水轮机自动调节.docx

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水轮机自动调节

第一章

发电启动控制的组成及过程

在水力发电过程中，首先将水能通过水轮机转换为旋转的机械能，再经由同步发电机转换为三相交流电能，然后电能通过变电、输电、配电及供电系统送至电力用户消耗。

当电力系统有功负荷（电能消耗）发生变化时，必然引起整个系统能量的不平衡，从而引起系统频率发生波动。

为了保证电能的频率稳定，必须对水轮发电机组的转速进行控制。

水轮机调速器承担着控制机组转速的任务，调速器通过检测机组的转速与给定值比较形成转速偏差，转速偏差信号再经过一定的控制运算形成调节型号，然后通过功率放大操纵导水机构控制水能输入，使水能输入与电力有功负荷相适应。

同样，当电力系统电力无功不平衡时，将会引起系统电压发生波动，励磁装置承担着稳定电压的作用，并且励磁系统能够改善并网运行发电机的功角稳定性。

2.水轮机调节系统的组成及各元件的作用

水轮机自动调节系统是由水力系统、水轮发电机组及电力系统所组成的调节对象和调速器组成的。

调速器包括了测量元件、比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等。

测量元件（离心飞摆）作用是将机组转速信号转换为相应的机械位移信号。

放大元件（配压阀和接力器构成的液压放大器）作用是把测量元件输出的机械位移量进行功率放大，通过执行元件操作控制笨重的倒水机构。

设置反馈元件的目的是对放大元件进行校正，改变调速器的控制规律，以保证水轮机调节系统动态稳定性。

接力器兼作执行元件，操作水轮机的开度。

比较元件（由弹簧、轴承、滑环等组成）在A点位置保持不变时，人为调整转速给定把手，弹簧力发生变化，离心力必须相应变化，相当于离心飞摆转速或机组转速发生了变化。

4.水轮机调速器是如何分类的？

1.按元件结构分：

a机械液压型调速器（元件均是机械的）b电气液压型调速器（模拟电气液压型；数字电气液压型又名微机调速器）

2.按系统结构分：

a辅助接力器型调速器（跨越反馈）b中间接力器型调速器（逐级反馈）c调节器型调速器（随动系统）

3.按控制策略分：

PI调节型，PID调节型，智能控制型

4.按执行机构数目分：

单调节调速器，双调节调速器

5.按工作容量分：

大型，中型，小型和特小型

第二章

5.分析建模基础

以应用最为广泛的缓冲室式机械液压型调速器为例，它是由测量元件，放大元件，反馈元件，永态转差机构等构成，首先测量元件的作用是将机组转速信号转换为相应的机械位移信号，然后由放大元件把测量元件输出的机械位移量进行功率放大，通过执行元件操作控制笨重的导水机构，设置反馈元件的作用是对放大元件校正，改变调速器的控制规律，以保证水轮机调节系统动态的稳定性，再通过水轮发电机组利用转速变化来调整水轮发电机组的有功输出，这就是水轮机调节系统的建模基础

6.水轮机特性及其表述，调节系统原理简图，调节特性有差无差，为什么进行有差调节，什么时候进行无差调节

调节系统工作特性

1）无反馈作用时。

相当于缓冲器节流孔全开（Td=0），缓冲活塞上下油路（完全保持畅通，）不会形成油压差或油压力，（缓冲杯动作不会影响缓冲活塞，及）缓冲活塞位置始终保持不变，反馈量为零。

2）硬反馈作用时。

相当于缓冲器节流孔全关（Td=∞），缓冲活塞上下油路切断，缓冲活塞完全跟随缓冲杯动作，反馈量与主接力器位移成正比。

3）软反馈作用时。

相当于缓冲器节流孔部分开启（Td为有限值），缓冲杯运动时会在缓冲活塞形成油压差，油压差的作用下缓冲活塞也发生运动。

（当缓冲杯动作停止后缓冲活塞在弹簧的作用下回到中间位置，反馈量消失为零）节流孔口越大，Td越小，缓冲活塞回到中间过程越快，反之相反。

调节系统静态特性：

调节系统处于稳定平衡状态时的机组转速与出力之间的变化关系。

调节系统处于静止平衡状态时必须满足的三个条件：

a.主动力矩等于阻力矩。

b.配压阀开口为零。

（接力器停止运动）

c.反馈元件输出不再变化。

无反馈作用时：

调节系统静态特性是一条水平线，称为无差静特性，表示无论机组带多少负荷，稳定下来后的机组转速都相同，此种调节系统称为恒值调节系统。

硬反馈作用时：

调节系统静态特性是一条左高右低曲线，表示机组带的负荷越大，机组稳定下来的转速越低，称为有差静特性。

软反馈作用时：

与无反馈作用时静态特性相同。

因为调节系统静态时，无论主接力器在哪个位置，缓冲活塞最终都会在弹簧力的作用下回到中间位置，杠杆1左端Y点位置不变，不会影响引导阀针塞的位置，故也是无差静态特性。

调速器中为什么要采用软反馈（暂态反馈）？

其工作参数Td、bt的物理含义是什么？

采用软反馈：

由于软反馈在调节系统动态过程存在，就可以使主配压阀提前回中，保证了动态过程能够稳定；同时由于软反馈调节过程结束后反馈量消失，不会造成静态偏差，从而能够实现恒值调节或无差调节。

