水电机组PID型调速器设计毕业设计.docx

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水电机组PID型调速器设计毕业设计

淮阴工学院

毕业设计说明书（论文）

作者:

学号：

学院:

自动化学院

专业:

电气工程及其自动化

题目:

指导者：

（姓名）（专业技术职务）

评阅者：

（姓名）（专业技术职务）

2017

年

6

月

毕业设计说明书（论文）中文摘要

当今我国的能源结构在一天一天的改变，人类对能源的需求不断增加，水电业的发展将成为我国解决能源问题的一个根本方面。

水轮机调节系统是一个综合系统，里面包含着机、电、液三部分。

水轮机调速器在水电业扮演着一个重要的角色，是水电厂发电机组稳定运行的非常重要的控制设备，它是机组安全稳定的运行根本。

了解掌握此系统的运行规律，提高水轮机的调节性能，一直关乎着水电领域的发展。

现阶段无论是国外还是国内绝大部分的水轮机调速器都依旧采用的是PID或PI型调节规律。

能够有效合理的选择PID调节器的参数时，才能够使水轮发电机能够安全的稳定的运行，而且也会改善水电机组调节系统的动态品质。

本文在一开始主要阐述了水轮机的发展趋势、国内外的现状和调速系统的相关简介，分析了其调节特点。

通过水电机组调速系统的简单模型能够让我们更加清楚地把握其大致的运行规律。

本文我将在SIMULINK搭建水轮机调节系统，接着通过此软件建立其各个部件的模型结构，通过MATLAB平台得出一系列的仿真结果。

关键词水轮机调速器，PID调节，模型，仿真

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleDesignofhydroturbinePIDgovernor

Abstract

China'senergystructureinthechangesfromdaytoday,Humandemandforenergyisincreasingtoday,thedevelopmentofhydroelectricitywillbecomeafundamentalaspecttosolvetheproblemofenergyinourturbineregulatingsystemisanintegratedsystemofsetmachine,electricityandturbinegovernorplaysanimportantroleinthehydropowerindustry,anditisaveryimportantcontrolequipmentforthestableoperationofthehydropoweroftheoperationofthesystemtoimprovetheregulationofwaterturbineperformance,hasbeenrelatedtothedevelopmentofwaterandelectricity.

Atpresent,mostofthehydraulicturbinegovernorathomeandabroadarestillregulatedbythePIDorPIPIDregulatorparameterscanbeeffectivelyselected,whichcanmakethehydrogeneratoroperatesafelyandstably,andcanimprovethedynamicqualityofthesystem.

Thispapermainlyexpoundsthedevelopmenttrendofhydraulicturbineandthestatusquoofdomesticandabroadandthespeedregulatingthesimplemodelofthespeedgoverningsystemofthehydropowerplant,wecangraspitsgeneraloperatingrulesmorethispaperIwillinSimulinktobuildhydroturbineregulatingsystem,thenagovernor,withthedynamicsystem,turbine,pressurewaterdiversionpipeline,thegeneratorandloadmodelstructure,throughtheMATLABplatformthataseriesofsimulationresults.

Keywordshydraulicturbinegovernor,PIDregulation,model,simulation

1绪论

引言

我国有着大量的水资源,因此我国有着得天独厚的水能资源条件。

全面有效的利用好水能资源，为国家的水电业做出杰出贡献正是当前我国需要解决的。

可是目前我国水能资源的利用率超级低,因此水力发电有着很大的前景。

利用水力发电已经有着悠长的历史,其在建设技术、水力发电领域的技术和输电领域的技术已经慢慢趋于成熟,其中它的单位体积的容量也在不断增加。

水力发电本钱低,靠得住性高,因此发展超级迅速。

将水能转化成电能的动力装置称为水轮发电机组。

其有以下几点长处：

低廉的本钱、较高的效率、无污染和便于高效的综合利用。

其中，水轮机是将水能转化成机械能的，发电机是将机械能转化成电能的。

在电站中水轮机是超级重要的，其通过发电机组使机械能转化为电能。

将水轮机最优化，才会提高水电站的效率。

水轮机的性能的优良,结构的完善,直接影响水电事业的发展。

进行水轮机的论文研究，考虑水轮机性能、效率、本钱等，对咱们是一种从头学习和总结的进程。

通过此课题的研究，能够使得咱们更进一步的对以前所学的进行温习与巩固，然后将书本上的知识运用到到这次的课题研究中来，能够高效率的完成论文的书写，同时运用到实际的工况中，这就对咱们未来走向工作职位打下坚实的基础。

