水电站调速系统

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,水电站调速系统,主讲：李晓勇,陕 西,.,石 泉,2008年8月,1,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,水轮机调节系统,水轮机调节系统的结构图,3,水轮机调速器的分类,按调节规律可分为,PI,和,PID,调速器；,按系统构成分为,：,a.,机械式调速器（机械飞摆式）；,b.,电气液压式调速器；,c.,微机调速器；,按接力器操作功大小分类：,小型调速器,W10000 N.m,中型调速器,10000N.m,W75000N.m,大型调速器,W75000N.m,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转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。,4,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。,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。,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。,5,微机调速器,PID,结构,6,HGS,型调速器微机概述,HGS-E21/2,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、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。该电气柜以工业控制微机为硬件核心，采用双微机通道冗余控制结构，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。,7,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：,两套独立的工控机，包括各种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；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,ARCNET,网络相连，完成数据交换、显示与控制参数的修改。,8,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线，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与准确性。,两套大功率的工业级开关电源，将厂用,220VAC,与,220VDC,供电电源变换成直流,24VDC,电源后作为调速器供电电源，提高了供电系统的可靠性。,9,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,10,系统调节原理,微机调节器采用并联,PID,调节规律。当出口开关闭合或出口开关断开但网频,f,w,故障时，频差为频率给定,f,g,与机组频率,f,j,之差；当油开关断开且网频,f,w,正常时，频差为电网频率,f,w,与机组频率,f,j,之差再加上一固定频率差，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：,转速（频率）调节模式：频率死区,Ef=0,，,PID,调节；,功率调节模式,(,并网且功率测量正常,),：频率死区,Ef=00.5Hz,，,PID,调节；,开度调节模式,(,并网后,),：频率死区,Ef=00.5Hz,，,PID,调节。,11,系统调节原理,PID,调节原理框图,KdS/(1+TnS),Ki/S,Kp,bp,f j,Lim,液压随,动系统,机组有功功率,yref,fg/fw,yg,Pg,电网检测,及参数调整,给定前馈,*,fg,:,频率给定,;,yg,:,开度给定,;,Pg,:,功率给定,;,f j,:,机组频率,;,f w,:,电网频率,;,yref,:,随动系统参考,Ef,_,+,+,+,_,导叶开度,12,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与显示（简称：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，完成调速器的数据采集、调节控制与故障保护功能。上位机与下位,A,、,B,机之间通过网络通讯构成一个统一的整体。,13,系统硬件结构,系统硬件结构,14,系统硬件构成,模拟量输出板,JA1(D/A),模拟量输入板,JA2(A/D),开关量输入,/,输出板,1 JA3(DI/O1),开关量输入,/,输出板,2 JA4(DI/O2),ArcNet,网络通讯板,CPU,板 采用,JUKI-752 DX4-100,，即,Intel80486DX4-100Mhz,、,8M RAM,、,2M/4M,电子盘。,信号调理模块,(ADAM-3014),15,开机特性,基本开机特性,接到开机指令后，调速器将导叶开启至第一开机开度,YK1,(1.6,倍空载开度,YNL,),，等待一定时间后，开始检查机组频率，如果机组频率大于,45Hz,，则将导叶关闭至第二开机开度,YK2,(1.2,倍空载开度,YNL,),，调速器即由开机工况转入空载工况，进行,PID,调节。如果在开机过程中接到停机指令，则转入停机工况。,开机特性与水头关系,开机过程中的第一开机开度,YK1,和第二开机开度,YK2,均与水头有关，调速器中保存有空载开度,YNL,与水头的关系曲线，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的,YK1,和,YK2,值。总的趋势为：低水头值对应大的,YK1,和,YK2,，高水头值对应小的,YK1,和,YK2,。,16,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。,17,操作与显示,机组当前运行工况，如停机、空载、发电；,死区投入,/,切除及手动,/,自动运行状态指示；,当前调节模式，如频率调节、开度调节、功率调节；,频率,/,开度,/,功率给定指示,(,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；,当前运行主机；,微机,A,与微机,B,故障指示；,水头、空载开度、电气开限显示。,18,主要参数,频率信号源幅值范围：,0.3VAC,180VAC,测频范围：,1090Hz,频率给定范围：,45HZ,55Hz,开度及功率给定范围：,0,100%(120%),永态转差系数范围：,0,10%,频率死区整定范围：,0,0.5HZ,PID,参数整定范围：,比例增益,Kp,：,0.5,20,积分增益,Ki,：,0.05,10 1/s,微分增益,Kd,：,0,5 s,调速器静特性近似为直线,测至主接力器的转速死区：,0.04%,接力器不动时间：,0.2 s,供电电源,交流电源：,220VAC,20%,、,50Hz,单相,直流电源：,220VDC(180 300V),19,谢 谢,20,