stfzxt水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)

STFZXT水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)四．STFZXT-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的安裝及運行九．水輪發(fā)電機組的水流修正系數(shù)Ky和機組慣性比一．水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性仿真STFZXT水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是水輪機調節(jié)理論與技術、數(shù)字仿真理論與技術STFZXT水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是水電站從事水輪機調節(jié)的技術人員和水輪機調STFZXT水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是高等院校與水輪機調節(jié)相關課程的理想輔助教STFZXT水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是學習、理解、執(zhí)行中民*要點STFZXT- 是完整的水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)，共有66個仿真項目。 是精選的水輪機調節(jié)電網一次調頻仿真決策支持系統(tǒng)，包含 中除“機組開機”和“空載頻率波動”之外的其它仿真項目。STFZXT-3是水輪機調節(jié)“電網一次調頻”和“孤網運行”仿真決策支持系統(tǒng)，共有16個仿真項目，是STFZXT-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的子項目。STFZXT-4是水輪機調節(jié)“電網一次調頻”仿真決策支持系統(tǒng)，共有9個仿真項目，是STFZXT-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的子項目。仿真系統(tǒng)會自動建立放置幫助文件和仿真波形數(shù)據文件（ .xlsx）的文件C:\SDATA\HELP\,仿真波形在子文件夾C:\SDATA\figure\中對于無背景音樂的水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)執(zhí)行文件“***(用戶名).exe”可以*版本信*．硬件加密U盤版1）.沒有插入硬件加密U盤為體驗版，PID參數(shù)可以修改，Ta,Tw,en,Tf,Tg和3）.體驗版可以在多臺計算機（包括臺式計算機）上使用，但是，只有插入硬件加*．特定計算機版1）.沒有的計算機為體驗版，PID參數(shù)可以修改，Ta,Tw,en,Tf,Tg和3）.體驗版可以在多臺計算機（包括臺式計算機）上使用，但是，只有的筆記本100%額定負荷和接力器不動時間在科學研究和工程應用的建模中，MathWorks公司推出的軟件，因為其中的首選工具。名字由MATrix(矩陣)和LABoratory()兩個單詞的前3個字母組完全準確地反映水輪機調節(jié)系統(tǒng)的實際過程并得到定量的結論，是十分的；只能從定二．水輪機調節(jié)系統(tǒng)仿真決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)(DecisionSupportSystem，簡稱DSS)是協(xié)助使用者通過系統(tǒng)模型、仿真STFZXT水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)（HydraulicTurbineRegulatingSimulationandDecisionSupportSystem）是水輪機調節(jié)理論與技術、數(shù)字仿真理論與技術和計算機軟STFZXT—1輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本理論、工作原理和動態(tài)仿真進行了系統(tǒng)、深入、全面的分析和研究，詳細地分析、推導和論證了水輪機調節(jié)系統(tǒng)、水輪機控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)的靜態(tài)及動態(tài)特性原理及數(shù)學表達式，參照了大量的水輪機調節(jié)系統(tǒng)在水電站的實測動態(tài)實驗資料，建STFZXT—1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)基械控制系統(tǒng)理論和技術，建立了水輪機調節(jié)系統(tǒng)的仿真模型，把典型的水輪機調節(jié)系STFZXT—1水輪機調節(jié)仿真決策支持系100%額定負荷和接力器不動時間等許多在現(xiàn)場無法進行或不宜多次重復進行的試驗，都判斷其動態(tài)過程類型；按照電站及機組的實際參數(shù)（Ta，Tw）和水輪機微機調速器的實際參（KPKIKDbpTfTgy0kyenPID參數(shù)負荷動態(tài)波形對應的PID參數(shù)；按照仿真得到的PID參數(shù)整定微機調速器參數(shù)，在電站進行甩負荷試驗以驗證修改PID參數(shù)后的實際機組甩負荷動態(tài)性能。3個(組)數(shù)值仿真”的仿真策略，也就是說，在每次仿真中，采用選擇的1個(組)仿真目標參數(shù)的3個(組)數(shù)值進行，將這3個仿真的動態(tài)過程的仿真變量波形和全部仿真參數(shù)在1個仿真圖形中表示。