bp
•
A
1.0
y
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频率给定 f c ：根据运行要求设定的系统频率。 开度/功率给定 y c p c ：对应于频率给定的开度及功率。 人工开度/功率死区：不起调节作用的开度及功率区间。
微机调速器进入稳定状态的必要条件：
f c f g 50 b p ( y c y ) f c f n 50 e p ( p c p )
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当系统负荷发生变化时，各机组根据自身的速度变动率，自动分配 系统的负荷变化，分配的多少与速度变动率成反比。 在二次调频中，一般选用速度变动率较小，容量大的机组或电站利 用调速器的频率调整机构，联合调节。这要求做此种功能的机组调节性 能要好，调速器动作灵敏。
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其实，对于比例-积分-微分环节的调节机理我们在对水轮机进行 手动调节时已经形象地反映出来了。例如：机组频率为51HZ和 54HZ均大于50HZ，但针对前者，关闭导叶的幅度要小一点，慢 一点；对于后者，幅度要大一点，快一点。这就是比例环节的 体现。 当机组频率接近额定值时，应当密切观察频率偏差， 缓慢、微量地开启或关闭导叶，直至机频恢复正常范围。 类似 于积分环节。 当机频由54HZ以较快速度下降到51HZ时，虽然仍 大于50HZ，但此时不应继续关闭导叶，可能还需要使导叶稍微 开启一点，这是针对水流惯性和机组惯性而采取的超前调节原 则，对应于PID环节中的微分环节。
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频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量的下降不仅影响用户 的用电质量，同时对电力系统的影响也很大，严重时可造成系统瓦解。 当机组并入大电网运行时，水轮机调速器主要起到电网一次调频 的频率调节器和电网二次调频及电网负荷频率控制的功率控制器的作 用。所以，原来所说的水轮机调节系统的功能有了增加和扩展：在完 成水轮机频率调节任务的同时，还与电网AGC系统和电厂AGC系统相接 口，具有一些与电网控制有关的附加功能。 电网的一次调频是针对偏离了系统额定频率50HZ的频率偏差，按 功率永态差值系数（速度变动率）ep对机组进行功率控制，由于该系 数的存在，也决定了该调节是一个有差调节，因而由各机组共同完成 的一次调频不可能完全弥补电网的功率差值，从而也不可能使电网频 率恢复到允许范围。 为了进行电网负荷频率控制，使电网的功率差值得到弥补，恢复 电网频率，就必须进行电网的二次调频，控制机组的目标功率值，改 变调速系统静态特性曲线，使机组在新的目标功率值确定的静态工作 点下运行，补偿了功率和频率，电网实现新的功率平衡。
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3、水轮机调节系统的结构框图
被控制系统
引水和泄水 系 统 水头
水轮机
励磁
转矩
发电机
频率 （转速）
电网
测量元件 导叶开度 （流量） 执行机构
放大校正元 件
反馈元件
给定元件
控制系统（调速器）
• 水轮机调节的实质就是根据偏离额定值的转速偏差信号，调节水轮机的 导水机构，维持水轮发电机组功率与负荷功率的平衡。
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控制原理
简单说一下以上的PID环节，也就是通常说到的比例-积分-微分 环节，一个调节信号的输入，经过比例环节可以进行放大处理， 但不能消除偏差，只能对偏差信号进行粗调；而积分环节可以 通过积分放大比例环节无法调节的小误差，消除稳态误差；微 分环节则是根据偏差的速度来调节，预测误差的变化趋势，达 到减小超调量，消除偏差的目的。
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控制原理
机频 信号 网频 信号
信号 整形
电液转 换器
机械液 压系统
现地开关、 按钮操作 二次及监控 系统送来的 开关量指令
监控及AGC 等送来的数 字量指令
可 编 程 计 算 机 控 制 器 P C C
传感 器
变送 器 人机对 话单元
微机调节器包括外部信号处理， 通信，PID调节等模块，最后输 出模拟电压信号。 电液转换器通过驱动器、步进 电机可以完成电气信号至机械 液压信号的转换。 机械液压系统由引导阀、主配 压阀及接力器及其它辅助机构 构成导叶控制部分。 微机调速器工作时，通过测量 比较环节输入频率差或其它信 号，信号经过整形处理后，输 入到PID控制环节，得到一个消 除偏差的信号，该信号在电液 转换器中完成电信号到位移信 号的转换，达到控制机械液压 系统的目的，完成频率调整。
xf 1 4 2
ep
3 5 1.0 p
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需要指出，在机组并网并在频率模式和开度模式下工作时或机组空载运行 时永态差值系数应取bp（即机组频率对于导叶接力器行程的永态差值系数）， 这里为了说明方便，取机组频率对于机组有功功率的永态差值系数ep来进行说 明。在实际运用中，采用bp还是ep是有本质上的区别的。ep的定义与bp定义 相同，只是ep静特性曲线的横坐标为功率。
水轮机调节及频率调整概述
一、水轮机调节系统