调速器即可以保证调节系统动态过程稳定，又可以获得无差静态特性，实现恒指调节的目的，满足水轮机转速自动调节系统的基本任务和要求。

缓冲时间常数Td：

缓冲活塞从阶跃输入撤出到恢复至36.8%初始偏移量为止所经历的时间；暂态转差系数（缓冲强度）bt：

缓冲节流阀孔口全关（Td=∞）的情况下，接力器走完全行程，通过暂态转差机构所引起的针塞位移量，折算为转速变化的百分数。

为什么并列运行机组不能采用无差静特性，设置调差机构的目的是什么？

原因：

采用无差静特性时，系统频率与各机组无差静特性没有一个明确的交点，增减任意一台机组的负荷会导致机组间负荷出现“拉锯现象”。

目的：

调差机构的作用是获得调节系统有差静特性，以使机组并列运行有一个明确的工作点，保证机组负荷分配明确，满足机组并列运行的要求。

用转速调整机构平移调节系统静态特性，其作用是什么？

单机运行时 改变机组的转速或频率并网运行时 改变机组开度或出力

7．

1）、机组并列运行时不能采用无差静特性，而需才用有差静特性。

由于系统频率与各机组无差静特性没有一个明确的交点，若机组采用无差静特性则将会导致机组间负荷出现拉锯现象，导致机组之间负荷分布不明确，所以要有差静特性从而满足机组并列运行的需要，使负荷连续合理分布。

2）、调差机构：

调差机构也称为永态转差机构，是指从主接力器到引导阀针塞之间的杠杆机构，在调速器中起到硬反馈作用。

3）、调差率e来表征调节系统静态特性。

4）、永态转差机构运动方程：

。

永态转差系数：

接力器走完全行程，通过调差机构引起的针塞位移量，折算为转速变化的百分数。

5）、负荷分配：

（1）已知系统中有m台机组，各台机组的额定出力为、调整率为、系统中总的负荷变化量，求各台机组负荷变化量和系统频率的变化量。

，即，考虑=，于是。

同理可得其他机组的负荷变化量

，考虑到所有机组负荷的变化量之和等于系统中总的负荷变化量，有，得，将上式代入

中得。

（2）已知系统中有m台机组，各台机组额定出力调差率和第1台机组转速调整机构的平移量；求各台机组负荷变化量和系统频率的变化量。

，即=，得

，对于2-m台机组，同理可得到

，式中i=2—m，考虑到此时系统总负荷没有变化，第一台机组负荷的增加量等于系统中其他机组负荷减少量之和，有，将代入上式，可求出系统中频率的变化量为

，将

代入

，可得第一台机组负荷的变化量为，将

代入

，可得出其他各台机组负荷的变化量为，式中i=2—m。

6）、转速给定值输入机构称为转速调整机构。

机组并网运行时采用有差静特性，势必会造成频率静态偏差，当系统负荷变化较大时，频率偏差可能超过规定的允许值，此时需要人为的改变调频机组转速给定值，使系统频率恢复到额定值。

7）、调速器在电力系统调频中的作用

调速器在电力系统调频中主要针对数秒钟到数分钟的变动负荷。

当负荷变化引起电网频率波动时，电网中各机组调速器根据频率变化自动调整机组的有功功率输出并维持电网有功功率的平衡，使电力系统频率保持基本稳定，称为电力系统一次调频。

由于机组才用有差调节，负荷变化必然引起频率偏差，较小负荷变化量引起的频率偏差也较小，若不超过频率波动的允许范围，频率调节过程结束，若负荷变化量较大且持续时间较长，系统一次调频后必然存在较大的频率偏差，所以必须进行电力系统二次调频。

二次调频是在一次频率调节的基础上，从整个电力系统的角度出发，人为地统筹调度与协调相关因素，重新分配各机组承担的负荷，使电网频率始终保持在规定的工作范围之内。

电力系统的一次调频是靠调速器自身完成的，而二次调频和经济负荷调度是调度中心通过调速器来完成。

8）、调速器转速死区

调速器静态特性曲线理论上为一条曲线，由于误差实际上导致静态特性是一条区域。

9）、电液转化器（电液伺服阀）★是将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定机械功率的位移信号，或具有一定流体功率的流量信号。

种类：

按电机转换 按液压放大结构 按输出形式

第三章

8.组成，硬件上的输入和输出

1、计算机控制系统的组成：

生产过程、检测元件、执行机构、计算机系统。

计算机系统则可分为硬件和软件两大部分，硬件主要包括：

微处理器、存储器（RAM、ROM）、数字I/O接口通道、A/D和D/A转换器接口通道、人机接口设备、通信网络接口以及供电电源等。

软件主要包括：

系统软件、应用软件、数据库管理系统。

2、硬件的输入和输出：

I/O通道又称过程输入输出设备。

它包括模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）、开关量输入（DI）和开关量输出（DO）。

9.对内、外信号输送途径

附加知识点

硬件加原理

硬件：

主机系统，模拟量输入通道与接口，模拟量输出接口与通道，开关量输入及接口，开关量输出及接口，频率信号测量回路，人机接口，通信接口，供电电源模块等。

原理：

以单调整调速器为例：

取机组频率fg为被控参量，水轮机调速器测量机组的频率fg并与频率给定值cf进行比较得出频率的偏差另一方面，导叶开度计算值yc与导叶开度给定值cy进行比较，，并经过永态转差值系数bp折算至控制规律前与频率相对偏差进行迭加形成实际的控制误差e，微机调速器根据偏差信号的大小，按一定的调节规律计算出控制量yc，经D/A送到电液随动系统。

随动系统将实际的导叶开度y与yc进行比较，当yc>y时，导叶接力器往开启侧运动，开大导叶，当yc

“

作图题

对内外输出信号：

输入的模拟信号：

1：

导叶接力器行程2：

桨叶接力器行程3：

水轮机水头4：

发电机输出的电功率