眾所周知，對應1個(組)仿真目標參數(shù)數(shù)值的仿真，只能得到一個孤立的動態(tài)過程；對應2個(或2組)仿真目標參數(shù)數(shù)值的仿真，可以得到對應的互為比2個動態(tài)過程；而對應3個(組)仿真目標參數(shù)數(shù)值的3個動態(tài)過程，則為進行參數(shù)變化以在其它參數(shù)相同的條件下，得到33STFZXT水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)對水輪機調節(jié)系統(tǒng)建立了仿真模型(SimulationModel)(12和3)三．STFZXT—1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)基本特點和內容STXTFZ-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)STXTFZ-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)是基于軟件對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性進行仿真的培訓和決策支持系統(tǒng)。它們能對通常的水輪機調節(jié)系統(tǒng)的8類電站試驗項目1段關閉機組甩負荷特性、接力器23段關閉機組甩負荷特性、電網一次調頻特性STXTFZ-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)特點STXTFZ-1,,每次仿真僅需(2~5秒;在每1次仿真中,將3個(組)不同目,果的示波圖中同時顯示了機組頻率(f)和接力器開度(y),機組甩負荷特性還顯示了引水系統(tǒng)水壓(h),仿真結果的示波圖中列出了仿真參數(shù),圖中的仿真參數(shù)顯示區(qū)，標示了仿真采用的水輪機調節(jié)系統(tǒng)全部參數(shù)，在參數(shù)顯示區(qū)的下3個(組)(開機tSR，t0.8，tSR/(空載頻率波動(空載擾動SFH1(甩負荷Fm，tM，tE，tE/(小網Fm，tM，tE，tE/(一次調頻PW，W45，W451，W60，W601，W451/W45W601/W60，P15，P45，P15/PW，P45tSR/t0.8tSR80%額定轉速(40Hz)的時間t0.8的比值；ΔFm―空載頻率波動自動工況頻率波動峰-峰值T(f)―從甩負荷開始至機組頻率上升0.02%的時間(s)；W451―電網一次調頻45秒的機組實際電量(相對值W60―電網一次調頻60秒的機組期望電量(相對值W601―電網一次調頻60秒的機組實際電量(相對值)；P15―電網一次調頻15秒機組的功率；P45―電網一次調頻45秒機組的功率；P15/PW―電網一次調頻15秒機組的功率與期望功率的比值；P45/PW―電網一次調頻45秒機組的功率與期望功率的比值；水輪機調節(jié)系統(tǒng)機組單調節(jié)和雙調節(jié)動態(tài)特調節(jié)方式變量K12。僅僅在水輪式變量K12。參數(shù)（TjfTjgTjys。由于槳葉關閉時間Tjf和槳葉開啟時間Tjg均明顯分別大于導葉關閉時間Tj和導葉開Tg例如機組甩負荷動態(tài)過程和孤立電18協(xié)聯(lián)特性導致的機組效率下降的協(xié)聯(lián)特性系數(shù)K12可供選擇；K12的數(shù)值愈大，在同樣偏離協(xié)雙調節(jié)機組甩負荷過程的特點*單調節(jié)機組(K12=1.03Tg=20.0sTf1=12.0s,Tf2=30.0s,Tf3=70.0s,12Y12=0.4，23Y23=0.1。*雙調節(jié)機組(K12=2.5)(3甩負荷特性：；Tf1=12.0s,Tf2=30.0s,Tf3=70.0s,Tg=20.0s；1段和2段關閉拐點Y12=0.4，2段和3段關閉拐點Y23=0.1。槳葉接力器關閉時間Tjf=30.0s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。葉接力器開啟時間Tg=30.0s。紅色點畫波形：單調節(jié)，K12=1.0，黑色實線波形：雙調節(jié)，K12=2.5，藍色雙畫線波形：Tf=12.0sTg=20.0s；槳葉接力器關閉時間Tjf=30.0s槳葉接力器開啟時間Tjg=30s較好PID參數(shù)比例增益積分增益KI微分增益KD單調節(jié)雙調節(jié)雙調節(jié)*接力器3段關閉的單調節(jié)和雙調節(jié)動態(tài)特性比較紅色點畫波形：單調節(jié)，K12=1.0，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段關閉拐點Y12=0.5，23段關閉拐點Y23=0.2。黑色實線波形：雙調節(jié)，K12=2.5，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段關閉拐點Y12=0.5，2段和3段關閉拐點Y23=0.2；槳葉接力器關閉時間Tjf=20.0s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。藍色雙畫線波形：雙調節(jié)，K12=3.0，Tf1=12.0s，Tf2=30.0s，Tf3=70.0s，1段和2段關閉拐點Y12=0.5，2段和3段關閉拐點Y23=0.2；槳葉接力器關閉時間Tjf=20.0s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。PID參比例增益積分增益微分增益單調雙調雙調中的最高轉速數(shù)值fmax“最高轉速數(shù)值fmaxTjTf雙調節(jié)機組在小電網中運行特點*電網突加20%額定負荷的單調節(jié)機組動態(tài)特性單調節(jié)機組：K1210導葉接力器關閉時間Tf100s，導葉接力器開啟時間Tg=20.0s*電網突加20%額定負荷的雙調節(jié)機組動態(tài)特性槳葉接力器關閉時間Tjf=30s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。*電網突減20%額定負荷的單調節(jié)機組動態(tài)特性單調節(jié)機組：K1210導葉接力器關閉時間Tf100s，導葉接力器開啟時間Tg=20.0s*電網突減20%額定負荷的雙調節(jié)機組動態(tài)特性槳葉接力器關閉時間Tjf=30s，槳葉接力器開啟時間Tjg=30s。