调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性指标
调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性指标
22
◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
GB/T 9652.1—1997对调速器主要动态参数要求
bt
参数
Td/s
Tn/s
KP
KI/s–1
KD/s
最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值
数值 ≤0.05
3
2.水轮机调节系统
系统结构：
图1-1 水轮机调节系统的结构图
4
系统特点：
操作力大——需要经液压放大操作接力器
水流惯性：
Tw lv
机械惯性：
gh Ta GD2 nr2
系统复杂、非线性特性
3580 pr
手动水轮机调节
比例操作—输出与输入成比例，及时反映偏差，与时 间无关；
水轮机调节的基本概念 和数字式（微机）电液调速器
一. 水轮机调节的基本概念 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 三. 微机调节器 四. 机械液压系统 五. 微机调速器故障分析及对策 六. 我国数字式（微机）调速器的现状及发
展趋势 七. 思考题
1
一. 水轮机调节的基本概念
1. 水轮机调节的任务 2. 水轮机调节系统 3. 水轮机调节系统的动态和静态特性
2
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。
18
◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
调速系统原因分析及处理论文
（论文）成果名称：汽轮机调速系统犯卡、甩负荷分析及处理完成攻关成果的单位或个人日期：汽轮机调节系统犯卡、甩负荷原因分析及处理）一、概述：汽轮机调节系统应保证机组在各种运行方式下维持稳定运行，当运行方式变换时，机组能从一种工况平稳地过渡到另一种工况运行，当机组由于外来因素而突然甩全负荷时，调节系统应保证机组不发生超速，而且能使机组维持空负荷下的稳定转速。
由此可见：汽轮机调节系统是否正常严重影响着汽轮机运行的安全性。
#1机（机组型号：N100-90/535）调节系统是我国北京重型电机厂生产的高速弹性调速器调节系统，主要性能及设计参数如下；①、压力油 P0=1.96 MPa②、脉动油 P脉= P0/2=0.98 Mpa③、速度变动率δ可在3～6%范围内任意调整。
④、不灵敏度在0.5%以下。
⑤、在额定蒸汽参数下能保持机组空转，转速短时变化小于15r/min，汽轮机空转时通过同步器可将转速调整到3200 r/min 以下的任何转速。
⑥、同步器可就地手动或在集控内遥控操纵。
该机调节系统犯卡、甩负荷现象的具体情况是：远方操作同步器降负荷过程中，负荷降至72MW左右时，再连续向减负荷方向操作两把同步器，负荷仍无变化，操作第三把或第四、五把后负荷突甩至30MW～65MW；后来，每当负荷减至72MW 时，远方操作两把负荷仍无变化时，便立即就地向加的方向活动两把同步器，然后再减负荷，但仍存在犯卡、甩负荷现象。
（在犯卡、甩负荷过程中，随动滑阀2的喷嘴室油压无明显变化。
在72MW时油动机对应行程为170mm。
）在升负荷的情况下从未出现过犯卡、负荷突升现象。
本机自95年12月投产后一个多月便发生首次犯卡、甩负荷现象，但起初发生的次数并不频繁，大家都认为很偶然，并未引起特别的重视，处理方式只是在屡次的大小修中测量各滑阀的配合间隙、过封度、清理杂质、除锈等工作，或是检修外部的凸轮配汽机构。
但收效甚微。
二、甩负荷原因分析：①、降负荷过程调节系统动作情况简述：图（1）是高速弹性调节系统的工作原理图，在减负荷过程中，电动或手摇同步器时，同步器传动杆1向左移，杠杆4以随动滑阀2为支点，使调速器滑阀3向右移，滑阀上的排油口面积A增大。
水轮机调速器的基本概念
33
静态特性
f c、yc 对静态特性的影响 ∆I = f c − f g + bp ( yc − yPID )＝0
调整频率给定和开度给定后的微机调节器静态特性
34
.静态特性
fg(Hz) 51.0 50.0 49.0 51.5 50.5 49.5 fg (Hz)
0
0.5
1.0
y
0
0.5
1.0
y
