水轮机调速系统的工作原理(从无反馈到加入硬反馈和软反馈).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,水轮机调节,3,罗远福,上节课知识回顾：,1,、什么是调速器？,随着负荷的改变，相应改变导水机构,(,喷嘴或导叶等,),的实际有效流量，以使水轮发电机组的转速维持在某一预定值，或按某一预定的规律变化的设备。,上节课知识回顾：,2,、离心摆的工作过程？,上节课知识回顾：,3,、引导阀的工作过程？,上节课知识回顾：,4,、辅助接力器与主配压阀的工作过程？,本节课知识重点：,1,、水轮机调速系统工作原理。,第三节 水轮机调速系统的工作原理,一、无反馈的调速系统：,1,、系统组成：离心摆（测速元件）、引导阀（一级放大元件）、辅助接力器与主配压阀（二级放大元件）、接力器（执行元件）和水轮机（调节对象）。,水轮机,2,、工作原理,当转速为额定转速时，引导阀与转动套、辅助接力器与配压阀在相对中间位置。,当转速升高,-,离心摆下支持块 带动引导阀转动套上移,-,引导阀中间腔室与排油相通，腔内油压 辅助接力器与配压阀活塞接通,-,压力油进入接力器左腔，同时右腔接通排油,-,接力器活塞右移 关小导叶，减小流量。,Mt=Mg,此时接力器继续关闭，导致,n,0,n,1,关,当转速降低,-,离心摆下支持块下移,-,带动引导阀转动套下移,-,引导阀中间油腔与压力油相通,-,辅助接力器与主配压阀活塞下移,-,压力油进入接力器右腔，同时左腔接通排油,-,接力器活塞左移,-,开大导叶，增加流量。,Mt=Mg,此时接力器继续打开，导致,n,1,n,0,开,3,、存在问题？,当一个调节过程结束后，动力矩和阻力矩相平衡时，引导阀针塞、辅助接力器与主配压阀活塞不能及时回到相对中间位置，控制油口不能,及时,关闭。,当机组转速升高，系统通过调节使转速降到,n,0,后，接力器活塞仍继续推动导叶移动，会产生过调节现象：使转速进一步降低于额定转速，当低到一定值时，系统又会按转速过低去调整,反复不断调整。,4,、结论：,稳定的系统：,如果机组改变了原来的平衡状态，经过调节，机组能达到新的平衡状态。,显然，是一个,不稳定系统。,5,、如何改进？,经上述工作过程分析，造成系统不稳定的原因是过调现象。所以要改进系统就必须：在转速恢复到额定值（即动力矩与阻力矩相平衡）时，设法使引导阀与转动套、辅助接力器与配压阀活塞回到相对中间位置。,即：引入硬反馈与软反馈,二、反馈元件,1,、自动控制基本概念,:,反馈：,把系统或环节的输出信号的一部分反送回输入端。,反馈元件,-,用于改善系统稳定性，并形成一定调节规律的元件。,负反馈：,反馈信号的作用方向与原输入信号的作用方向反馈相反的反馈。,正反馈：,反馈信号的作用方向与原输入信号的作用方向相同的反馈。,硬 反馈,（又称比例反馈）：反馈元件的输出信号与反馈输入信号成比例关系。,软反馈,（又称暂态反馈）：反馈信号只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈信号自动消失的反馈。,（一）硬反馈,1,、在水轮机调速系统中，局部反馈和调差机构（见,P10,系统图）都属于硬反馈。,局部反馈：它在系统中的作用是作为第一级液压放大机构的内部校正，所以对于整个控制系统而言只起到局部反馈的作用。（见图,P10,系统图）,硬反馈特点：,1,、当有输入的时候，就有输出。,2,、输入与输出成比例关系（见书,P8,）。