第二章
调速器基本原理和设备特性本章介绍调速器基本原理和MGC4000系列调速器的设备结构特性
2．调速器基本原理和设备特性 (3)
2.1调速系统原理介绍 (3)
2.2 MGC4000系列调速器概述 (4)
2.3 MGC系列调速器的选型说明 (4)
2.4 MGC系列调速器的性能参数 (5)
2.4.1 MGC系列调速器的主要技术参数 (5)
2.4.2 MGC系列调速器的基本功能 (6)
2.5调速器电气原理概述 (6)
2.6 MGC4000系列调速器电源系统 (8)
2.6.1 MGC4000系列调速器电源系统特点 (8)
2.6.2 MGC4000系列调速器的急停回路电源 (8)
2.7 MGC4000系列调速器双微机控制器冗余 (9)
2.7.1 MGC4000系列双微机控制器冗余特点 (9)
2.7.2 MGC4000系列双微机控制器切换特点 (9)
2.8 MGC4000系列调速器的通讯接口 (9)
2.8.1 RS232/485 接口 (9)
2.8.2 以太网接口 (9)
2．调速器基本原理和设备特性
2.1调速系统原理介绍
水轮机调速系统由水轮机控制系统和被控制系统组成，方框内即为调速系统。
水轮机控制系统用来检测被控参量（转速、流量、水位、功率等）与给定参量的偏差，并将它们按照一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。
被控制系统由控制系统控制的设备或物理量，包括水轮机、引水和泄水系统，发电机以及所并入的电网。
调速器通过外围的水位、频率、有功功率、导叶开度等传感器将机组的信息送至控制器，控制器将这些信息与监控系统或者调速器面板上的控制指令进行综合，判断机组当前的工作状态以及控制目标，并且将控制信号送至执行机构，将控制指令经过电液转换之后最终作用在导叶（桨叶）接力器上，从而改变机组的运行状态，达到预期的控制目标。
◆机组在并网运行前，调速器将机组调整到额定转速运行，此时调速器的作用为频率调节器，其调整目标是把机组频率调整到额定值。
◆机组在并网运行后，机组向电网输出有功功率，调整水轮机的导叶开度/桨叶开度能够改变机组输出的有功功率大小，此时调速器作为有功功率调节器工作，其调整目标是把机组发出的有功功率调整到电网需求的数值。
同时，调速器需要控制导叶开度，使得机组发出的有功功率不超过机组的额定功率，所以调速器也作为机组有功功率限制器使用。
当电网频率波动超过设定值后，调速器自动变为频率调节器，将机组频率稳定在机组额定值。
2.2 MGC4000系列调速器概述
MGC4000系列调速器，是能事达电气根据多年的调速器设计制造经验，并结合我国国情和水力发电行业特点开发的新产品。
其采用了高性能双微机调节器作为控制核心，搭配可靠性高的执行元件和全国产化具有完全自主知识产权的主配压阀，具有测频精度高、响应速度快、静态耗油量低和安装维护简便等特点，已经开始广泛应用于国内大、中型水电站中。
2.3 MGC系列调速器的选型说明
示例：NSD-MGC4004PS-S150/6.3 M340双控制器比例阀+伺服电机双调节型调速器
2.4 MGC系列调速器的性能参数
2.4.1 MGC系列调速器的主要技术参数
◆供电需求AC220V±15%，DC220V±15%
◆调节柜功耗 1.5KV A @ AC220V，1.5kW@DC220V ◆绝缘电阻>1MΩ@1000V DC
◆工作环境温度要求-10~55℃
◆工作环境相对湿度≤85%RH
◆控制器主频>100MHz
◆可用存储区大小>8MB
◆测频精度≤0.0015Hz
◆测频方式残压测频+齿盘测频
◆数字量输入/输出通道数量32路DI+32路DO（可扩展）
◆模拟量输入/输出通道数量8路AI+4路AO（可扩展）
◆模拟量输入输出精度≥12bits
◆模拟量输出负载能力0~20mA 500Ω
◆调节规律并联PID
◆永态转差系数bp可调节范围0~10%
◆比例增益Kp可调节范围0~20.0
◆积分增益Ki可调节范围0~20 1/s
◆微分增益Kd可调节范围0~10 s
◆人工转速失灵区调节范围0~±0.5Hz （可调节）
◆转速死区≤0.02%
◆接力器不动时间≤0.2s
