【文章內(nèi)容簡介】 的穩(wěn)定狀態(tài)。從原穩(wěn)定狀態(tài)到新穩(wěn)定狀態(tài)的運動過程就稱為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)。在實際運行中，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)是相對的、暫時的，其動態(tài)則是絕對的、長期的。 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性當給定信號恒定時，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，被控參量偏差相對值與接力器行程相對值的關(guān)系如圖21所示。 ( )Aby圖21 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性圖21中：——機組頻率的相對值； ——機組頻率(Hz)。rgfx? 60pnfg?——額定頻率 =50Hz。 ——機組轉(zhuǎn)速的相對值；60rpnf rf frnx——機組轉(zhuǎn)速(r/min)； ——機組額定轉(zhuǎn)速(r/min)；——發(fā)電機極對數(shù)； ——接力器行程相對值；p MYy?——接力器行程(m)； ——接力器最大行程(m)。Y（1） 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) bp在圖21所示水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線上，取某一規(guī)定點（例如，圖示中的A點） ，過該點作一切線，其切線斜率的負數(shù)就是該點的永態(tài)差值系數(shù)：4 （21）yfpdxb??對于圖21所示的靜態(tài)特性曲線，其對應(yīng)的值為50b pHz（當額定頻率為f r=50Hz時） 。（2） 最大行程的永態(tài)差值系數(shù) bs在圖21所示水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線上，在規(guī)定的給定信號下，得出接力器在全關(guān)(y=0) 和全開(y=)位置的被控參量（頻率、轉(zhuǎn)速）的相對量之差，這個差值即為bs。顯然，對于一條曲形線的靜態(tài)特性線，選取不同的A點，會得到不同的b p值。但是，實踐證明，對選擇了合適接力器位移變送器的水輪機微機調(diào)速器來說，其靜態(tài)特性十分接近于一條直線。因此，在這種情況下，取b s作為b p。給定信號恒定時，被控參量的變化不起任何調(diào)節(jié)作用的兩個值間的最大區(qū)間，稱為死區(qū)，當被控參量為轉(zhuǎn)速時，即為轉(zhuǎn)速死區(qū)i x。其在靜態(tài)特性圖上的表述如圖22所示。0iyf1. 圖22 轉(zhuǎn)速死區(qū)i x(ef)和人工開度/功率死區(qū)Ey/p前面的分析討論都是在人工頻率死區(qū)Ef和人工開度/功率死區(qū)E y/p均為零的條件下進行的。這里將分析E f不等于零時微機調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性。圖23表示了這種情況下微機調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性，圖中曲線②表示出了E f=0的對照曲線。f c、f g和E f均以赫茲為單位 。 ① 人工頻率死區(qū)的 Ef≠0 的靜態(tài)特性為圖中的 ABGD 折線，AB 和 GD 段直線的斜率由永態(tài)系數(shù) bp確定，BG 段是垂直橫軸的線段，其中點對應(yīng)于頻率給定 fc。② 記 BG 線段的橫坐標為 y*，則圖中各特征頻率值如下： （22）???????)1(50*ybEffPfcDfAfcGB5DfGBDcAg(Hz)y01.* Ef① ≠ = f0162。218。圖23 Ef起作用時微機調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性 微機調(diào)速器動態(tài)特性采用PID調(diào)節(jié)器的調(diào)速器動態(tài)特性如圖24所示，若永態(tài)差值系數(shù)b p為零，則得到PID調(diào)節(jié)器輸出y PID對其輸入頻差Δf的傳遞函數(shù)為： (23)??????????STKSFsYvDIPPID1)( (24)II)(式中：YPID(S)——YPID的拉普拉斯變換；ΔF(S)——Δf的拉普拉斯變換。