,三、具有硬反馈的调速系,统工作原理,C D,A B,关,p,0,0,p,0,1,、系统组成：离心摆（测速元件）、引导阀（放大元件）、辅助接力器与主配压阀（放大元件）、接力器（执行元件）和水轮机（调节对象）、,硬反馈元件（杠杆,AB,）。,C D,A B,关,p,0,0,p,0,2,、工作原理,当转速为额定转速时，引导阀与转动套、辅助接力器与配压阀在相对中间位置。,C D,A B,关,p,0,0,p,0,当转速升高,-,离心摆下支持块上移,-,带动引导阀转动套上移,-,引导阀中间腔室与排油相通，腔内油压降低,-,辅助接力器与配压阀活塞上移,-,压力油进入接力器左腔，同时右腔接通排油,-,接力器活塞右移,-,关小导叶，减小流量。,同时，当辅助接力器上移时，带动反馈杠杆的,B,端上移,-A,端下移，,C,端随之下移，同时使,D,端上移,-,使引导阀针塞上移,，使针塞与转动套回到相对中间的位置。,C D,A B,开,p,0,0,p,0,当转速下降的调节过程？,C D,A B,关,p,0,0,p,0,例如，机组在,n0,下运行，当电网负荷减少时，,Mt,Mg,机组转速上升，调速系统开始动作，使进入水轮机的流量减少，最终使,Mt,Mg,，转速停止上升，此时机组在转速,n,1,下稳定，但此时的,n,1,n,max,.,即,n,0,n,1,3,、存在问题？,4,、结论：,具有硬反馈的调速系统解决了过调现象，但是存在有差调节。,有差调节,：经过一个调节过程后，机组转速不能回到原来的转速下平衡，而是回到一个新的转速实现平衡。,（二）缓冲装置（又称软反馈元件）,1,、作用和意义：用于调速系统的反馈校正，其性能直接影响调速系统的稳定性。,缓冲装置的壳体分为上、下,2,个腔室，其内部充油，节流孔是上、下腔之间的唯一通道；主动活塞受主接力器活塞控制，从动活塞作用于引导阀针塞。,2,、结构及其特点：,3,、工作原理：,当主动活塞受到主接力器反馈体的作用向下移动时，下腔油压升高,-,从动活塞上移,-,输出从动活塞位移信号，并作用于引导阀针塞；同时压缩从动活塞弹簧。在此期间，因下腔油压高于上腔油压，下腔油经调节阀进入上腔室，在主动活塞弹簧恢复力作用下，上、下腔油压差越来越小，直至压差为,0,，从动活塞在自身弹簧恢复力作用下，回复到中间位置。,当主动活塞受到主接力器反馈体的作用向上移动时，上腔油压升高,-,从动活塞下移,-,输出从动活塞位移信号，并作用于引导阀针塞；同时向下拉伸从动活塞弹簧。在此期间，因上腔油压高于下腔油压，上腔油经调节阀进入下腔室，在主动活塞弹簧恢复力作用下，上、下腔油压差越来越小，直至压差为,0,，从动活塞在自身弹簧恢复力作用下，回复到中间位置。,由上述分析可知：,缓冲装置的输出信号（从动活塞位移量）只在调节过程中存在，调节过程结束后就自动消失,，所以也称软反馈元件。,4,、,输出量（从动活塞位移量）与输入量（主动活塞的位置量）的关系：,5,、缓冲装置的,2,种特殊情况：,当,T,d,=0,时，即节流孔全开（可极限地认为上下两油腔全通成一个整体），油流阻力系数为,0,，此时无论输入信号怎样变化，都不产生输出信号，即,Z,2,=0.,这是因为不管主动活塞上移或是下移，连成一体的上下腔油压无压差，所以从动活塞位置不变。,当,T,d,时，节流孔全关，当给主动活塞一个位移,Z,1,时，从动活塞也产生一个位移,Z,2,，,由于节流孔堵住，上下腔油压无法平衡，所以从动活塞无法回复，此时的缓冲装置相当于一个硬反馈元件。