fc=50Hz，yc=0.5，bp=0.04 (a) fg(Hz) 50.5 50.0 50.5 50.0 49.5 48.5 0 0.25 1.0 y 0
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适应式变参数调节
电气开度限制L的适应式变参数 电气开度限制 的适应式变参数 为了保证水轮发电机组合理安全运行，必须 根据水轮机特性，适应机组运行水头，设定 与之对应的导叶最大开度值。同上，可在微 机调节器内写入Lmax（H）的节点表，由运行 水头插值求得相应最大电气开度限制Lmax。
49
适应式变参数调节
测量频率一般采用测量周期法（简称测周法） 或测量频率法（简称测频法）。测频法是指： 通过测量单位时间内被测信号的频率数来测 量频率。显然，对于额定频率为50Hz的水轮 发电机组的频率来说，用这种方法是不合适 的，它只适合于测量处于高频段的频率信号。
43
机组频率测量
F f1
高频时钟信号 N & f1 放大 整形 f2 分频 f3 f4
38
水轮机数字式（微机）电液调速器
动态特性
PI响应特性：
PI调节器的阶跃输入响应特性
39
动态特性
PID响应特性 开环增量环节的作用
PID调节器的阶跃输入响应特性
PID调节器的阶跃输入响应
SL524-2011小型水电站机组运行综合性能质量评定标准
小型水电站机组运行综合性能质量评定标准范围为加强对小型水电站的规范提高安全生产和运行管理水对小型水电站水轮发电机组的运行性能及质量进行评定本标准适用于机组功率在且水轮机转轮直径不大于机组功率在如能基本满足评定条件可参照执规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少凡是注仅注日期的版本适用于本文凡是不注其最新版本有的修改适水轮发电机基本技术条件水轮发电机组安装技术规范水轮机控制系统技术条件中小型同步电机励磁系统基本技术要求大中型水轮机进水阀基本技术条件蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定第反击式水轮机空蚀评定水力机械振动和脉动现场测试规程水斗式水轮机空蚀评定小型水轮机型式参数及性能技术规定小型水轮机基本技术条件小型水轮机现场验收试验规程小型水力发电站设计规范小型水力发电站自动化设计规定评定内容水轮发电机组运行性能质量基本要求水轮发电机组图纸资料应符合下列基本规定电站应按规定提供机组图纸资料试验等应有详细的记机组应能实现以手动或自动方式停机和紧急停机组应设置防飞逸设施立轴轴流式水轮机应有可靠的防抬机措机组可靠性保证率机组主要设备没有改造前按公式计式中机组已使用年使用年机组规定使用年数见表表机组规定使用年数应及时对调速器等机组主要设备进行技术提高机组效改善稳提高自动化程保障安全改造成功后机组可靠性保证率公式计算式中调速器和其他自动化设备改造后运行年如该设备没有改造可将其改造后运行年数赋值为改造权重系数整机改造只改造水轮机转轮改造权重系数整机改造只改造发电机转子改造权重系器改造权重系数自动化设备改造权重系数电站应有必要的备机组应定期发现缺陷和故障及时处理记录产生缺陷和事故的原不允许带故障所有连接件都应连接牢固无螺栓松动或设备括表面应保持无锈水轮机运行性能质量水轮机以额定转在额定水头下的额定功率以及在最大水加权平均水最小水头下连续输出的功率应达到设计水轮机在最大水头和最小水头范围内以额定转速运行最高效额定效率及加权平均效率应达到设计在一般水质条件下反击式水轮机的空蚀损坏保证应符合水斗式水轮机的空蚀损坏保证应符水轮机运行应符合下列规定水轮机在空载工况应稳在最大水头和最小水头水轮机在表所列功率范围内应稳水轮机在条所规定的运行范围内尾水管内的压力脉动混频峰峰值不应大于相应水头的低比转速取小高比转速取大在任何情况下真机尾水管压力脉动峰峰值不应大于水轮机振动应符合下列规定在各种工况下包括开停机过程及甩负荷水轮机各部件不得产生共振和有表水轮机在工作水头范围内稳定运行的功率范围在各种正常运行工况立轴水轮机顶盖在垂直方向和水平方向允许的双幅振动以及卧式水轮机轴承在垂直方向允许的双幅振动不应大于表主轴摆度不应大中规定的表水轮机振动允许值水轮机噪声不应大于表规定的表水轮机噪声允许值水轮机导叶和水轮机喷嘴的漏水量应符合下列规定在额定水头下反击式水轮机锥形导叶在全关时漏水量不应大于水轮机额定流量的非锥形导叶在全关时漏水量不应大于水轮机额定流量的水斗斜击式和双击式水轮机喷嘴在全关时不应漏在任何工况机组甩负荷水轮机蜗壳最大压力上升率合下列规定当电站额定水头当电站