式中：等式右端的負號表示正的頻差信號對應(yīng)于負的接力器開度偏差；T1v——微分環(huán)節(jié)時間常數(shù)Kp——比例增益，它是b p=0和K D=0的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的接力器行程相對偏差y與階躍被控參量相對偏差x之比的負數(shù)；KI——積分增益(s 1)，它是b p=0的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的接力器速度dy/dt與給定被控參數(shù)相對偏差之比的負數(shù)，即 ；xdtyI/??KD——微分增益(s)，它是b p=0、K p=0的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的接力器行程相對偏差y與給定的被控參量相對變化率dx/dt之比的負數(shù)，即 。dtD/PID調(diào)節(jié)器對頻率階躍變化輸入Δx的響應(yīng)，如圖24所示。直線段EB是積分的作用，延長EB與縱軸y交于D點，與橫軸交于A點，微分衰減段BF延長交于C點。① 比例作用體現(xiàn)在圖 24 所示的 OD 段所代表的值：OD=K pΔx=Y p OD在數(shù)值上等于比例系數(shù)K p與頻率階躍變化值x的乘積，記為比例分量Y p。② 微分作用。圖 24 所示曲線 OFB 是由于微分作用引起的分量，其最大值為 CD 線段的長度，它代表了微分作用的峰值。6 DMvYxTKC??1式中：Y DM——微分作用的最大輸出值。③ 積分作用。在圖 24 所示積分作用直線段 EB 上截取線段 HG，使其縱坐標差值 HI 在數(shù)值上等于頻率階躍變化值，即 Δy=Δx，則橫坐標差值 IKG1?IyΔ x0tD1vP /IΔFBΔ =Δ x/EH圖24 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入響應(yīng)特性7第三章 微機調(diào)速器的工作狀態(tài)根據(jù)水輪機微機調(diào)速器對水輪發(fā)電機組的調(diào)節(jié)與控制情況，可將水輪機微機調(diào)速器的工作分成幾個狀態(tài)——停機等待(TJDD)、開機(KJ)、空載(KZ)、負載(FZ)、調(diào)相(TX)、甩負荷(SFH)和停機(TJ)。 停機等待(TJDD)狀態(tài)在這種狀態(tài)下，水輪機微機調(diào)速器控制水輪發(fā)電機組在停機狀態(tài)，當接收到電站二次回路或機組LCU的開機指令后，即轉(zhuǎn)至開機(KJ)過程。這時水輪機微機調(diào)速器的內(nèi)部狀態(tài)為：電氣開度限制(L)為零值（全關(guān)） ，導(dǎo)葉接力器Yga=0（全關(guān)） ；對于雙調(diào)整（轉(zhuǎn)槳式或貫流式機組）調(diào)速器，槳葉接力器開至啟動開度值，Y ru=Yru0；在此狀態(tài)下，水輪機微機調(diào)速器不調(diào)用PID調(diào)節(jié)子程序；實時讀入水頭H、機組功率P g、接力器行程等信息；人機交互界面（數(shù)字顯示、發(fā)光二極管顯示、模擬指示儀表、觸摸屏、按鈕、開關(guān)等）均在正常工作狀態(tài)。 開機(KJ) 過程調(diào)速器在停機等待(TJDD)狀態(tài)，在無關(guān)機指令的情況下，一接收到開機指令，即進入開機(KJ)過程。圖31所示為現(xiàn)在廣泛采用的開機規(guī)律特性。 KJ2yA0t(L)ga211BC( )D39。gatruy圖31 微機調(diào)速器的開機特性① 設(shè)在 t=0 時接收到開機指令，則槳葉接力器（對于雙調(diào)整調(diào)速器）由啟動開度 Yru0按設(shè)定速度關(guān)閉到全關(guān)位置(Y ru=0)；② 導(dǎo)葉接力器開度 Yga和電氣開度限制 L 均同步開啟至第一開機開度 YKJ1（圖中 A 點） ；導(dǎo)葉接力器開度 Yga=YKJ1，并維持不動，經(jīng)過一段延時 tAB，至 B 點（這時被控水輪發(fā)電機組的頻率可以被可靠地測量） ，開始測量機組頻率。一般取延時區(qū)段 tAB=5~15s。設(shè)機組頻率在圖中C點已連續(xù)1~2s大于45Hz，則將電氣開度限制L由Y KJ1關(guān)至Y KJ2，調(diào)速器投入PID調(diào)節(jié)，接力器在其控制下穩(wěn)定于空載開度Y0，開機過程結(jié)束，并轉(zhuǎn)入空載(KZ)狀態(tài)。8在開機過程中，如果開機(KJ)過程中接收到停機指令，調(diào)速器將轉(zhuǎn)入停機(TJ)過程，最后進入停機等待(TJDD)狀態(tài)： 空載(KZ)狀態(tài)空載狀態(tài)可由下列狀態(tài)或過程轉(zhuǎn)換而來：① 開機(KJ)過程，機組頻率大于 45HZ；② 甩負荷(SFH)過程，電氣開度限制 L 減少至 YKJ2；③ 調(diào)相(TX)狀態(tài)，發(fā)電機出口油開關(guān)（以下簡稱為油開關(guān)）斷開?？