槳葉接力器關閉時間Tjf要明顯大于導葉接力器關閉時間Tf器開啟時間TjgTg。所以，在小電網運行的雙調節(jié)機組，在電網中負荷變化過程中的導葉接力器行程和槳葉接力器行程處于非協(xié)聯(lián)狀況，機組效率下降，使得水輪仿真波形及其數(shù)據仿真動態(tài)波形顯示的同時,系統(tǒng)還將仿真結果在c:\figure中,其上標注有仿真進行的年、月、日、時、分；仿真波形圖中還有包括相應規(guī)定的性能指標在內的的輔助線，便于使用者根據判斷仿真結果波形的動態(tài)性能指標。與仿真波形對應的數(shù)據自動在c:\SDATA\的相應同名子文件夾下仿真項目*.xlsx文件，可以供使用者參考使用。ABCDETFfyTFY擾動TFfyTFfyTfy(1段關閉甩負荷TFfyH(2-3段關閉甩負荷TFfyHTFfy調頻TpYTpyT―時間(s)；F―機組頻率(Hz)；f―機組頻率(相對值y―接力器行程(相對值)；H―水壓(相對值)；PSTXTFZ-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的決策支持STFZXT-1在仿真中對仿真的動態(tài)過程的動態(tài)特性性能指標進行了分析，并對其動態(tài)特性類型進行了分類(（接力器不動時間過程則為優(yōu)秀、良好、合格、不合格）)，為如何修改PID參數(shù)以優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)性能提供了決策支仿真標注在仿真項目中設置了“仿真標注”變量?！胺抡鏄俗ⅰ弊兞繛榭諘r，仿真結果[K_I增大的作用：[遲緩型]→[優(yōu)良型]→[振蕩型]][仿員]”或使用者擬表達的其它內容，在仿真結果波形圖上會顯示相應內容。STXTFZ-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的項目STXTFZ-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的PID參數(shù)在仿真中，PID參數(shù)均以比例增益KP、積分增益KI（1/s）和微分增益KD(s)作為設定戶使用，仿真報告中，給出了由KP、KIKDbt、TdTn值。STXTFZ-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的幫助文檔(HELP，即說明書在仿真中，能自動彈出與當時仿真項目相關的幫助WORD文檔(C:\SDATA\HELP\)，供使用者參考，STXTFZ-1STFZXT—1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)簡介水輪機調節(jié)系統(tǒng)機組接力器1段關閉機組甩負荷特性仿真水輪機調節(jié)系統(tǒng)機組接力器2-3段關閉機組甩負荷特性仿真STXTFZ- 水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的仿真參數(shù)顯示DS=1：顯示全部仿真動態(tài)波形和仿真參數(shù)，適合顯示比 1.0：1.0DS=1(顯示比例DS=1(顯示比例DS<>1坐標數(shù)字字體和文字字體，便于使用者將仿真波形圖縮小尺寸，以便用撰寫文章的插圖和0.660.66或0.50.5名稱的代號()，例如SFH1(PID)：1段關閉機組甩負荷(PID)。STFZXT-1水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)版四．STFZXT- 水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)的安裝及運安在限定的計算機序列號的計算機上安裝軟件，(用戶自備，版本為2009b或2011b)。安裝路徑不限1:“Custom”安裝（即選擇性安裝 2:“Typical”安裝（即全部安裝 將隨機文件SDATA.rar解壓后(內含幫助WOND文檔HELP)，置于C盤根仿真系統(tǒng)會自動建立放置幫助文件和仿真波形數(shù)據文件（*.xlsx）的文件夾C:\SDATA\HELP\,仿真波形在子文件夾C:\SDATA\figure\中。C:\SDATA\中的文件夾運“***(用戶名).exe”可以仿 *機組開機特性仿真(KJ)，6個仿真項目；，，，， 外，以后的仿真報告（波形）將在點擊“仿真”按鈕后的2~5秒顯示。在仿真中，能自動彈出相關的幫助WORD文檔(C:\SDATA\HELP)，供使用者參考。中，與仿真圖形對應的動態(tài)波形數(shù)據(數(shù)表)在C:\SDATA中五．水輪機調節(jié)仿真決策支持系統(tǒng)案例振蕩型PID參數(shù)優(yōu)化方向。仿真決策支持系統(tǒng)中輸入機組和水輪機調速器的實際參數(shù)（Ta、機組水流時間常數(shù)Tw、導葉接力器關閉時間Tf和開啟時間Tg、槳葉接力器關閉時間Tjf和開啟時間Tjg、導葉接力器空載開度y0、調速器PID參數(shù)KP、KI、KD、永態(tài)差值系數(shù)bp等），通過調節(jié)甩100%負荷動態(tài)過程的仿真波形盡量接近機組甩100%負荷動態(tài)過程的錄波曲線。*優(yōu)化調速器PID參數(shù)：修改調速器PID參數(shù)，優(yōu)化機組甩100%負荷動態(tài)過程的仿真波形，直至機組甩100%負荷動態(tài)過程的指標明顯優(yōu)化并滿足技術標準性能指標要求。*電站試驗驗證：在電站按照仿真結果修改調速器PID參數(shù)，進行機組甩100%負荷試驗機組基本參數(shù)：軸流轉槳式機組：導葉關閉時間Tf=18.0(s)，導葉開啟時間Tg=8.0(s)，槳葉關閉時間Tj=32(s空載開度y0=0.2甩負荷前開度y=0.92KP=3.2KI=0.22(1/sKD=1.0(s)；bt=0.32,Td=14.6(s),Tn=0.32(s)。甩負荷前接力器開度y=0.92。/實測特性分

