间： 对于于电气液压压调速器，不不大于0.2S； 对于于机械液压压调速器，不不大于0.3S；3、技术标标准对Taa和Tw的的规定： 水轮机引引水系统水水流惯性时时间常数TTw： 对于于PID型型调速器，不不大于4SS 对于于PI型调调速器，不不大于2.5S 机组惯性性时间常数数Ta： 对于于反击式机机组，不小小于4S 对于于冲击式机机组，不小小于2S 比值Taa/Tw不

28、不大于0.4第三章 水水轮机调速速器的控制制算法一、PIDD控制算法法调速系统动动态性能具具有比例、积积分和微分分功能；比比例、积分分和微分的的增益是独独立的、连连续可调的的。比例、积积分和微分分的调整范范围适合各各受控系统统的动态特特性。调节参数自自动寻优的的功能(该该功能一般般在试验阶阶段中进行行)，根据据被调节量量的变化，自自动施加11%的扰动动量，经过过几次扰动动后，由软软件自动计计算出最优优的调节参参数Kp，KKi,Kd。因此此调速系统统不但具有有比例、积积分、微分分功能，而而且通过寻寻优功能能能够找到最最优的比例例、积分、微微分的参数数，特别是是对于水头头波动较大大的机组的的动态稳

29、定定性非常明明显。所以以整个调节节系统在各各种工况下下都具有优优良的静、动动态品质。 图 11调调节系统图图PID控控制算法的的模拟表达达式如下：Y（t）=KPe（tt）+1/T1e（t）ddt + TD de（tt）/dtt （1） 对式（1）离离散后得到到第n次输输出值为： n Y（n）=KPe（nn）+/TIe（j）+TD/TIe（nn）-e（nn-1） （2） j=0式中Y（tt）为调节节输出；ee（t）为为t时刻的的输入偏差差值；为采用周周期（ =t）；ee（n）为为第n次输输入偏差值值；e（nn-1）为为第n-11次输入的的偏差值；n为采样样序号（nn=0，11，2）；KP为比例系

30、系数；TII为积分时时间；TDD为微分时时间。第n-1次次输出值为为： n-1Y（n-11）=KPPe（nn-1）+/TI e（j）+ TD/TIe（nn-1）-e（n-2） （33）j=0位置式PIID算法表表达式为：将式（2）减减去（3）式式整理后得得Y(n)-Y(n-1)=KKPe(nn)-e(n-1)+/TI e(nn)+TD/TIe(nn)-2ee(n-11)+e(n-2) （44）将式（4）整整理后得到到位置式PPID算法法（位置输输出）关系系式为Y（n）= Y（nn-1）+ KPe（nn）-e（nn-1）+/TI e（nn）+ TTD/TIe（nn）-2ee（n-11）+e（nn

31、-2） = Y（nn-1）+KPe（nn）-e（nn-1）+ KII e（nn）+ KKDe（nn）-2ee（n-11）+e（nn-2） （55） 增量式PIID算法表表达式为：Y（n）= Y（nn）- YY（n-11）即 Y（nn）= KKPe（nn）-e（nn-1）+ KII e（nn）+ KKDe（nn）-2ee（n-11）+e（nn-2） （6）式中KP为为比例系数数；KI为积分系系数（KII =KP ./ TI）；KD为微分系系数（KPP=KDTD/TI）。位置式PIID数字调调节器的输输出Y（nn）为全量量输出，每每次输出与与过去的状状态无关，因因此造成运运算工作量量大，需要要对e

32、（ii）进行累累加（见式式（5），而而对增量PPID控制制算法而言言，虽然在在算法上改改动不大，却却带来不少少优点，控控制状态的的切换冲击击也小，算算式中不作作累加运算算，增量只只跟最近的的几次采样样有关所以以非常容易易获得很好好的控制效效果。但增量式算算法的理想想微分环节节容易引进进高频干扰扰，导致调调节性能不不稳，为此此，在研制制过程中，曾曾采用在微微分环节中中串联一个个低通滤波波器以用来来抑制高频频干扰，也也就是实际际微分环节节。其关系式为为：YD（s）= KDs/1+Ts （7）式中T为微微分时间常常数。用实际微分分代替理想想微分的关关系为：YD（ss）=T/1+TYD（n-11）+