额定水头当电站额定水头当电站额定水头大于机组额定功率甩全部负荷最大转速上升率不应超过机组容量占电力系统容量比重小机组额定功率甩全部负荷时最大转速上升率不应超过超过时应按要求进行论证或按设计要求执行但不宜超过运行经济性应符合下列水轮机的运转特性应与电站实际条件流相符通过优化调度使水轮机经常运行在高效转桨式水轮机应在协联工况下不宜超低负荷不应超水轮机出力限制线油润滑导轴承的油位和瓦温应符合设计规定水润滑导轴承的供水要求水质清洁无固体颗粒等杂水轮机转轮叶片和其他部件没有断裂或在多泥沙河流水轮机应采取抗磨措以减轻磨转桨式水轮机转轮叶片应转动灵活转轮体无漏进水现水轮发电机运行性能质量发电机在下列使用条件下应能连续额定运行主厂房内最高温度不超过最低温度不低于冷却器进水温度不高于厂房内相对湿度不超过在下列情况水轮发电机应能输出额定功率在额定转速及额定功率因电压与其额定值偏差不超在额定转速及额定功率因频率与其额定值偏差不超在额定功率因数下当电压与频率同时发生偏差种偏差分别不超若两者偏差均为正偏差两者偏差之和不超过若两者偏差均为负或分别为正偏差与负两者偏差的绝对值之和不超过电压与频率偏差超过上述规定值时应能连续运行此时输出功率以励磁电流不超过额定定子电流不超过额定值的空气冷却在规定的使用环境条件及额定工况定转子绕组和定子铁芯等温升限值不应超过表当海拔黄海高超过不符合的规定时按协议执表定子铁心等部件允许温升限值单位水轮发电机在额定运行工况其轴承的最高温度采用埋置检温计法测量不应超过表的表轴承不允许超过的温度水轮发电机在事故条件下允许短时过电定子绕组过电流倍数与相应的允许持续时间按表确但达到该表中允许持续时间的过电流次数平均每年不超过表空气冷却定子绕组允许过电流倍数与时间关系水轮发电机定子绕组对机壳或绕组间的绝缘电阻值在换算至不应低于按公式计算的数式中绝缘电水轮发电机的额定线电水轮发电机的额定容量对干燥清洁室温下的定子绕组绝缘电阻值可按公式修正式中应温度为组热态绝缘电阻计算值水轮发电机振动应符合下列规定在各种工况各部件不应产生共振和有在各种正常运行工况水轮发电机在垂直方向和水平方向允许的双幅振动值不应大于表主轴摆度不应大中规定的表水轮发电机振动允许值水轮发电机的噪声水平应符合下列规定额定转速为以下的立式水轮发电机在水轮发电机盖板外缘上方垂直距离处不超过额定转速高于的立式在水轮发电机盖板外缘上方垂直距离处不超过对于卧式在水轮发电机非驱动端距离机组不超水轮发电机应装设制制动系统必须保持设备完好并按的有关规定实现有效的制发电机转子不应有接地或匝间短路发发电机母线和封闭母线外壳中性无局部过热现象发励磁系统运行性能质量当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的励磁系统应保证长允许强励时间不应小于但不大于当励磁电流达到额定励磁电流的加到励磁绕组两端的整流电压的最大瞬时值不应大于第条所规定试验电压峰值的励磁系统应保证在任何工况磁场绕组出线端的电压瞬时值不大于第条所规定试验电压峰值的当励磁系统控制用的直流和交流电压偏差不超过额定电压频率偏差不超过额定频率励磁系统应保证同步发电机正常空载电压整定范围应符合下列规定需并联运行的水轮发电机的励磁系统应保证在载电压范围内稳定平滑调孤立应保证在载电压范围内稳定平滑调瞬态电压调整率及电压恢复时间应符合下列规定低压同步发电机在突甩额定负载时的瞬态电压增加规定为低压同步发电机在突加额定无功负载时的瞬态电压降负载突变后的电压恢复时间与所规定的三种瞬态电压增加或降低相对不应大于高压同步发电机在空载情况下且阶跃响应其超调量不应大于阶跃量的机组并联运行时励磁系统应保证无功功率合理分同步发电机电压调整率在下列范围内可进行调摆动次数不宜超过次半导体型调节器电磁型调节器自动电压调节器应保证发电机在空载运行状态下频率变同步发电机端电压变化不应大于下列数值半导体型调节器电磁型调节器当同步发电机在额定转速下起励建立空载额定电压时电压调节器应符合下列规定调节时间不大于端电压摆动次数不大于端电压超调量对高压同步发电机为不超过额定值对低压同步发电机为不超过中所规定的数励磁设备的散热性能好设备及盘柜无过热现强迫冷却的励磁设备旋转励磁单柜的噪声值功率不应大于除采用停机灭磁的小型同步发电机励磁系统其他励磁系统应具有灭磁能并保证可靠灭调速系统运行性能质量调速器及油压装置各装置应符合下列基本规定调速器应能实现机组的手动起动和停当调速器自动部分失灵应能手动如无接力器手动操作机构油压装置必须装有备用油泵对通流式调速必须装设接力器手动操作机调速器运行