值下降到50Hz附近、繼而上升并極為緩慢地趨近50Hz，機組甩負荷動態(tài)過程屬于遲緩型（S型）動態(tài)過程，因而需要恰當?shù)剡x擇合適的調速器PID參數(shù)，大體方向是，是適當?shù)丶哟蟊壤齂PKI（btTd。曲線（波形）擬合/enKYK12，使仿真得到的機組甩負荷動優(yōu)化調速器PID參數(shù)KP=3.3，KI=0.3(1/s)，KD=1.0(s)；bt=0.30,Td=11.0(s),Tn=0.30(s),見下圖。電站試驗驗證1).KI=0.22(1/s)增大為KI=0.3(1/s)，或Td=14.6(s)減小為Td=11.0(s)；差值為3.6(s)。 KD=1.0(s)，Tn=0.32(s)增大為Tn=0.3(s)；差值為0.02(s)KP=3.3，bt=0.30，差值為0.02在電站參考仿真結果修改PID參數(shù)，機組甩負荷特性明顯改善。六．水輪機調節(jié)系統(tǒng)水輪機調節(jié)系統(tǒng)的結構框圖水機節(jié)統(tǒng)由輪控系統(tǒng)(Hydraulicturbinecontrolsystems)和被控制系統(tǒng)(Controlledsystem)組成的閉環(huán)系統(tǒng)(Closedloopsystem)。水輪機制系是用于檢測被控參量（轉速、功率、水位、流量等）與給參量的偏差，并將它們按一定特性轉換成主接力器(Mainservomotor)行程偏差的些備所組成系統(tǒng)也可稱為調器水輪機調速器(Hydraulicturbines ernor)則實機及制構和指示儀表等組成的一個或幾個裝置的稱；從一般義上講，水輪機控制系統(tǒng)就是包含油引水和泄水系統(tǒng)、裝有電壓調節(jié)器的發(fā)機及其所并的電網及負荷，也可以稱為調節(jié)對象。的頻率f（與其成比例的被控制機組的轉速n、機組有功功率Pg、機組運行水頭H、水輪機流Q等參量測量出來，與水輪機控制系統(tǒng)的頻率給定、功率給定、接力器開度給定等給定統(tǒng)(Openloopsystem)。因此，對應于一個輸入控制量，便有一個相應固定的輸出量與之發(fā)電電網、負被控(包括機組(電網)頻率、機組功率等)對(Feedbackeffect)(調速器)自身也是一個閉環(huán)系統(tǒng)。輸入信號與反(Stability)始終是一個重要問題。除去穩(wěn)定問題之外，閉環(huán)控制(調節(jié))系統(tǒng)的動態(tài)過程及動態(tài)品質(性能)也是比開環(huán)系統(tǒng)復雜的多；因為，閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定時，還可能出現(xiàn)動態(tài)過程中超調(Overshoot)或衰減振蕩(Damplyoscillation)現(xiàn)象。被控制系統(tǒng)水輪機控制系統(tǒng)水輪機調節(jié)系統(tǒng)的任務50H（赫茲0.2Hz5%~10%2%~3%（頻率（頻率早期的機械調速器和電液調速器的主要作用是根據偏離額定值的機組頻率的水輪機調速器主要是一個機組頻率（轉速）調節(jié)器(Frequency(speed)regulator)。要求。與微機調速器發(fā)展、完善和廣泛應用的同時，水電廠自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC、電AGCAGC統(tǒng)的功能有了增加和擴展：在完成水輪機頻率（轉速）的調節(jié)任務的同時，還與電網AGC范圍，除包含了原來的機組頻率(轉速)調節(jié)的內容之外，還要完成電網AGC系統(tǒng)和電廠AGC①②.被控制的水輪發(fā)電機組單機帶負荷或在小電網中運行，水輪機調速器的任務是調電網AGC系統(tǒng)和電廠AGC系統(tǒng)下達的機組給定功率的指令，調節(jié)水輪機組有功功率，滿足水輪機調節(jié)的實質Jdd