,k,四、具有软反馈的调速系统,1,、系统组成：离心摆（测速元件）、引导阀（放大元件）、辅助接力器与主配压阀（放大元件）、接力器（执行元件）和水轮机（调节对象）、,软反馈元件,。,k,2,、工作原理,当转速为额定转速时，引导阀与转动套、辅助接力器与配压阀在相对中间位置。,k,当转速升高,-,离心摆下支持块上移,-,带动引导阀转动套上移,-,引导阀中间腔室与排油相通，腔内油压下降,-,辅助接力器与配压阀活塞 压力油进入接力器左腔，同时右腔接通排油,-,接力器活塞右移,-,关小导叶，减小流量。,k,当接力器右移时，反馈锥体使杠杆的,k,端上移,-f,端下移,-,缓冲装置主动活塞受向下的力，使从动,活塞上移,推动引导阀针塞上移与转动套回到相对中间位置，使接力器停止移动。此时,Mt=,Mg,k,接力器停止移动后，受活塞弹簧的作用，主、从动活塞逐渐向中间位置回复，同时使引导阀针塞稍有下移。,引导阀针塞下移的结果是什么？,k,引导阀针塞稍有下移，使导叶进一步关小，使,Mt,Mg,，进一步降低转速，这时，离心摆有所下移，带动转动套下移，使转动套与针塞回到相对中间位置，使得已上升了的转速降回到原来的额定值，并保持转速稳定。,k,转速降低过程,?,4,、结论：不管是负荷增加使转速下降还是负荷减少使转速上升，经过系统调整后，机组能恢复到原来的额定转速并稳定下来，即实现,无差调节,。,无差调节：,不论机组负荷增加还是减少，调节后的稳定转速都保持不变。,总结：,调速系统中，为了具有稳定性，必须引入反馈环节；,引入硬反馈环节，系统存在有差调节；,引入软反馈环节，系统可实现无差调节。,因这两种反馈均有它们自身的优点，所以在实际系统中，一般,2,种反馈均同时采用，以实现系统的更好的调节品质。,三、总结,1,、调速系统是如何引入软反馈与硬反馈的？引入后起到了什么作用、存在什么问题？,作业：,四、调速器的发展,1.,发展状况,1,）最早的调速器是机械型调速器，它利用测速元件直接控制进汽阀。,19,世纪末至,20,世纪,30,年代，主要的调速器是机械液压型调速器。它主要是用液压放大元件作为功率放大设备。,20,世纪,40,年代中其，出现了电气液压型调速器。它早期是用电气回路代替一些机械元件；后来直到出现电子调速器，电气液压型调速器有了独立的模式。,20,世纪,80,年代以来，出现了微机液压调速器。它具有优良的稳定性和速动性。我国在此期间也研制出了多种液压微机调速器，其技术已跻身于世界先进国家行列。,2,）,1983,年我国第一台水轮机微机调速器诞生,3,）技术与国际先进水平基本保持同步,4,）可靠性、产品质量、工艺水平与国外产品有一定差距,5,）出现了用国产调速器替换进口产品的苗头,6,）市场逐渐规范，形成数个知名调速器生产公司,7,）调速器理论联系实际的科研方法值得强调和提倡,2.,现代电网、水电厂的新发展及对水轮机调速器的要求,新发展,1,）区域电网形成（华北、华中、华东、西北、东北）、总功率日趋增大、区域电网间联网,2,）电网、水电厂广泛采用调度自动化、计算机监控系统和自动发电控制（,AGC,）,3,）电网、水电机组运行可靠性大幅度提高,新要求,1,）调节控制目标,原来：机组、电网频率（转速）调节器,现在：机组、电网频率（转速）调节器,孤立电网,大电网（一次调频）,机组功率控制器（二次调频）,调度自动化、,AGC,的有功功率末端控制器,3.,国内外数字式（微机）调速器的比较,1,）国内调速器,我国的数字式电液调速器的调节及控制在国际上处于领先地位。