应平稳接力器无抽机组无溜负荷现安全阀动作应正自动补气装置及油位信号装置动作应正水轮机调速系统静态特性应符合下列规定静态特性曲线应近似为直测至主接力器的转速死区不超过表的规定转桨式转叶随动系统的不准确度不大于实测协联曲线与理论协联关系曲线偏差不大于接力器总行程的表主接力器转速死区规定值冲击式水轮机调速系统静态品质应符合下列规定测至喷针接力器的转速死区应符合表在稳态工况对多喷嘴冲击式水轮机的对称两喷针之间的位置在整个范围内均不大于每个喷针位置对所有喷针位置平均值的偏差不大于水轮机调速系统动态特性应符合下列规定调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳在空载工况自动运行小型调速器转速摆动相对值应不超特小型调速器转速摆动相对值应不超如果机组手动空载转速摆动相对值大于规定其自动空载转速摆动相对值不得大于相应手动空载转速摆动相对机组甩负荷后动态品质应符合下列规定机组甩定负荷后在转速变化过超过稳态转速定转速值以上的波峰不超过机组甩定负荷后从接力器第一次向开启方向移动起到机组转速摆动值不超过止所经历的不应大于转速或指令信号按规定形式变接力器对电调不大于机调不大于油压装置应符合下列规定油压装置集油压油罐及附件不漏不渗油油温在允许压油泵及其电机运转正常无异常振动过热现安全启动阀的开启关闭当油压降低到事故油压时能自动紧急停油压装置的油位应在指示正确自动补气装置及集油槽油位信号动作准确透平油牌油质符水轮机进水阀门运行性能质量机组正常停机或检修时进水阀门应能可靠关其关闭位置的漏水量应符合机组在任何运行工况进水阀门应能动水关在阀门两侧压力差不大于静水压力时应能正常开阀门应动作灵活操作平在各种工况下关闭和开启时无有害进水阀门的伸缩旁通排空阀等配套设备运行其他设备运行性能质量油气水设备应符合下列规定油系统管路通无漏油质合气系统压力正常无漏水系统管路通不漏水水水量等符合设计及运行排水系统运行正常无堵塞无漏机组进口拦污栅应无自动化元件及自动化系统性能应符合下列规定自动化元件及自动化系统均应满足规定的精度和其他性能自动化元件均应准确电磁电磁配压电磁空气阀等动作元器件在额定电额定负荷与规定行程能可靠动不应有跳动或卡阻现自动化元件及自动化系统应运行计算机监控系统应具备数据采集和处报控制与调人机接电厂设备运行管理与指系统通系统自诊断及自恢复等功应能实现机组自动停机和紧急停达到无人值少人值继电保护系统能自动投入并动作正综合评定评定基本条件基本能正常运行的电站方可参加参加评定的电站应有完整的检测记录或试验测试单位应具有相应资在使用本标准进行运行性能和质量评定时所采用的技术数据均指现场专门实自动监测装置下载或运行日志记各项参数的测量应符合和的有评分原则及评分方法本标准采用按项目评分的方法对电站运行性能进行逐用计算总分的方法进行综合每个项目有一个基本分即该项目可得最高说明该项目在电站综合评分体系中的比如该项目具其基本分不能改如该项目不具可在评审委员会同意的条件下给赋在累计值时按累评审开始时首先由评审委员会集体讨论决定可不参加评审的项但其基本分累计值不能超过总累计值的每个项目有一个评分因子用以评价电站该项目的性能及值赋值范围为由评审委员根据评分原则及对该项目的分析判断单独按附录的方式评分按附录的方式记每个项目的得分为基本分评分因子的乘积即所有项目的综合得分公计算所有评审委员计算的综合得分的算术平均值为评定结果评定结论评定结果为优评定结果为良评定结果为合评定结果为不合除给出评定结果之评审委员会还应当作出评定指出其优缺尤其是存在主要问题及今后努力方评定结论应和评定结果相一附录评定项目评分方法各评定项目评分因子的赋值方法见表表各评定项目评分因子赋值方法表各评定项目评分因子赋值方法表各评定项目评分因子赋值方法附录性综合性能质量评分表综合性能评分表如表所表综合性能评分表表综合性能评分表综合性能评分。
发电机组调速标准
发电机组调速标准一、调速器精度调速器的精度是衡量发电机组性能的重要指标之一。
高精度的调速器能够确保发电机组在负载变化时稳定运行，并减少因转速波动引起的机械和电气问题。
一般来说，调速器的精度应达到额定转速的0.5%以内。
二、响应时间响应时间是调速器的另一个重要指标。
它指的是调速器对负载变化做出反应的时间。
快速的响应时间能够减少因负载突变引起的发电机组转速波动，从而提高发电质量。
一般来说，调速器的响应时间应小于1秒。
三、稳定性稳定性是调速器的重要性能指标之一。
它指的是在长期运行过程中，调速器对转速的控制精度和响应时间的变化情况。