M

J——機組轉動部分的慣性矩（kg·m2n——機組轉動角速度（radsn——機組轉動速度（r/minMt——水輪機轉矩（N·mMg——發(fā)電機負荷阻力矩（負載轉矩）（N·m式（1）清楚地表明，水輪發(fā)電機組是轉速對力矩的積分環(huán)節(jié)，機組轉速(頻率)保持恒值的條件是d 0，即要求MM，否則就會導致機組轉速(頻率)相對于額定值持續(xù)升d 水輪機轉矩對轉速的傳遞系數(shù)et(ex)和發(fā)電機負載轉矩對轉速的傳遞系數(shù)eg的特性，使得M （m——水的密度（kg/m3導水機構開度（Q）和水輪機輪葉的角度（從而調節(jié)水輪機效率tMtMg，才能使機組在一個允許的穩(wěn)定轉速（頻率）水輪機調節(jié)系統(tǒng)的特點Tw來表述。水流慣性時間常數(shù)(Waterinertiatimeconstant)是在額定工況下的表征過水管道中水流慣性的特征時間。水流慣性時間常數(shù)Tw的表達式見式(9)。水流慣性時間常數(shù)Tw的物理概念是：在額定水頭Hr作用下，過水管道內的流量由0加大至額定流量Qr所需要的時間。水輪發(fā)電機組的機械慣性，可用機組慣性時間常數(shù)Ta來表述。機組慣性時間常數(shù)(Unitinertiatimeconstantunitaccelerationconstant)是機組在額定轉速時的動量矩與額定轉矩之比。機組慣性時間常數(shù)Ta的表達式見式(11)和式(12).機組慣性時間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機組轉速n0上升nr所需要的時間；這使得對于一個階躍輸入信號，機組轉速的動態(tài)過程具有明開度開始，至機組轉速到達變化差值95%的時間為3Ta，至機組轉速到達變化差值98%的時間4Ta；例如，Ta=10s95%t0.95≈30s98%的時間t0.98≈40s。輪機調速器必需在其工作電源后，仍然能靠的能源可靠地關閉水輪機導水機構,以手動水輪機調節(jié)術、計算機技術、自動控制技術等的出現(xiàn)及應用，才逐步使水輪機調節(jié)系統(tǒng)成為的水微分(超前)操作原則在手動操作中，不僅要密切觀察機組頻率偏離額定值的大小，而且要注意機組頻率向54Hz以較快的速度下降到51Hz時，雖然它仍然大于50Hz，不續(xù)水，需使構啟才有(Derivative)積分(微量、精確)操作原則七．水輪機調節(jié)系統(tǒng)的PID調節(jié)規(guī)律微機調速器簡化結構圖如下列2個框圖所示。y(圖12和圖13中虛線所示)。仿真結果及現(xiàn)場試驗結果表明，兩種反饋信號取法的動態(tài)性測 1機 1+fg+

fKKD1T

1T1Ty 1

+ +b+bp(

y–yf1

機 死g頻

PID型微機調速器結構圖 +K+

y轉 ySS11

1

+

·1T1v + bp(bp(

1y–yf

1PID型微機調速器結構圖若永態(tài)差值系數(shù)bp為零，則得到PID調節(jié)器輸出yPID對其輸入頻差f

K1 K DD(S) I 1TYPID(S)

K1KS

（取=0）F(S) I D 式中，YPID(S)——接力器行程yPID的拉斯變換；F(S)——機組頻率f的拉斯比較上列公式，可以得到PID型調速器的比例增益KP、積分增益KI、微分增益KD加速度-緩沖型調速器的暫態(tài)差值系數(shù)bt、緩沖時間常數(shù)Td、加速度時間常數(shù)Tn這兩套TdTn1Kb b t t KIb t K bbTKPTKPK K K ItT DKb DtK PID調節(jié)器的階躍輸入響應特性如下圖。yCFKD