33、KKD/TI+Te（n）-e（n-1）YD（n）= YD（n-11）+YD（n） （88）则调节器增增量算式Y（n）= KPe（n）+ KIe（n）+YD（n） Y（n）= Y（nn-1）+Y（n） （9）式中 为采样周周期。全数字式式水轮机调调节器综合合算法PID调节节采用增量量式控制算算法，能在在控制系统统中避免一一般常规PPID算法法中存在的的问题，然然而就微分分项而言，增增量算法显显然不能满满足水电机机组调节控控制的要求求，而位置置式算法又又带来计算算复杂和抗抗干扰能力力差的缺陷陷。将位置置式、增量量式结合起起来，组成成全数字调调速器的PPID综合合算法，即即微分环节节采用位置置式算法

34、，即即对全量直直接作衰减减运算。比比例和积分分环节则采采用增量式式算法，可可避免位置置式算法中中积分环节节的累积计计算，以减减少计算机机运算工作作量。经电电站运行证证明，采用用综合算法法的调速器器，大大地地改善了动动态调节器器品质，特特别是在大大扰动情况况下其过度度调节时间间短，超调调量小等优优点就体现现出来了。综合算法的的PID表表达式为：Y（n）=YPI（n-1）+YP（n）+YI（n） （10）其中 YYP（n）=KP e（n）；YI（n）= KIe（n）；YD（n）=T/T+ YD （n-1）+ KD1/ TT+ e（n） 脉宽调制（PPWM）输输出PID运算算结果Y（nn）与导叶叶开

35、度Yaa（n）进进行综合比比较后，其其差值的大大小产生PPWM信号号，由于机机组开与关关的时间是是不同的，因因此整机放放大系数在在开或关也也不应该相相同，这样样才能保证证静、动态态品质优良良。Y（n）- Ya（n）0 开高高速电辞阀阀动作；Y（n）- Ya（n）0 关高高速电辞阀阀动作。 软件数字字综合放大大计算如下下：开(K)=K开Y（nn）- YYa（n） 0 (11)关(K)=K开Y（nn）- YYa（n） 0 (12) 式式中K开为开方向向整机放大大系数；KK关为关方向向整机放大大系数；开为开方向向偏差值；关为关方向向偏差值。开(K)及关(K)决定了脉脉宽调制（PPWM）占占空比的大大

36、小。 TTc为脉冲周周期，TWW为脉冲宽宽度，占空空比D=TTW/Tc100%脉宽调制（PPWM）是是根据Y（nn）与Yaa（n）偏偏差大小对对脉冲的宽宽度进行调调制。根据据Y（n）与与Ya（n）的的偏差，开(K)与关(K) 对输出出作用到开开关高速电电磁阀的导导通时间进进行脉宽（占占空比）调调节，从而而控制了接接力器开、关关腔油缸的的容积，达达到调节导导叶开度的的目标。水轮机调节节系统的工工作点可以以用水头和和接力器行行程来确定定，工况可可以由工况况回路来确确定。在空空载工况下下，调节f =00；在负载开度度调节时，调调节开度差差值Y=YYG=0；在在功率闭环环调节工况况下，调节节功率差值值

37、P=PPG=0。通过对频率率差值，或或开度差值值或功率差差值进行PPID运算算后，得到到一个与该该差值所对对应的开度度输出信号号，经过开开度限制环环节输出到到液压随动动系统来控控制导水叶叶的开度，则则导水叶的的开度经AAD转换后后与PIDD调节器的的输出信号号进行综合合比较，放放大输出，直直到调整到到PID调调节器的输输出信号和和导水叶开开度所对应应的信号之之差为零。二、桨叶控控制器21、根根据水轮机机协联曲线线整定的协协联函数发发生器。调速器通过过电气协联联方式实现现水轮机导导叶与桨叶叶的协联。根根据水轮机机协联曲线线整定的协协联函数发发生器；按按实际水头头自动选择择相应协联联曲线；停停机后