1、水轮机调节系统的组成 水轮机调节系统是由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环系统。 从一般意义上讲，水轮机控制系统就是包含油压装置在内的水轮机调 速器。被控制系统包括水轮机、引水及泄水系统、装有电压调节器的发电 机及其所并入的电网及负荷，也可以称为调节对象。 2、工作过程 水轮机控制系统的测量元件把被控制系统的机频、机组有功、运行水 头、水轮机流量等参数测量出来，将水轮机控制系统的频率给定、功率给 定、接力器开度给定等给定信号和接力器实际开度等反馈信号进行综合， 由放大校正元件处理后经接力器驱动水轮机导叶机构及轮叶机构，改变被 控制的水轮发电机组的功率及频率。
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4、水轮机调速器的发展历程
随着机械、液压、电子、计算机、自动控制等技术的发展，水轮机调速 器经过了机械液压调速器、电液调速器、微机调速器的发展历程。
机械液压调速器
测速、稳定及反馈信号用机械方法产生，经机械综合后通过液压放大部分实现驱动水轮机接 力器的调速器。
电气液压调速器
工作原理与机械液压调速器一样，仅仅是用若干电气环节取代了机械液压调速器的测量、反 馈和调节部件。
xf
xf1 ep xf2 xf3
A
C
② Pc2 ① Pc1
B
O
p1
p2
p3
p
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上图中，A点的机组目标功率为Pc1，机组实际功率为P1=Pc1 ， 机组频率为f1，速度变动率为ep，如果此时负荷突然增加到P3，功率 缺额为P3-P1。 负荷突然增加，发电机来不及调整出力，系统功率失去平衡，发 电机转速下降，系统频率下降，若不进行调节，系统频率将沿静态特 性曲线①Pc1下降至f3，各机组根据频率偏差进行一次调频，机组增 发功率P2-P1，系统频率为f2（图中的B点），由于一次调频是一个有 差调节，调节过程会引起频率的变化，（且仅根据bp或ep进行偏差计算， 系统必然存在稳态偏差）系统频率不可能恢复到扰动前的f1。 若电网二次调频将讨论的机组目标功率由Pc1修正为Pc2，水轮机 调节系统静态特性曲线变为②Pc2，其中Pc2=P3，最后的调节结果为 图中的C点，此时功率得到了补偿，系统频率也恢复到扰动前的f1。
微机调速器
微机调速器是以微机为核心进行测量、变换和处理信号的电液调速器。也叫做数字式电液调 速器。
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电厂水轮机调速器
WBD(S)T系列水轮机调速器是由 PCC控制器控制步进式电－位移伺 服系统，带动液压随动系统，实现 对水轮机的控制。 步进式电－位移伺服系统采用可编 程控制器PCC控制系统、数字式步 进电机驱动器＋步进电机＋位移转 换丝杆电液转换系统、主接位移传 感器反馈系统组成。 液压随动系统采用引导阀、辅助接 力器、主配压阀、主接力器组成。 水轮机调速器还与电站二次回路或 计算机监控系统相配合，完成水轮 发电机组的开机、停机、增减负荷、 紧急停机等任务。
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频率（转速）－ 信号Fg
∆F
频率死区
1 ep
Байду номын сангаас∆Pf
频率
+
+
频率设定值Fc
∆P PID调节
+
机 组
功率
机组目标功率 Pc
+
－
机组实际功率 PT
水轮机调节系统一次/二次调频功能框图
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3、调频特性 下图所示是以静态特性形式表示的水轮机调节系统的调频特性 （因负荷频率特性是一种有利的自调节特性，为了分析方便，此处未 考虑负荷频率特性）：
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二、电网负荷频率控制
1、水轮机微机调速器的静态特性
水轮机控制系统处于平衡状态下，被控参量相对偏差值与接力器行程相对偏差值 的关系特性。 主要参数： 永态差值系数bp：在水轮机控制系统静态特性曲线上，某一规定运行点处斜率的 负数。其大小表征了机组在系统中的地位。 转速死区：由于调速器存在摩擦和误差，使得接力器往返同一点的转速是不一样 的，这个差值区间是不起调节作用的，该区间即为转速死区。 xf
e 其中 f g 为机频， f n 为网频， p 为速度变动率
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2、水轮机调节系统的静态特性
配置了调速器的水轮发电机组，水轮机将自动调整进水量的大小，以 满足负荷变动的需要，从而保证频率偏差在允许的范围内。对应不同机组 有功功率，水轮机的静态频率特性为一簇曲线，随着进水量的变化使水轮 机的运行点从一条曲线过渡到另一条曲线，而各运行点之间的连线1-2-3称 为发电机组的功率-频率静态特性曲线。可以近似用直线4-5表示：
负荷的静态频率特性 当频率发生变化时，同一负荷在额定频率下的值也会因之而发生变化，且 其变化的方向是抑制频率的变化。频率增大或减小时，原来在额定频率下的负 荷值也会随着增加或减小，从而阻止频率的进一步变化。负荷的这种随频率变 化而变化的特性，通常称为电网负荷静态频率特性，因其对频率变化具有抑制 作用，也可称为电网负荷静态自调节特性。 在一次和二次调频的频率变化过程中，它起着有利于频率的稳定和补偿作 用。且由于电力系统运行允许的频率变化范围很小，在较小的频率范围内，该 曲线接近直线。