水电机组PID型调速器的发展及现状

实现水电机组的调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称为水轮机调速器。

水轮机控制系统的核心是水轮机调速器，它可大致分为以下这几种：

电气页压调速器、机械页压调速器和数字式电页调速器（微机调速器）等。

为了水电业的建设发展，水轮机调速器的发展是必不可少的。

那时的调速器大多数都只是机械液压调速器，它只能够知足自带负荷的和在中型和小型电网中工作的水轮机发电机组调节的需要。

机械液压调速器的静态特性较好，有着较好的动态品质，较高的靠得住性。

当机械液压调速器通过自有的方式进行测量、信号

处置和平稳调节的功能面对大机组、大电网需要灵敏度高、性能高和便于实现水电站自动化等各项要求时就会露出各类缺点。

所以现今往往只有中型机组和小型机组仍采用机械液压调速器。

于70年前在瑞士诞生了世界上第一台电气液压型调速器。

可能10年以后，电气液压调速器逐渐成为各个机组应用的主流。

一步一步的走来，光从采用的元件来看它又经历了可能四个发展阶段。

此刻它的调节规律大体上就是比例、积分、微分型（PID）比较普遍，而且实用、简单。

随着计算机技术的大力发展，对各类性能、功能的硬性要求，在此的几十年后水轮机微机调速器已经开始取得普遍的应用，此刻已经很少生产而且应用电气液压调速器了。

于20世纪70年代初第一台数字式调速器问世，接踵尔后10年后微机调速器已经成为世界各国开始研制的研究对象。

那时国外微机调速器的发展水平可以用瑞典80年代中叶推出的HPC610／620调节器代表，此调速器功能壮大。

那时我国名校教授和水电控制设备厂合作，我国率先研制成功了适应式变参数微机调速器。

尔后此微机调速器运用于海水电站并投入运行，而且运行成功，事后又与其他单位一路着重研发生产了双微机单调节和双调节微机调速器。

在此事后，微机调速器已经全面应用在各大、中型水电站中。

所以在那时微机调速器是超级壮大的。

当前全世界的数字式电液调速器大体都是以PID为基础的的调节规律。

微机调速器调节规律从PID型过度到几种归并的PID改良型，其发展经历了可能五个阶段的微机系列的应用进程。

在那个时候，占据市场的主如果总线和PLC。

所以在那个时候数字式电液调速器有着举足轻重的地位。

20世纪80年代以来，我国研发的电液调速器的性能和各方面的功能都达到了水轮机调节技术的国际先进水平。

我国在率先采用带功率开环增量环节的功率模式、水轮机调节系统的参数调节、步迸马达电机转换器等方面，有着更为独到的地方，也是处于世界领先水平的。

现阶段我国几大高校科研团队和全国各地的大型水电控制设备企业的研究院对这方面正在进行更进一步的研究。

其中更为出众是华中科技大学的魏守平教授所率领的团队。

调节特点

水轮机调节系统是自动调节的，它与一般调节系统有共性外，还有着以下五种特点：

1.水能发电机组是将水能转化为电能的系统，水能有时候会有自然条件的约束。

需要与其他原动机有相同的功率，就要通过超级大的流量，因为单位水体中的能量是超级小的，所以就要求水轮机及其导水机构有较高的性能。

因此往往就要求咱们加一个多集液压放大元件，而有时候放大元件存在着非线性和时间滞后性，往往就有可能会使水轮机调速系统调节品质恶化。

2.水轮机调节系统的导水机构很难及时与负荷的转变同步，达到动力矩与外界的转变同步，会有必然的延不时间。

所以极可能产生过度调节，产生不稳定。

3.在水电站中往往需要加一个比较长的压力饮水管道，是因为会有恶劣的自然环境的影响。

若是引水管道越长，水流中会产生壮大的惯性，而导水机构会有压力产生，当压力通过水管内时会引发水击。

此机构与水管里的水击有着相反的调节作用，所以会使调节系统不稳定，因此使调节系统的动态品质恶化。

4.有些水轮机还具有双向调节机构，因此使其调速器复杂化。

5.现阶段电力系统的大力发展对自动化要求的提高，从而对水轮机调速器的控制功能和自动操作有了愈来愈多的要求。

因此在水电厂中水轮机调速器扮演着一个十分重要的角色。

综上言之，水轮机的调速系统极易不稳定，结构复杂化，那就需要它拥有较强的调节控制功能。

本课题的研究任务及要求

内容：

该课题要求利用MATLAB仿真平台对水电机组PID型调速器进行设计研究。

通过完本钱课题，学生将熟悉PID控制器的结构，和优化控制的大体原理；同时，在编程调试方面取得训练和提高，为以后的工作打下坚实的基础。

具体设计要求包括以下几个方面：

（1）水电机组调速系统模型研究。

（2）控制规律与控制品质的关系研究。

（3）仿真模型搭建与参数优化研究。

要求：

（1）各类渠道搜集相关资料，掌握该系统的各项要求。

（2）合理的构思系统的仿真思路。

（3）熟悉编程软件、学会怎么利用MATLAB仿真。

（4）结束MATLAB仿真，输出仿真结果。

（5）依照学校对大学生毕业设计论文的要求，最终完成论文的书写。

本章小结

本章节主要针对水轮机的调节特点和现阶段水轮机的发展趋势，目的及研究的利用的价值进行简要介绍。

水轮机调速器经历了三个发展阶段，此刻国内外都在致力于基于现场总线的数字式电液调速器的研究，那么其将是调速器此后主流的发展趋势。

咱们国家的数字式电页调速器的技术性能和各方面的功能都与水轮机系统的调节技术的国际先进水平维持同步，当前国内外研究的重点就是水轮