调速器知识1

一调节系统参数
1 水流惯性时间常数
w
T
水流惯性时间常数是指在额定工况下，表征过水管道中水流惯性的特征时间，其表达式
为
22
3580
r r
a
r r
J GD n
T
M N
ω
==r
w
r r
LV
Q L
T
gH S gH
==
∑
∑
式中
w
T为水流惯性时间常数，
Q r为水轮机设计流量，
H r为水轮机设计水头，
S为每段过水管道的截面面积，
L为相应每段过水管道的长度，
V为响应每段过水管道的流速，
G为重力加速度
w
T表示过水管道水流的惯性，它是水轮机主动力矩变化存在滞后的主要原因，也是造
成调节系统不稳定和动态品质恶化的主要因素。

在其他条件不变时，
w
T越大，水流惯性越大，水击作用越显着，则调节过程的振幅越大，振荡次数越多，调节时间越长，以至最后超出稳定范围。

2 机组惯性时间常数
机组惯性时间常数是指机组在额定转速时的动量矩与额定转矩之比。

其表达式为
式中T a为机组惯性时间常数，
Jωr为额定转速时机组的动量矩，
GD2为机组飞轮力矩，
M r为机组额定转矩，
N r为发电机额定功率，
n r为机组额定转速
T a的物理意义是：在与发出额定功率相当的额定转矩下，机组由静止达到额定转速所需要的时间。

T a越大，越有利于调节系统的稳定，而且在调节过程中能够见效转速的偏差和减缓转速的变化，但有可能使调节时间变长。

若T a过小，将使调节系统难以稳定。

3永态转差系数b p、永态调差系数e p
调节系统的静特性有两种情况：图1（a）为无差静特性，表示机组出力不论为何值，调节系统均保持机组转速n0，即静态误差为零。

图1（b）为有差静特性，当机组出力增大时，调节系统将保持较低的机组转速，即静态误差不为零，永态调差系数e p定义为调速系统静特性曲线图上某一规定点的斜率的负数。

（反馈为功率反馈）
图1（c）也为有差静特性，它以接力器行程Y为横坐标，以机组转速n为纵坐标（反馈为导叶反馈）。

永态转差系数b p为
max x f b p
图1（b） 有差静特性
0r
x f
e p
图1（c） 有差静特性 永态转差系数b p 是电力系统各机组负荷分配的关键参数，根据电厂在系统的作用不同，
各电厂调速器的b p 有所不同。

当系统负荷变化时，首先由b p 小的机组承当变化后的负荷，
再由b p 大的机组承当变化后的负荷。

一般担任调峰、调频的机组比非调峰、调频的机组b p
小。

4暂态转差系数b t
暂态转差系数又称软反馈强度。

是当永态转差系数为0，并假定缓冲装置不起作用时，
在稳态下的转差系数。

（缓冲装置不起衰减作用，可以理解为缓冲器的节流孔完全封闭，此
时相当与硬反馈）
暂态转差系数b t 是防止调节系统出现过调节现象，从而获得稳定的误差调节。

增加b t
值有利于调速系统的稳定，但灵敏性变差；反之，会恶化调速系统的动态品质，使调节动作
迟缓，转速偏差增大，调节时间加长。

并网时，在确保稳定的条件下，应设置较小的b t ，增
加调速器的灵敏性，缩短并网时间；并网后，为确保在电网负荷变化时调速器及时调整导叶
开度，增减有功，b t 一般变为更小值。

5 缓冲时间常数T d
缓冲时间常数T d 定义为当信号停止变化后，缓冲装置将来自接力器位移的反馈信号衰
减的时间常数。

缓冲时间常数T d 的作用主要是提高调速系统的稳定性，减少调节过程中的振荡次数；
但对超调量无显着作用。

过分增大T d 值，则增加了转速偏差，延长了调节时间，使衰减系
数也增加，导致调节品质变差。

反之，T d 减小，可提高调速系统的灵敏性和速动性。

6 加速时间常数T n
加速时间常数T n 又称微分时间常数，其定义为永态和暂态转差系数为零时，在接力器
刚刚反向运动的瞬间，转速偏差x 1与加速度（dx/dt ）1之比的负数。

即
加速时间常数T n 表示微分作用的大小。

但微分作用过大时，由于速动性过份增大，会
引起过调节，反而造成调节过程品质恶化。

7 比例增益K P 、积分增益K I 、微分增益K D
对于调速器PID 参数有两种表达方式：
调节暂态转差系数b t 、缓冲时间常数T d 、加速时间常数T n
或 比例增益K P 、积分增益K I 、微分增益K D
PID 数字调节器调节规律可用下列传递函数描述：
1()/()//(1)u P I D V y s x s K K s K s T s =+++，其中1V T 为微分衰减时间常数
通常两种表达的关系为
1
d N
P
t d
I
t d
n
D
t
T T K
bT
K
bT
T
K
b
+
=
=
=
考虑T n<<T d上式可化为\
8 PID调速器动态特性
一般PID调速器阶跃瞬态响应见图2。

在阶跃信号加入后，输出y即有一跳变，其幅值为1/b t，随后以1/（b t T d）斜率随时间变化，微分环节对节约信号的响应为一脉冲，但实际上微分回路均有一定的时间常数，故其响应是近似三角形。

图2
二调速器调节模式
水轮机调速器有三种主要的调节模式：频率调节模式、开度调节模式、功率调节模式。

1、频率调节模式（FM）
其特点如下：
（1）用PID调节规律，即K D≠0
（2）适用与机组空载运行、机组并入小电网或孤立电网、机组在并入大电网以调频方式运行。

（3）在频率调节模式下，功率给定P c实时跟踪机组实际功率P g（不参与闭环调节），使当由频率调节切换至功率调节时实现无扰动切换。

2、开度调节模式（YM）
其特点如下：
（1）采用PI规律调节，即K D=0；
（2）采用PI规律调节，即K D=0；
（3）适用于机组运行、带基本负荷运行
（4）在开度调节模式下，功率给定P c实时跟踪机组实际功率P g（不参与闭环调节），使当由开度调节切换至功率调节时实现无扰动切换。

3、功率调节模式（PM）
这是水轮发电机组并入电网后采用的调节模式，其特点如下：
（1）用PI调节规律，即K D=0
（2）在闭环调节中机组的功率P g作为反馈值，并构成调速器的静态特性；
（3）适用于机组并网运行、AGC系统控制工况
（4）在功率调节模式下，开度给定Y c实时跟踪机组实际导叶接力器开度值Y g （不参与闭环调节），使当由功率调节切换至频率或开度调节模式时实现无
扰动切换。

4、3种调节模式之间的转换关系
图8给出3种调节模式之间的转换关系，实际根据需要可以增加一些其它切换条件
图3 3种调节模式之间的转换关系
（1）组开机进入“空载”工况运行时，调速器在“频率调节”模式下运行；
（2）机组断路器投入，并入电网工作时，调速器自动进入“功率调节”模式工作；
（3）机组在并网的工作工况下，可以认为地选择3种调节模式的任一种模式
（4）调速器工作于“功率调节”模式时，若检测出机组功率传感器有故障，则自动切换至“开度调节”模式下工作；
（5）调速器工作于“功率调节”或“开度调节”模式时，若电网频差偏离额定值过大，切持续一段时间，则调速器自动切换至“频率调节”模式。

三控制系统结构
根据现有调速器调节模式，以下两种并联结构是常见的调速器系统控制结构。

图4
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以下无正文。