38、自动动将轮叶开开到启动角角度并在启启动过程中中根据导叶叶开度的开开启自动切切换到正常常协联。采采用数字协协联方式，可可预设100条水头下下的协联曲曲线，每条条协联曲线线上设置110个点，线线与线之间间以及点与与点之间采采用线性插插值，最后后输出采用用逐次逼近近方式，确确保协联曲曲线的真实实性及控制制的平稳性性。22、接接受水头信信号及按实实际水头自自动选择相相应的协联联曲线。在调速器中中预置了十十条协联曲曲线，每条条曲线100个点，按按水头大小小，从小到到大逐条排排到数码存存贮区内，将将协联曲线线关系图中中选定的十十条水头值值列于表中中，这样就就可以根据据当权水头头值和当前前桨叶值查查处并计算

39、算出当前桨桨叶的开度度，协联插插值计算如如下：B(Hi+1i+1)Hi+1i+1HC (Hi)HHiiA(Hi, i)a02211若当前前水头值和和表中水头头某一值相相等，则可可以根据当当前导叶值值直接在协协联表中查查出相应桨桨叶值。2222若当前前水头值与与表中水头头值不同，在在Hi和HHi+1水水头之间的的水头值为为H，此时时导叶开度度值若为aa，则可根根据线形插插值法计算算出对应桨桨叶值h，C点为为当前H水水头下的某某一点。HH位于表中中水头值HHi和Hii+1之间间，先根据据当前导叶叶值，在HHi+1上上查出B点点所对应的的桨叶值i+1 和在在Hi上查查出A点的的桨叶值i。经i =i

40、+ (Hi+11H) (i+1i)/( Hi+11H i)计算后即为为所求的在在H水头下下C点的桨桨叶值，因因此可以根根据上述插插值计算公公式可计算算出任意水水头下的导导叶开度所所对应的桨桨叶开度值值。23、能能保证机组组在停机后后自动把桨桨叶开到起起动角度，并并在起动过过程中按一一定条件自自动转换到到正常的协协联关系。在自动工况况停机后自自动将轮叶叶开到启动动角度，在在开机过程程中根据导导叶开度的的开启自动动逐步关回回到零后切切换到正常常协联。三、转速探探测调速器转速速探测系统统由齿盘测测速和残压压测速2种种测量方式式组成。齿齿盘测速方方式采用安安装在水轮轮机大轴或或发电机下下机架大轴轴上的

41、齿盘盘和4组脉脉冲转速探探测器组成成，其中22组脉冲转转速探测器器用于调速速器、其余余用于测速速装置。调调速系统的的转速信号号还采用取取自机端的的PT残压压测速方式式。残压测测速信号保保证在水轮轮机发电机机组的各种种运行工况况下满足调调速系统对对转速信号号的要求。由由电网电压压互感器及及发电机出出口电压互互感器送来来的机网频频信号,经经过降压、滤滤波、整形形、分频后后变成方波波信号与5500KHHZ脉冲源相相与，通过过高速计数数模块对其其脉冲源数数进行高速速计数，NNR =Nkk+Nk-1+Nkk-2+NNk-3+Nk-44+Nk-5(k为为当前时刻刻)则机、网网频一个周周期的脉冲冲个数为NN

42、RNR-1，频频率计算方方法为：f =3106/ NRNR-1当两个相邻邻上升的一一个周期脉脉冲个数为为NRNR-1=6600000个脉冲时时：频率f =3106/600000=550Hz高速计数模模块将从PPT送来的的机，网频频信号（ff j，f w）处理理后，得到到的频率差差f。被控机组在在空载工况况下，网频频正常且为为跟踪状态态时的频差差为：f = f wf J机组并网运运行后，空空载无网频频，或在不不跟踪工况况下，频差差为：f = fGf J ，fG为频率给给定值。 测测频环节的的可靠性、稳稳定性以及及精度和实实时性是保保证调节品品质的关键键所在，因因为它将直直接影响调调速器的调调节品质和和整机的运运行状况，因因此我方将将通过以下下方式确保保调速器系系统测频的的高可靠性性：(1)机组组的测频采采用两路(PT、齿齿盘)互为为热备用，网网频采用PPT测频，测测频精度达达到0.0001Hzz以上。(2)机组组频率fjj反馈信号号：机端PPT电压0