EHD

B 0 根據上列公式，可以方便地在2種參數(shù)間換算。例如，已知KP=2.5、KI=0.25(1/sKD=1.25s，則易bt≈0.4、Td=10s和Tn=0.5s八．水輪機調節(jié)系統(tǒng)的仿真模型 水輪發(fā)電機組仿真系統(tǒng)結構圖(KP、KI、K1K2K3K4K5K6K7K1/K2（電網頻率信號投入/閉環(huán)/開環(huán)K3/K4/K5（前饋信號投入/切除開關；K6是功率/K7是調節(jié)器導葉開度接力器實際開度反饋信號選擇開關。這些開關的不同位置及其組合，可以構成水輪機調節(jié)系統(tǒng)的不同工況的仿真模型。當然，由于水輪機調節(jié)系統(tǒng)各種工況的差異性很大，最好是對于不同工況使用的模型，有時甚至對于一種工況采用幾個不同的模型，以滿足特殊工況和仿真目標參數(shù)的要求。水輪發(fā)電機組仿真系統(tǒng)結構圖(bt、Td、九．水輪發(fā)電機組的水流修正系數(shù)Ky、水壓修正系數(shù)Kh和機組慣性比率(UnitInertiaRatio)RI機組自調節(jié)系數(shù)en和機組慣性比率GB/T9652.1-2007《水輪機控制系統(tǒng)技術條件》規(guī)定的靜態(tài)及動態(tài)特性指標適用工作條件中關于“水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta”有下列條款：“3.3對比例積分微分（PID）型調速器，水輪機引水系統(tǒng)的水流慣性時間常數(shù)Tw不4s（PI）Tw2.5s。水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta的比值不大于0.4。反擊式機組的Ta不小4s，沖擊式Ta不小于2s于水輪機引水系統(tǒng)的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值和水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta眾所周知，機組慣性時間常數(shù)Ta和水流慣性時間常數(shù)Tw的數(shù)值，對于水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的品質起著重要的作用；但是，對于“水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta比值的大小，對于水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性品質的影響，要遠遠大于機組慣性時間常數(shù)Ta和水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值的影響。慣性時間常數(shù)Ta比值對系統(tǒng)動態(tài)特性品質的影響。水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta和機組自調節(jié)系數(shù) GD2nTar M 水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta的表達式為Ta=(GD2nr2/3580Pr參見式(1-4)和式(1-5))。值得的是，由水輪發(fā)電機組設計和制造單位提供的水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta組慣性時間常數(shù)Ta是十分繁瑣和的。被控制系統(tǒng)自調節(jié)系數(shù)en(Controlledsystemself-regulationcoefficient)是在取轉速點的發(fā)電機轉矩對轉速的傳遞系數(shù)eg與水輪機轉矩對轉速的傳遞系數(shù)et發(fā)電機轉矩對轉速的傳遞系數(shù)eg(Transmissioncoefficientofgeneratorloadtorquetospeed)又稱發(fā)電機負載自調節(jié)系數(shù)(Generatorloadself-regulation值的關系曲線在所取轉速點的斜率；水輪機轉矩對轉速的傳遞系數(shù)et(Transmissioncoefficientofturbinetorquetospeed)(Turbineself-regulationcoefficient)，是水頭和主接力器行程恒定時，水輪機轉矩相對偏差值Δp與機組轉速相對偏差值Δn(頻率相對偏差值Δf)en=Δp/Δn=Δp/Δfenen水輪發(fā)電機組的動態(tài)過程中，機組自調節(jié)系數(shù)en的數(shù)值也是在變化的。機組自調節(jié)系數(shù)變化對水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta的影響。水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw、水流修正系數(shù)Ky和水壓修正系數(shù)值得的是，由水電站設計單位提供的水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw值，是指如果要對不同的機組運行工況，使用修正后的水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw也是十分繁瑣和的。所以，我們引入水流修正系數(shù)KY，用以在不同的機組運行水頭H和機組功率工況下，修正水流時間常數(shù)Tw對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)過程的影響。