良好的稳定性能够保证发电机组在长时间运行中保持稳定的输出功率和转速。
一般来说，调速器的稳定性应达到额定转速的1%以内。
四、可靠性可靠性是指调速器的可靠程度和工作寿命。
高可靠性的调速器能够保证发电机组在运行过程中的稳定性和安全性，避免因调速器故障引起的停机或其他问题。
一般来说，调速器的可靠性应达到99%以上，工作寿命应满足实际需求。
五、维护性维护性是指调速器的维护难易程度和维护周期。
易于维护的调速器能够减少维护成本和停机时间，提高生产效率。
一般来说，调速器的维护周期应适中，维护过程应简单易行，维护配件应易于购买。
六、适应性适应性是指调速器对不同类型和规格的发电机组的适应能力。
高适应性的调速器能够适应不同类型和规格的发电机组，从而扩大使用范围，提高使用效率。
七、能耗能耗是指调速器在工作过程中消耗的能量。
低能耗的调速器能够减少能源浪费和运营成本，符合节能减排的要求。
一般来说，调速器的能耗应达到国际先进水平，对能源的有效利用应达到最大化。
八、降噪性降噪性是指调速器运行过程中的噪音水平。
低噪音的调速器能够减少噪音污染，提高工作环境质量。
一般来说，调速器的降噪性能应达到国家或行业标准要求，以保证操作人员和周边居民的健康和舒适度。
关于水力过渡过程补充计算讨论
关于水力过渡过程补充计算讨论摘要：水电站运行过程中的水力过渡问题或称非恒定流现象是不可避免的。
正常运行的机组,由于负荷的变化或事故停机,迫使调速器自动调整导叶开度或关闭导叶,导致水轮机流量、发电水头、机组转速的瞬间变化,引起有压系统的非恒定流运动。
这种不稳定的运行工况给管道内带来了巨大的压力、机组转速升高以及运行不稳定性等工程问题。
本文主要以贵州响水水电站增容工程为例进行了以下的讨论，仅供参考。
关键词：水力过渡；计算；水电站增容工程前言响水电站增容工程位于北盘江上游云贵两省边缘的界河上，利用原响水电站大坝取水，引水系统和厂房为新建。
电站以发电为主，不作调相运行，投产后并入南方电网运行。
本电站引水隧洞长约4.3km，部分为钢筋砼衬砌，内径4.8m，部分为挂网喷砼衬砌，内径6m；隧洞出口处设置带上室的阻抗式调压室，阻抗孔直径3.0m，压力钢管主管长约717.5m，直径4.3m，经对称Y型岔管分为两条支管，管径均为2.6m。
在2007年10月已提交的《贵州响水水电站水力过渡过程计算专题报告》基础上，根据委托方提供的最终输水系统布置、选定水轮机参数等资料，对系统的调节等进行了相关复核和补充分析。
对本次计算采用的原报告计算原理、假定和程序进行了以下的讨论：1、设计控制标准（1）调节保证计算：蜗壳进口断面最大压力≤290 mH2O，机组最大转速上升率βmax≤60％，尾水管进口断面最大真空度≤7.0mH2O。
（2）调压室最低涌浪水位应比底部高程高1m以上。
（3）隧洞和压力钢管任何部位顶部最低压力≥2mH2O。
（4）水轮机调节系统动态特性应符合《水轮机调速器与油压装置技术条件》的规定。
即调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性；（5）整个调节系统，包括引水系统、调压室、机组、调速器等应满足大、小波动稳定要求。
电站基本资料水位：电站引水系统本工程引水系统由进水口、引水隧洞、调压井、压力钢管及尾水渠组成。
自进水口拦污栅至进水闸间隧洞长25.818m；进水闸到调压室间隧洞长4275.397m，视地质条件的差异分别采用钢筋砼衬砌或喷砼衬砌，其中，砼衬砌段长1209.993m、内径4.8m，喷砼衬砌段长3065.404m、内径6m。
水轮机调节系统PID参数选择
空载扰动过程仿真 仿真结果表明：积分增益KI
过大(或btTd过小) (曲线3)， 空载扰动过程可能由单调 过程趋于有超调过程发生； 反之，积分增益KI过小 (或btTd过大) (曲线1)，使 得动态趋于缓慢；
水轮机调节系统PID参数选择
1. 空载工况的推荐初始参数
空载扰动过程仿真 仿真结果表明：微分增
1. 空载工况的推荐初始参数
Ki=0.1(Ta/(Tw*Tw))
Ta=2s Ta=4s Ta=6s Ta=8s Ta=10s Ta=12s
0.5 1 1.5 2 2.5 3 水流3时.5间常数4Tw(s4).5
水轮机调节系统PID参数选择
2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求
0.33 Ta Tw
K
p
0.67
Ta Tw
0
.0
8
Ta
T
2 w
KI
0.22
Ta
T
2 w