蛰d狀態(tài)可轉(zhuǎn)換成下列狀態(tài)或過程：① 油開關(guān)合，轉(zhuǎn)入負載(FZ)狀態(tài)；② 接收到停機指令，轉(zhuǎn)入停機(TJ)過程。空載(KZ)狀態(tài)下，微機調(diào)速器的工作情況：① PID 投入工作、機組頻率跟蹤網(wǎng)頻或停止跟蹤；② 電氣開度限制 L=YKJ2，但可手動增加或減少。 負載(FZ)狀態(tài)負載狀態(tài)可由下列狀態(tài)轉(zhuǎn)換而來：① 空載(KZ)狀態(tài)，油開關(guān)合上；② 調(diào)相(TX)狀態(tài)，調(diào)相指令解除。負載狀態(tài)可轉(zhuǎn)換成下列狀態(tài)或過程：① 油開關(guān)斷開，轉(zhuǎn)至甩負荷(SFH)過程；② 接收到調(diào)相指令，轉(zhuǎn)至調(diào)相(TX)狀態(tài)；③ 接收到停機指令，轉(zhuǎn)至停機(TJ)過程。負載(FZ)狀態(tài)下，微機調(diào)速器的工作情況：① PID 投入工作，可以在頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)或功率調(diào)節(jié)模式下運行；② 由空載(KZ)轉(zhuǎn)來時，電氣開度限制 L 立即增大至全開或運行水頭下的最大值 LM，可手動增加或減少。 甩負荷(SFH)過程甩負荷狀態(tài)是在負載(FZ)狀態(tài)下，油開關(guān)斷開時轉(zhuǎn)換來的。進入本狀態(tài)后，首先使電氣開度限制L等于導(dǎo)葉接力器開度Y ga值，再以一定速度使L減小，當L=Y KJ2時，轉(zhuǎn)至空載(KZ)狀態(tài)。甩負荷過程中，若接收到停機指令，則轉(zhuǎn)至停機(TJ)過程。甩負荷過程中，PID投入工作、在頻率調(diào)節(jié)模式下運行。 調(diào)相(TX)狀態(tài)機組在負載(FZ)狀態(tài)下工作，接收到調(diào)相指令時，轉(zhuǎn)至調(diào)相狀態(tài)工作。調(diào)相指令解除時，導(dǎo)葉接力器將開啟至空載開度Y 0，轉(zhuǎn)至負載(FZ)狀態(tài)；接收到停機指令后，先轉(zhuǎn)入負載(FZ)狀態(tài)，再進入停機(TJ)過程。機組在調(diào)相狀態(tài)下，電氣開度限制L=0、開度給定Y c=0，且不能進行人工調(diào)整；PID投入工作、在頻率調(diào)節(jié)模式下運行。9 停機(TJ) 過程機組在各有關(guān)狀態(tài)或過程、接收到停機指令，均轉(zhuǎn)至停機過程。當電氣開度限制L和導(dǎo)葉接力器開度Yga均關(guān)閉至零值（全關(guān)）時，轉(zhuǎn)至停機等待(TJDD)狀態(tài)。在停機過程中，PID投入工作、在頻率調(diào)節(jié)模式下運行。一般的停機特性如圖32所示。 ru0yrtCByBgat0A圖32 微機調(diào)節(jié)器的停機特性① 導(dǎo)葉接力器開度 Yga的關(guān)閉過程以兩段關(guān)閉折線關(guān)閉至零值（全關(guān)） ，其拐點 B 可由程序設(shè)定，程序也可以方便地整定 AB 段和 BC 段的關(guān)閉速度；② 在導(dǎo)葉接力器按 ABC 折線運動時，槳葉接力器開度 Yru按協(xié)聯(lián)曲線規(guī)律朝關(guān)閉方向運動；當導(dǎo)葉接力器關(guān)閉至全關(guān)位置時，調(diào)速器進入停機等待(TJDD)狀態(tài)，槳葉接力器開啟至啟動開度 Yru0。微機調(diào)速器各狀態(tài)或過程的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖33所示。 停 機 等 待 TJD空 載KZ停 機 TJ開 機 調(diào) 相 X負 載 FZ甩 負 荷 SH油 開 關(guān) 分 油 開 關(guān) 合 調(diào) 相 令停 機 令開機令yga=0 f45z圖33 微機調(diào)速器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖10第四章 數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器的特點及構(gòu)成 主要特點(1)全新的控制理念。采用不同于常規(guī)PLC的新一代可編程計算機控制器 PCC，面向控制過程，采用高級語言編程，分析運算能力強，在同一CPU中能同時運行不同程序。(2)全PCC化，具有極高的可靠性。從輸入到輸出,從測頻到控制脈沖等各環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了PCC化。PCC的平均無故障時間 MTBF高達50萬小時，即57年。遠遠高于常規(guī)PLC的平均無故障時間30萬小時。(3)任務(wù)的優(yōu)點。