水輪發(fā)電機組水流慣性時間常數(shù)Tw的表達式為Tw=ΣLV/gH水流慣性時間常數(shù)Tw與引水系統(tǒng)各個分段的水流流速V成正比、與機組運行水頭H成反比。值得著重的是，電站設計單位(水電勘測設計院)提供的機組水流慣性時間常數(shù)Tw，是在機組額定工況(機組額定運行水頭Hr和機組額定功率pr)下的數(shù)值。機組不同的運行水頭H和機組功率p不同，實際起作用的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值也是不同的。水電站試驗資料和仿真結果表明，特別是水流慣性時間常數(shù)Tw對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的影響程度，H變化大的水輪發(fā)電機組，最小運行水頭下的較好的調速器比例增益KP和積分增益KI的數(shù)值，要分別明顯小于最大運行水頭下的較好的調速器比例增益KP和1水流修正系數(shù)(WaterCorrectingCoefficient)程度上接近實際水輪機調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性。水流修正系數(shù)的表示符號為KY。水流修正系數(shù)KY與機組運行水頭H的定性關系機組運行水頭H大于機組額定水頭HHr②.由于機組運行水頭H大于機組額定水頭Hr，機組流量Q小于機組額定水頭下的流量Qr，因而引水系統(tǒng)各段水流的流速V都分別小于機組額定水頭的流速Vr，這也將使得此時的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值小于機組額的工況的數(shù)值。所以，機組運行水頭H大于機組額定水頭Hr時，對水輪機調節(jié)系統(tǒng)起實際作用的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值，比機組額定水頭下的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值要小。應該使用較小的水流修正系數(shù)KY。機組運行水頭H小于機組額定水頭HHr②.由于機組運行水頭H小于機組額定水頭Hr，機組流量Q大機組額定水頭下的流量Qr，因而引水系統(tǒng)各段水流的流速V都分別大機組額定水頭的流速Vr，這也將使得此時的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值大于機組額的工況的數(shù)值。所以，機組運行水頭H小于機組額定水頭Hr時，對水輪機調節(jié)系統(tǒng)起實際作用的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值，比機組額定水頭下的水流慣性時間常數(shù)Tw數(shù)值要大。應該使用較大的水流修正系數(shù)KY。水流修正系數(shù)KY與機組負荷p的定性關系機組負荷p小(例如機組空載)，機組流量Q小、引水系統(tǒng)各段水流流速V小，應該使用較小的水流修正系數(shù)KY。機組負荷p大(例如機組甩100%額定負荷)，機組流量Q大、引水系統(tǒng)各段水流流速V大，應該使用較大的水流修正系數(shù)KY。所以，在其它條件相同時，機組甩100%額定負荷工況仿真的水流修正系數(shù)KY數(shù)值，應該大于機組空載擾動工況仿真的水流修正系數(shù)KY數(shù)值。Ky的變量，可以選擇不同Ky的數(shù)值，來反映上述機組運行水頭變化和機組負荷對機組云動態(tài)特性的Ky的數(shù)值，來微量改變機組轉速(頻率)和電機組水流慣性時間常數(shù)Tw的影響。水壓修正系數(shù)Kh是用再機組甩負荷仿真項目時，修正蝸殼水壓仿真動態(tài)波形的參數(shù)。機組慣性比率UnitInertiaGB/T9652.1-2007《水輪機控制系統(tǒng)技術條件》中規(guī)定了“靜態(tài)及動態(tài)特性指標適用鑒于“水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta的比值”對水輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特2機組慣性比率(UnitInertia機組慣性比率是水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta的比值，它反映了機組水流RI (4-式中：RI—水輪發(fā)電機組慣性比率，簡稱機組慣性比率(UnitInertiaRatio)Ta—機組慣性時間常數(shù)(s)。TaRI的數(shù)值，并顯示在仿真結果中，以便于讀者加深機組慣性比率RI這個名詞術語的認識，并逐漸形成對機組慣性比率RI數(shù)量上的概念。Ta和水輪發(fā)電機組水流慣性時等于水流慣性時間常數(shù)Tw與水輪發(fā)電機組慣性時間常數(shù)Ta的比值。統(tǒng)計資料表明，與不同類型的水輪機構成的水輪發(fā)電機組對應的機組慣性比率RI=Tw/Ta也有不同的特點。機組慣性比率RI的數(shù)據。從表中的有關數(shù)據可以看出，混流式機組慣性時間常數(shù)Ta慣性時間常數(shù)Ta和機組水流慣性時間常數(shù)Tw平均值計算的機組慣性比率RI 平均值為0.183。水電站RI123456789 1234567 123456789下表給出了若干使用燈泡貫流式水輪機TaTw值計算器的機組慣性比率RI平均值為：0.856。 1234567十．