3Tw Td 5Tw
0 .0 8Ta K D 0 .2Ta
水轮机调节的任务
水轮机调节系统PID参数选择
1. 空载工况的推荐初始参数
暂态差值系数bt
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1
暂态差值系数bt
1
0.9
bt=2.25(Tw/Ta)
Ta=2s
0.8
Ta=4s
0.7
Ta=6s
0.6
Ta=8s
0.5
Ta=10s
0.4
Ta=12s
0.3
0.2
0.1
0
水流时间常数Tw(s)
小水电技术导则 机组 第3部分 调速系统 SHP TG003-3 2019说明书
小水电技术导则 机组第3部分：调速系统SHP/TG 003-3: 2019免责声明本导则未经联合国正式编辑。
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© 2019 UNIDO/INSHP –版权所有小水电技术导则机组第3部分:调速系统S H P/T G003-3:2019鸣谢本导则是联合国工业发展组织（UNIDO）和国际小水电联合会（INSHP）共同合作努力的成果，约80名国际专家和40家国际机构参与了导则的编制、同行审查，并提出了具体意见和建议，使导则更具实用性和专业性。
UNIDO和INSHP非常感谢许多机构在制定本导则期间作出的贡献，特别是以下国际组织：——东南部非洲共同市场（COMESA）——全球区域可持续能源中心网（GN-SEC），特别是西非国家经济共同体可再生能源和能源效率中心（ECREEE）、东非可再生能源和能源效率中心（EACREE）、太平洋可再生能源和能源效率中心（PCREEE）和加勒比可再生能源和能源效率中心（CCREEE）。
中国政府推动了本导则的最终定稿，对其完成具有重要意义。
以下人士为编制本导则作出了贡献，包括有价值的投入、审查和提供建设性意见：Mr. Adnan Ahmed Shawky Atwa, Mr. Adoyi John Ochigbo, Mr. Arun Kumar, Mr. Atul Sarthak,Mr. Bassey Edet Nkposong, Mr. Bernardo Calzadilla-Sarmiento, Ms. Chang Fangyuan, Mr. Chen Changjun, Ms.Chen Hongying , Mr. Chen Xiaodong, Ms. Chen Yan,Ms.Chen Yueqing,Ms.Cheng Xialei,Ms.Chileshe Kapaya Matantilo,Ms.Chileshe Mpundu Kapwepwe, Mr. Deogratias Kamweya, Mr. Dolwin Khan, Mr. Dong Guofeng, Mr. Ejaz Hussain Butt, Ms. Eva Kremere, Ms. Fang Lin, Mr. Fu Liangliang, Mr. Garaio Donald Gafiye, Mr. Guei Guillaume Fulbert Kouhie, Mr. Guo Chenguang, Mr. Guo Hongyou, Mr. Harold John Annegam, Ms. Hou ling, Mr. Hu Jianwei, Ms. Hu Xiaobo, Mr. Hu Yunchu, Mr. Huang Haiyang, Mr. Huang Zhengmin, Ms. Januka Gyawali, Mr. Jiang Songkun, Mr. K. M. Dharesan Unnithan, Mr. Kipyego Cheluget, Mr. Kolade Esan, Mr. Lamyser Castellanos Rigoberto, Mr. Li Zhiwu, Ms. Li Hui, Mr. Li Xiaoyong, Ms. Li Jingjing, Ms. Li Sa,Mr. Li Zhenggui, Ms. Liang Hong, Mr. Liang Yong, Mr. Lin Xuxin, Mr. Liu Deyou, Mr. Liu Heng, Mr. Louis Philippe Jacques Tavernier, Ms. Lu Xiaoyan, Mr. Lv Jianping, Mr. Manuel Mattiat, Mr. Martin Lugmayr, Mr. Mohamedain