調速器原理3/22/20231主要內容水輪機調節的基本概念及工作原理微機調速器的工作原理調速系統重要元件作用與原理答疑3/22/20232一、水輪機調節的基本概念及原理水輪機調節的任務和特點水輪機調速系統的工作原理水輪機調速器的發展與分類水輪機調速器的功能和調節系統的靜動態特性。水輪機調節系統并列運行中靜態分析3/22/20233任務系統對頻率穩定的要求，大電網±0。4%，中小電網要求頻率波動值不超過±1%。系統負荷總在不斷變化，并且有一定的不可預見性，負荷變化必須導致系統頻率的變化。基本任務

1、隨外界負荷的變化，迅速改變機組的出力

2、保持機組轉速和頻率變化在規定范圍內。

3、啟動、停機、增減負荷，對并入電網的機組進行成組調節(負荷分配)。3/22/20234任務及途徑調節水輪機輸出功率，最有效的方法和途徑是調節水輪機的流量。而流量的調節是通過改變導水機構（活動導葉）的開度來實現的。對轉漿式、貫流式還可以通過協調調節輪葉轉角來共同實現對流量的調節，而實現這種調節的控制裝置就是水輪機調速器。3/22/20235任務及途徑式中：——水輪機主動力矩(水流推動葉片做功)

——發電機的阻力矩

——機組慣性矩；

——角加速度；水輪發電機組的運動方程3/22/20236任務及途徑所以當負荷變化時，應調節Mt，使Mt=Mg，n=ne又：要使，一般不能改變H和效率η，而是通過改變Q而達到改變主動力矩Mt的目的。3/22/20237水輪機調節的定義

隨著電力系統負荷變化，水輪機相應地改變導葉開度(或針閥行程)，使機組轉速恢復并保持為額定轉速的過程，稱為水輪機調節。調節實質：調節轉速水輪機調節所用的調節裝置稱為水輪機調速器。3/22/20238水輪機調節的特點必須具備足夠大的調節功調節滯后易產生過調節水擊的反調效應結構復雜3/22/20239水輪機調節的工作原理水輪機調節系統的組成水輪機+導水機構+調速器構成水輪機自動調節系統調速器的作用以轉速偏差為依據，迅速自動地調節導葉開度，達到改變出力恢復轉速的目的。3/22/202310調速器發展與分類發展19世紀末到20世紀30年代，機械液壓型水輪機調速1944年第一臺電氣液壓型調速器20世紀70年代第一臺數字式調速器（微機調速器），中國是80年代開展了微機調速器的研制。分類按元件結構分機械液壓型和電氣液壓型，電氣液壓分模擬型電氣液壓型和微機型電氣液壓調速器。按調節數目分為間調節調速器和雙調節調速器。按工作容量分為特小型、小型、中型、大（巨）型調速器。大型工作容量50KNM以上，并按放大執行元件主配壓閥直徑（80、100、150、200、250）來計算。3/22/202311水輪機調節的工作原理機械液壓型調速器電氣液壓型調速器微機液壓型調速器3/22/202312水輪機調節的工作原理3/22/202313水輪機調節的工作原理3/22/202314水輪機調節的工作原理3/22/2023153/22/202316水輪機調速器的功能維持機組轉速恒定（基本功能）承擔機組啟動、停機、并網和增減負荷有功功率分配機組安全控制，如事故停機。3/22/202317調節系統的靜動態特性動態特性調節特性指標圖。調節時間、最大轉速偏差、超調量、振蕩次數。3/22/202318調節系統的靜動態特性曲線照片3/22/202319調節系統的靜動態特性靜態特性調節系統靜態特性指標：調差率ep調速器靜態特性指標：調速器永態轉差率bp我們通常所說的調差率，都是指調速器的永態轉差系數。3/22/202320調節系統的靜動態特性靜態特性圖片3/22/202321并列運行中靜態分析調差及功給（或轉速調整）機構的工作原理及作用作用：使調節系統靜特性平行移動，以達到改變機組轉速（或改變機組所帶負荷）的目的。3/22/202322并列運行中靜態分析變動負荷在并列工作機組間的分配3/22/202323并列運行中靜態分析功給機構的作用在機組并列運行時，功給機組可調整機組所承擔的負荷以及系統的轉速（頻率）3/22/202324二、微機調速器的工作原理微機調速器的基本原理及原理框圖微機調速器的控制方式微機調速器的伺服系統微機調速器的電氣原理圖3/22/202325微機調速器的優點（較電氣型）1、調節規律用軟件程序實現，不僅可以實現PI、PID調節規律，還可以實現其他更復雜的調節規律，如前饋控制、自適應調節等。2、調節參數的速寫和修改方便，運行狀態的查詢和轉抽象靈活。3、機組的開、停機規律可方便地用軟件程序實現。即停機過程可根據調節保證計算要求，靈活實現折線關閉規律；開機過程可根據機組增速及引水系統最大壓力降的具體要求進行設定。4、簡化了操作回路。各種運行操作相互間的邏輯關系均可用軟件程序完成，取消了相應的繼電器，降低了成本，提高了可靠性。5、便于直接與計算機監控系統的現地控制單元進行信息交互，有利于實現全廠的綜合控制，提高水電站的自動化水平。3/22/202326微機調速器的基本原理微機調速器控制系統結構圖3/22/202327微機調速器的基本原理目前微機調速器按其調節規律來說多數是PID型，個別的采用了適應式變參數PID。按算法不同可分為位置型、增量型和仿真量型三種，按所采用的伺服系統不同，又有電液隨動系統型和數液型伺服系統型。3/22/202328微機調速器的原理框圖位置型數字PID微機調速器圖3/22/202329微機調速器的原理框圖增量型數字PID微機調速器圖3/22/202330微機調速器的原理框圖仿增量型數字PID微機調速器圖3/22/202331微機調速器的原理框圖桐子壕電站調速器原理圖3/22/202332微機調速器的調節模式三種模式：頻率、開度、功率1、頻率調節模式（YM）：適用于機組空載自動運行、單機帶孤立負荷或機組并入小電網運行、機組并入大電網作調頻方式運行等情況。主要特征：