在傳統(tǒng)PLC中，并行處理是靠程序掃描來完成的。但事實上多任務(wù)才是并行處理的邏輯表達式，更簡單直接的方法就是采用多任務(wù)技術(shù)。PCC恰恰可以滿足這種需求，當某一任務(wù)在等待時，其他任務(wù)仍可繼續(xù)執(zhí)行，非其他常規(guī)PLC可以比擬。 (4)智能型調(diào)速器。 采用自適應(yīng)式變結(jié)構(gòu)，變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)。 自動識別電網(wǎng)的性質(zhì)，并自動適應(yīng)電站的各種特殊運行方式，如孤網(wǎng)運行，及由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運行的突變負荷等特殊情況，均可保證機組穩(wěn)定運行。 人性化設(shè)計，具有很強的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能。(5)采用PCC高速計數(shù)模塊(HSC)測頻。PCC高達4 MHz的計數(shù)頻率，具有很高的測頻精度和可靠性，從而使調(diào)速器的輸入通道－測頻環(huán)節(jié)的可靠性有了根本的保證。(6)由PCC實現(xiàn)信號綜合及控制脈沖的輸出。調(diào)節(jié)器的電氣開度（數(shù)字信號）和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的接力器實際位移由PCC內(nèi)部進行綜合比較，輸出控制脈沖信號，經(jīng)功率放大后，直接驅(qū)動先導(dǎo)電磁閥。充分發(fā)揮了PCC多任務(wù)的功能。(7)聯(lián)網(wǎng)方便。 具有RS232或RS485通訊接口，可以方便地實現(xiàn)人機對話，及與上位機通訊，提高電站的自動化水平。(8)調(diào)節(jié)模式靈活。 可實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，開度調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)，并可實現(xiàn)調(diào)節(jié)模式間的無擾動切換。(9)PCC的大內(nèi)存，為智能型調(diào)速器提供了資源保證。 用戶內(nèi)存：512KB EEPROM，100KB SRAM，系統(tǒng)內(nèi)存：512KB EEPROM，遠大于常規(guī) PLC 10KB左右的內(nèi)存。(10) 采用電磁球閥作為電液轉(zhuǎn)換元件 。徹底解決了常規(guī)調(diào)速器電液轉(zhuǎn)換元件油污發(fā)卡的問題，濾油精度僅需100μm，使電站可以實現(xiàn)完全可靠的自動運行。(11)自動識別電網(wǎng)的性質(zhì)，可以適應(yīng)電站的各種特殊運行方式。 如孤網(wǎng)運行，及由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運行的突變負荷等特殊情況，均可保證機組穩(wěn)定運行。(12)具有故障鎖錠的功能。 由于數(shù)字閥只有通/斷兩個狀態(tài)，且數(shù)字閥采用錐閥密封可以，所以，數(shù)字閥又具有液壓鎖的功能，因此該系列調(diào)速器在測頻信號消失及斷電等情況下，具有故障鎖錠的功能。(13)無杠桿結(jié)構(gòu)。 該系列調(diào)速器采用了數(shù)字閥液壓隨動系統(tǒng)，自動時有電氣返饋，手動無需反饋，因此取消了杠桿，消除了因為杠桿造成的死區(qū)，提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度，而且無明管路，結(jié)構(gòu)簡單，美觀。(14)友好的人機界面。 采用觸摸屏做為人機界面，畫面美觀逼真，全中文顯示，操作方便，可以同時顯示很多信息。11(15)維護簡單調(diào)試方便。 由于PCC的高度集成化和高可靠性，對于運行維護人員沒有太高的特殊要求，調(diào)試只需設(shè)定有關(guān)數(shù)字，沒有太多的電位器等可調(diào)元件。(16)零擾動 手/自動 切換。 由于自動運行時， 電磁球閥每次動作后都處于失電狀態(tài)；而切斷電源即為手動 運行。 手動 運行時，電子調(diào)節(jié)器跟蹤接力器的實際開度。因此 數(shù)字閥調(diào)速器實現(xiàn)了零 擾動手 /自動切換。(17)靈活性和適應(yīng)性強。觸摸屏上設(shè)有特殊功能選擇畫面，可根據(jù)電站的具體情況選擇所需功能。(18)槳葉隨動系統(tǒng)準確度高。對于ZFST系列調(diào)速器，采用數(shù)字協(xié)聯(lián)方式，且可現(xiàn)場修改協(xié)聯(lián)曲線并記憶修改后的數(shù)據(jù)，