Seif Elnasr, Mr. Mundia Simainga, Mr. Mukayi Musarurwa, Mr. Olumide TaiwoAlade, Mr. Ou Chuanqi, Ms. Pan Meiting, Mr. Pan Weiping, Mr. Ralf Steffen Kaeser, Mr. Rudolf Hüpfl, Mr. Rui Jun, Mr. Rao Dayi, Mr. Sandeep Kher, Mr. Sergio Armando Trelles Jasso,Mr.Sindiso Ngwenga,Mr.Sidney Kilmete,Ms.Sitraka Zarasoa Rakotomahefa,Mr.Shang Zhihong, Mr. Shen Cunke, Mr. Shi Rongqing, Ms. Sanja Komadina,Mr. Tareqemtairah, Mr. Tokihiko Fujimoto, Mr. Tovoniaina Ramanantsoa Andriampaniry, Mr. Tan Xiangqing, Mr. Tong Leyi, Mr. Wang Xinliang, Mr. Wang Fuyun, Mr.Wang Baoluo, Mr. Wei Jianghui, Mr. WU Cong, Ms. Xie Lihua, Mr. Xiong Jie, Ms. Xu Jie, Ms. Xu Xiaoyan, Mr. Xu Wei,Mr.Yohane Mukabe,Mr.Yan Wenjiao,Mr.Yang Weijun,Ms.Yan Li,Mr.Yao Shenghong,Mr.Zeng Jingnian, Mr. Zhao Guojun, Mr. Zhang Min, Mr. Zhang Liansheng,Mr. Zhang Zhenzhong, Mr. Zhang Xiaowen,Ms. Zhang Yingnan, Mr. Zheng Liang, Mr. Zheng Yu, Mr. Zhou Shuhua, Ms. Zhu Mingjuan.使用中如有其他意见和建议，欢迎提供，以便再版更新。
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
➢ 调速器前向通道放大倍数的整定
图1-10 随动系统对单位阶跃输入的响应特性
16
◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
曲线1的相对阻尼系数，无超调，但过程缓慢；曲线3的相对阻尼 系数，初始段反应快，但有过大的超调；曲线2的相对阻尼系数， 有较理想的响应特性，其超调量约为3%。所以，应选择、调整开 环放大系数Kop（也就调整了Ty），使随动系统对阶跃输入的响应 特性具有3%～5%的超调量。
t1.0 t1.0
x 0.1
x 0.0 1
10 KI
10btTd
100 KI
100bt
Td
10Tx 100Tx
t 0.5
x 0.1
5btTd
5Tx
5 KI
t 0.1
x 0.1
btTd
Tx
1 KI
14
◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
➢ 接力器响应时间常数Ty
图1-9 接力器响应时间常数Ty
图1-3 微机调速器结构图
8
◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
技术标准GB/T9652.1 1997 GB/T9652.2 1997 静态特性
➢ 静态特性：bp (bs )
水轮机调节系统静态特性
水轮机调节系统静态特性
9
◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
➢ 永态差值系数： bp (bs )
➢ 静速死区： ix
➢
调速器PID特性：yPFID((ss))
[kP
kI
1 s
kDs]
➢ 阶跃输入响应特性：
yPID (s) F (s)
[kP
kI
1 s
kDs ] 1 T1vs
图1-8 PID调节器的阶跃输入响应特性
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
➢ 速动时间常数Tx=bt×Td