,2,）微机调节器,硬件,国外调速器,各公司采用自行设计生产的专用微机控制器，相互之间没有共同的技术标准，差异较大；,控制器生产批量不大，备品备件必需依赖原生产厂家，升级换代困难；可靠性高。,2,）微机调节器,硬件,国内调速器,多采用国际知名公司的可编程控制器（,PLC,），不同公司,PLC,产品的装置要求、试验、编程语言、用户指南和技术条件等均是按照国际电工委员会（,IEC,）的可编程控制器（,PLC,）技术标准设计生产的；,生产批量很大，备品备件获取方便，升级换代有保证；,采用,PLC,及国际知名品牌器件系统集成，可靠性高。,软件,调速器的调节和控制性能及功能主要由微机调节器的应用程序实现和保证。,国外调速器,调速器用户程序受知识产权保护，不向用户公开和交底；,技术培训不到位，只提供少量参数修改人机界面，不允许修改应用程序；,应用程序的编制方式、原则、习惯适合原产国（地区）的文化渊源和电网,运行要求，不太适合中国的国情；,软件,国内调速器,调速器应用程序具有自主的知识产权，附加详细的框图及注解，彻底向用户公开和交底；,承诺全面的技术培训，用户可以根据运行要求或工况变化修改用户程序；,应用程序的编制方式、原则、习惯考虑了中国电网运行特点及要求，适合我国的文化渊源及国情。,3,）电,/,机转换器,国外调速器,多采用比例伺服阀或电液转换器，比例伺服阀静态、动态性能优秀,国内调速器,除采用进口的比例伺服阀或电液转换器外，还采用我国特色的伺服,/,步进电机电,/,机转换器,5,）售后服务及备品备件,国外调速器,售后服务渠道不够畅通，服务响应周期长，售后服务成本高；,备品备件价格很高，供应困难，关键部件和模块必需依赖原生产厂，存在原生产厂变更、更新换代或停产后，备品备件无法供应的可能。,国内调速器,售后服务渠道畅通，服务响应周期短，售后服务成本低；,备品备件供应方便，微机调节器的控制核心（,PLC,）等重要器件均为国际知名品牌产品，在市场上即可方便购买，机械液压部件国内也已逐渐能自行加工。,调速器介绍：,调速器的定义：,1,、,2,、,调速器的作用：孤网,大电网,调速器介绍：,调速器介绍：,调速器介绍：,调速器介绍：,调速器介绍：,调速器介绍：,一次调频：,通过各原动机调速器来调节发电机组转速，以使驱动转矩随系统频率而变化的调频方式。,特点是频率调整速度快,但调整量随发电机组不同而不同,且调整量有限,值班调度员难以控制。,国家电力调度通讯中心关于电网一次调频对水电机组调速系统的主要技术要求：,负荷变化幅度限制：水电机组参与一次调频的负荷变化幅度，不加限制。一次调频功能为必备功能，不得由运行人员切除；不得在开度限制工况下运行。,一次调频与二次调频：,一次调频是有差调频，不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的改变程度。所以还需要利用同步器增、减某些机组的负荷，以恢复电网频率，这一过程称为二次调频。,只有经过二次调频后，电位频率才能精确地保持恒定值。二次调频的实现有以下两种方法：,电网调频由中心调度所调度员根据负荷潮流及电网频率，给各厂下达负荷调整命令，由各发电单位进行调整，实现全网的二次调频。,采用自动发电控制系统（,AGC,），由计算机（电脑调度员）对各厂机组进行遥控，来实现调频全过程，参加该系统的各机组必须具有机炉协调控制系统。,区别：一次调频是汽轮机、水轮机调速系统要据电网频率的变化，自发的进行调整机组负荷以恢复电网频率，二次调频是根据电网频率高低来调整机组负荷。,