1）人工頻率死區、人工開度死區和人工功率死區等環節全部切除。

2）采用PID調節規律，即微分參數不為零。

3）調差反饋信號取自PID調節器的輸出YPID，并構成調速器的靜態特性。

4）該模式下，功率給定Pc實時跟蹤機組實際功率Pg，其本身不參加閉環自動調節。3/22/202333微機調速器的調節模式2、開度調節模式（YM）：是機組并入大網后采用的一種調節模式。主要用于機組帶基荷運行工況，其特點是：

1）人工頻率死區、人工開度死區和人工功率死區等環節全部投入工作。

2）采用PI調節規律，即微分參數為零。

3）調差反饋信號取自PID調節器的輸出YPI，并構成調速器的靜態特性。

4）微機調節器通過開度給定Yc變更機組負荷，而功率給定不參與閉環負荷調節，功率給定Pc實時跟蹤機組實行功率，以保證由該調節模式切換至“功率調節”模式時無擾動轉換。3/22/202334微機調速器的調節模式3、功率調節模式（YM）：是機組并入大網后帶基荷運行工況優先采用的一種調節模式。其特點是：

1）人工頻率死區、人工開度死區和人工功率死區等環節全部投入工作。

2）采用PI調節規律，即微分參數為零。

3）調差反饋信號取自機組功率Pg，并構成調速器的靜態特性。

4）功率調節模式特別適合于水電站實施AGC工況。在該模式下，微機調節器通過功率給定（或者由上位機下達功率給定值）使機組變更負荷。而開度給定不參與閉環負荷調節，開度給定Yc實時跟蹤機組導葉接力器開度值，以保證由該調節模式切換至“開度調節”模式時無擾動轉換。3/22/202335微機調速器的調節模式4、調節模式之間的相互轉換1）機組自動開機后進入“空載”工況，調速器處于“頻率調節模式”；2）當發電機出口開關閉合時，機組并入電網工作，若機組帶基荷運行機制，此時調速器自動選擇“功率調節”模式工作。機組并網后，也可以人為地選擇三種調節模式中任何一種調節模式工作；3）當調速器在“功率調節”模式工作時，若檢測出機組功率反饋故障，則調速器自動切換至“開度調節”模式工作；4）調速器工作于“功率調節”或“開度調節”模式時，電網頻率偏離額定值過大（超過人工頻率死區整定值），且保持一段時間（若持續15S），則調速器自動切換至“頻率調節”模式工作；5）當處于“功率調節”或“開度調節”模式下帶負荷運行時，由于某種故障導致發電機出口開關跳閘，機組甩負荷，同時調速器也自動切換至“頻率調節”模式，使機組運行于空載工況。3/22/202336微機調速器的伺服系統微機調速器分兩大部分，微機調節器和伺服系統。常見5種：

1、電液伺服閥驅動的電液隨動系統；

2、基于電流比例閥驅動的電液比例伺服系統；

3、基于伺服電機驅動的電機伺服系統；

4、基于步進電機伺服系統

5、基于電液數字閥驅動的數字閥伺服系統。前3種屬于電液伺服系統（或稱電液隨動系統），后兩種屬于數液伺服系統。3/22/202337微機調速器的伺服系統電液比例伺服系統3/22/202338微機調速器的伺服系統步進電機伺服系統（結合CAD步進電機圖）3/22/202339三、調速系統重要元件及作用油壓裝置兩段關閉電磁閥事故配壓閥3/22/202340油壓裝置供給調速器操作所需壓力的儲能設備。包括：壓力油罐、回油箱、油泵、保護裝置、控制裝置、補氣裝置、安全裝置。油罐油氣比：四分之一到三分之一。