水輪機調節(jié)系統(tǒng)受到擾動后的動態(tài)過程的類型在對水輪機調節(jié)系統(tǒng)進行的每一次仿真中，我們都采用1個(或1組)仿真目標參數(shù)的個(或3組)數(shù)值進行。這樣我們可以在其它參數(shù)相同的條件下，得到33組)仿真目標基于對眾多水輪機調節(jié)系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗資料和仿真結果的整理和分析，水輪機調節(jié)系統(tǒng)受到擾動(100%額定負荷和孤立電網運行)后的典型動態(tài)過程的形態(tài)，劃分為遲緩型(SlowType，以下簡稱S型(遲緩型))、優(yōu)良型(BetterType，以下簡稱S型(優(yōu)良型))和振蕩型(OscillatoryType，以下簡稱O型)等3100%額定負荷動態(tài)過程是密切相關的，也就是說，具有S遲緩型)、B型(優(yōu)良型)或O型空載擾動特性的系統(tǒng)，一般也會具有與之對應相同的S型(遲緩型)、B型(優(yōu)良型)或O型的機組甩100%額定負荷的動態(tài)S遲緩型)水輪機調節(jié)系統(tǒng)空載頻率擾動特性的系統(tǒng)，那么其機組甩100%額定負荷特性有極大可能也是S型(遲緩型)動態(tài)特性。這種有關聯(lián)特性為我們在電站選取調速器的PID參數(shù)提供了有效的途徑，因為在水電站現(xiàn)場，不可能進行多次機組100%額定負荷的試驗。我們在空載頻率擾動試驗中，通過選擇調速器的PID參數(shù)，使其具有B優(yōu)良型)的空載頻率擾動特性，從而就選擇了機組100%額定負荷時使用的調速器PID水輪機調節(jié)系統(tǒng)機組 100%額定負荷動態(tài)過程仿真結水輪機調節(jié)系統(tǒng)S型(遲緩型(SlowType))動態(tài)過程接力器行程y運動特點機組頻率f運動特點機組甩負荷S紅色KP和/或積分增益KI取機組空載擾S型(遲緩紅色KP和/或積分增益KI取孤立電網運S型(遲緩紅色電網頻率從谷值(或峰值)積分增益KI取值過小或比例增益KP過小和搭RI水輪機調節(jié)系統(tǒng)B型(優(yōu)良型(BetterType))動態(tài)過程接力器行程y運動特點機組頻率f運動特點B機組甩負荷(黑色實線)接力器關閉到接近接力器或者從接力器在關閉至全關位個小的超過接力器空載開度的機組頻率調節(jié)穩(wěn)定時間比例增益KP和/值合理和搭配恰B機組空載擾行程到達擾動后穩(wěn)定值的速度比例增益KP和/值合理和搭配恰機組頻率調節(jié)穩(wěn)定時間B電網頻率從谷值(或峰值)向穩(wěn)定值恢復的速度適比例增益KP或積分增益KI孤立電網運當(黑色實線)水輪機調節(jié)系統(tǒng)O型(振蕩型(OscillatoryType))動態(tài)過接力器行程y運動特點機組頻率f運動特點機組甩負荷O(藍色虛線)從接力器從關閉至完全關比例增益KP和/值過大和搭配不機組空載擾O(藍色虛線)震蕩形態(tài)趨近于接力器擾動后比例增益KP和/值過大和搭配不孤立電網運O(藍色虛線)而緩慢的形態(tài)趨近于接力器穩(wěn)定開度，接力器調節(jié)穩(wěn)定時間向穩(wěn)定值恢復的速度過過大或比例十一.水輪機調節(jié)系統(tǒng)常用英文名hydraulicturbineregulatingsystem水輪機控制系統(tǒng)hydraulicturbinecontrolsystems被控制系統(tǒng)controlledsystem調速 微機調速 puter 雙調整調速器double 比例-積分-微分調速器proportional-integral- speedsensingfrequencyartificialdeadbandmodule電液轉換器electro-hydraulicconverterelectro-hydraulicservo-valve電液比例（方向）electro-hydraulicproportionaldirectional)maindistributingvalve,control（機械）(mechanical)openingelectricalopeningspeedadjustingmechanism,speedpowersettingfrequencysettingpilotmainguidevane(runner)blade[jetdeflector/cutindeflector]combinationstepclosingautomaticmanuallimitedloadisolatedparallelno-loadoperation,idlingloadloadsteadysmalloscillationcondition;smalltransientlargeoscillationcondition;largetransienttypeworkshopacceptanceno-loaddisturbingloadloadrejectionratedrelativespeedrelativedeviationof給定[指令]commandcommandsignalrelativedeviationofcommandservomotor接力器最大行程umservomotorrelativestrokeofservomotorstroke接力器行程相對偏差relativedeviationofservomotorstrokeneutralpositionofmaindistributingvalve主配壓閥行程maindistributingvalvestroke主配壓閥最大行程umstrokeofmaindistributing