◆操作管路中压力油流速＜5m/s
◆电液转换单元滞环＜0.2%
◆电液转换单元响应频宽20Hz~70Hz
◆频率给定可调范围Fn±10%
◆有功功率给定可调范围0~120%Pn
2.4.2 MGC系列调速器的基本功能
◆自动/手动启停机组功能
◆工况转化功能
◆自动/手动机组频率控制功能
◆自动/手动机组有功功率控制功能
◆双微机控制器冗余功能
◆紧急停机功能
◆调速器试验功能
◆模拟量校准和死区整定功能
◆调速系统故障自诊断和报警功能
◆一次调频功能
2.5调速器电气原理概述
◆调速器供电采用AC220V和DC220V共同供电的方式保证可靠性，电源经过整形和隔离滤波后送至开关电源，整合成DC24V供柜内自动化元件使用。
散热、除湿、照明和辅助电源采用交流220V。
◆频率信号采集调速器用频率信号来源有3路信号，①取自与机组大轴同步转动的齿盘测速装置②取自机端PT③取自系统PT。
◆模拟量采集调速器使用的水头、导叶开度等模拟量信号以4~20mA或0~10V 的形式直接送至控制器的模拟量输入模块，经过AD转换之后作为控制参量。
◆离散量采集调速器接收的开机、停机、增速、降速等操作命令经过光隔离之后进入控制器的开关量输入模块，经过转换之后作为控制指令。
◆模拟量输出调速器内部使用的参量，经过DA转换后通过模拟量输出模块，送至面板上的表计显示或者其它设备，以表示调速器当前的状态。
◆离散量输出调速器需要输出的信号，经过控制器离散量输出模块，送至输出功能板，驱动外围的指示灯或电磁阀等完成信号输出。
◆执行机构控制调速器的执行机构为电-液/电-机转换器，控制器输出特定的信号至这些器件，以驱动主配压阀，操作接力器开关。
◆通讯链路调速器内部设备之间通讯采用串行口或者以太网，并预留了对外通讯端口。
2.6 MGC4000系列调速器电源系统
2.6.1 MGC4000系列调速器电源系统特点
◆输入电源交直流220V互为备用。
◆内部电源组成：开关电源交叉冗余合成控制和公共DC24V电源，其DC24V电
源与外部电源供电电源为完全隔离，保证调速系统内部电源可靠性。
◆双机实现完全独立供电，任何一套微机控制器出现电源故障，不影响另外一套
微机控制器正常运行；即能做到保证一套正常运行的前提下，切除备用机电源，方便检修运行人员维护检查及故障排除。
◆辅助电源AC220V为风扇散热、检修调试插座、柜内照明和柜内除湿等辅助功
能供电。
2.6.2 MGC4000系列调速器的急停回路电源
为保证紧急停机阀的动作可靠性，输入柜内的直流220V电源直接为调速器紧急停机电磁阀供电，而不经过空气开关，以免因为空气开关误动影响紧急停机阀动作。
2.7 MGC4000系列调速器双微机控制器冗余
2.7.1 MGC4000系列双微机控制器冗余特点
◆双微机控制器冗余为热备冗余，主用机工作的同时，备用机实时采集和处理数
据以及故障报警处理。
◆调速器对外控制输出仅仅在主用机上进行，备用机内部采集及处理数据，但不
参与控制输出，备用机的控制数据体现在人机界面数据信息页面上。
◆双机均有独立的工作电源，任何一套电源故障都不会影响调速系统正常运行。
◆备用机自动判断调速器所处于状态，备用机切换至主用时，维持系统工况不变。
2.7.2 MGC4000系列双微机控制器切换特点
◆双机切换无扰动：双微机为热备冗余，切换前后调速器状态及工况保持不变。
◆双机切换迅速：主用机出现大故障时，备用机能够快速切换至主用状态工作。
◆双机重复切换闭锁：闭锁主备用重复切换，规避调速系统的不正常现象。
※MGC4000系列调速器的主备用切换原理细节请参考本手册第四章《调速器功能说明》中4.6小节“控制权竞争”。
2.8 MGC4000系列调速器的通讯接口
2.8.1 RS232/485 端口
MGC4000系列调速器上配置了通用串行通讯端口，支持Modbus RTU协议，其物理连接方式为RS232（3线）或RS485（2线）的端口。
2.8.2 以太网端口
MGC4000系列调速器上配置了以太网通讯端口，支持Modbus TCP/IP协议，其物理连接方式为RJ45端口。
※MGC4000系列调速器的通讯细节请参考本手册第十章《调速器通讯》。