➢ 速动时间常数Tx的物理含义是：在bp=0的条件下，若取频 率变化相对值为x=1.0，则接力器走全行程的时间就是 速动时间常数Tx，它在数值上等于积分增益KI的倒数，也 等于暂态差值系数bt与缓冲装置时间常数Td的乘积。
IEC 61362标准推荐：导叶接力器Ty=0.1～0.25s；桨叶接力器 Ty=0.2～0.8s；冲击式折向器Ty=0.1～0.15s。在我国一般推荐： 导叶接力器Ty=0.1～0.2s；桨叶接力器的Ty取为导叶接力器Ty的 2～3倍。
17
◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性指标 ① 手动空载工况（发电机励磁在自动方式下工作）运行时，
小型 电调 机调
特小型
转速死区/% ix
≤0.04 （0.02）
≤0.10
≤0.08 （0.06）
≤0.15
≤0.10
≤0.18
≤0.20
轮叶随动系统
不准确度
≤1.5
／
/ia%
bp整定范围
bp=0~bPM，最小值不大于0.1%，最大值bPM不小于8%
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
动态特性
4
2.水轮机调节系统
系统结构：
图1-1 水轮机调节系统的结构图
5
系统特点：
➢ 操作力大——需要经液压放大操作接力器
➢ 水流惯性：
Tw lv
➢ 机械惯性：
gh Ta GD2 • nr2
➢ 系统复杂、非线性特性
3580 pr
手动水轮机调节
➢ 比例操作—输出与输入成比例，及时反映偏差，与时 间无关；
➢ 超前操作—输出与输入的变化速度成比例，反映偏差 的变化率，与时间有关；
➢ 积分操作—输出等于输入的累加，与时间有关；只有 输入为零，输出才保持常数；
6
3.水轮机数字式（微机）调速器
➢ 机械液压/电气液压/数字式（微机）电液调速器 缓冲式PID结构
➢
图1-2 电气液压调速器(PID)结构图
7
➢ PID结构 ：
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
机组甩负荷后应保证的动态品质 ① 甩100%额定负荷后： 在转速变化过程中，超过3%额定转速以上的波峰不超过
两个； GB/T 9652.1—1997规定：从接力器第一次向开启方向
移动到机组转速摆动值不超过0.5%为止所经历的时间应不大 于40s。IEC 61362《水轮机控制系统技术规范导则》规定： 在甩负荷中，若记从甩负荷开始至出现最大转速上升值为止的 时止击间 的 式为时机t间组M为），和t记E，1从5则甩（t负对E/荷于tM开高的始水推到头荐机混值组流为转式2.速机5～摆组4动）.0值。（不8超.0过）（1对.0于%冲为 ② 转速或指令信号按规定形式变化，接力器不动时间： 对于电气液压调速器，不大于0.2s； 对于机械液压调速器，不大于0.3s。
2
一. 水轮机调节的基本概念
1. 水轮机调节的任务 2. 水轮机调节系统 3. 水轮机调节系统的动态和静态特性
3
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。
水轮发电机组转速摆动相对值对大型调速器来说不得超过 0.2%；对中、小型和特小型调速器来说均不得超过0.3%。 当调速器控制水轮发电机组在空载工况自动运行时，在选择调 速器运行参数时，待稳定后所记录3min内的转速摆动值应满足 下列要求： 对于大型电气液压调速器，不超过0.15%；调速器，不超过0.3%。 ② 如果机组手动空载时的转速摆动相对值大于规定值（见 上），那么其自动空载转速摆动相对值不得大于相应手动空载 转速摆动相对值。
水轮机调节的基本概念 和
数字式（微机）电液调速器
水轮机调节的基本概念 和数字式（微机）电液调速器
一. 水轮机调节的基本概念 二. 水轮机数字式（微机）电液调速器 三. 微机调节器 四. 机械液压系统 五. 微机调速器故障分析及对策 六. 我国数字式（微机）调速器的现状及发
展趋势 七. 思考题
图1-6 转速死区ix
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
➢ 随动系统不准确度 ： y1(输入)
ia
·
·
ia
0
1.0 y2(输出)
图1-7 随动系统不准确度ia
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◆ 水轮机调节系统的静态和动态特性
GB/T 9652.1—1997主要静态特性指标
调速器类型 项目
大型 电调 机调
中型 电调 机调