电液调速器和机械液压型调速器相比，其主要优点如下：(1)具有较高的精确度和灵敏度。电液调速器的转速死区通常不大于0.05％，而机械液压型调速器则为0.15％，电液调速器接力器的不动时间为0.2s ，而机械液压型调速器则为0.3s 。(2)制造成本低。其原因是它用电气回路代替了较难制造的离心摆、缓冲器等机械元件。
(3)易于实现各种参数(水头、流量、负荷分配等)的综合，便于实现成组调节，为电站的经济运行、自动化水平及调节品质的提高提供了很有利的条件。
(4)能迅速可靠地实现参数的调整和运行方式的切换。(5)便于实现电子计算机控制。
(6)便于标准化、系列化，也便于实现单元组合化，以利于调速器生产制造质量的提高。
(7)安装、检修、试验调整都比较方便。
第四讲电气液压型调速器
随着生产的发展，对系统周波的要求更为严格；大机组大电网的出现，对电站运行和自动化程度提出了更新的要求,机械液压型调速器已经不能满足要求。20世纪40年代，出现了—电气液压型调速器(简称电液调速器)。随着电子技术的发展，电液调速器经历了电子管、晶体管和集成电路三个时期。
?一、测频回路
?机械液压型调速器采用离心摆测量机组频率(转速)与额定频率(转速)的偏差，也就是用离心摆转速的变化来反映机组转速的变化，而电液调速器则采用测频回路。测频回路按所取信号源和电路的不同，大致有四种典型的型式：
?①输入信号取自永磁发电机的所谓永磁机一LC测频回路。
?②输入信号取自发电机电压互感器的．所谓发电机残压一脉冲频率测量回路。
?（3）输入信号取自磁性传感器的所谓齿盘磁头一脉冲频率测量回路。
?④输入信号取自发电机电压和电流互感器的所谓发电机残压一数字测频电路。
1、永磁机—LC 测频回路
LC 测频回路可以是并联、串联、双并联或一个串联一个并联的，它们都是利用电路谐振的特点，即利用LC 回路的复阻抗与频率有关的特性，实现LC 测频回路的输出电压正比于机组的频率，或正比于机组频率与额定频率之差，来完成测频任务的。
如图所示，输入与输出关系为：
Z
R E U ?
?
=
1复阻抗为：
?
?? ?
?
-+=C L j R Z ωω1因此：
?
?? ?
?
-+=
?
?
C L j R R E U ωω11
其幅值为：
2
2
2
2
1111?
?? ?
?
-+=
?
?? ?
?
-+=
=?
?
C L R ER C L R R E U U ωωωω输出电压与输入电压的相角差为：
R
C L tg ωωθ1
-
=
输出电压的幅值与相角，在输入电压和电路参数不变下，仅与角频率有关。如图所示，当
C
L ωω1=
复阻抗最小，输出电压的幅值最大，称为电压谐振，此时的频率称为谐振频率：
LC
f m π21=
并联LC 回路，输入与输出的关系为：
Z
R E U ?
?
=
2复阻抗为：
??????
??-+=C L j R Z ωω11
因此：
?????
?
??-+=
?
?
C L j R R E U ωω11
2
其幅值为：
2
22
22211
11
?????
?
??-+=
?????
?
??-+=
=?
?
C L R ER C L R R E U U ωωωω输出电压与输入电压的相角差为：?
?
? ??--=C L
R tg ωωθ11
输出电压的幅值与相角，在输入电压和电路参数不变下，仅与角频
率有关。如图所示，当
C L
ωω=1
复阻抗最大，输出电压的幅值最小，称为电压谐振，此时的频率称为谐振频率：
LC
f m π21=
如图所示，串、并联LC 回路，永磁发电机发出的交流电源经两组变压器降压后，分别加入串联和并联谐振回路上，此交流电压就是该测频回路的输入，输出经桥式整流后分别在电阻上产生压降，由于此两电路是反相连接，经滤波后的总电压为两电压之差：
2
1U U U -=选择两电路的谐振频率基本相等，约70~80Hz 。Rf 可调，可以改变1回路输出特性。如下图所示。
Rf 可调，可以改变1回路输出特性，即相应改变了静特性曲线和频率轴的交点，此交点就是给定频率，Rf 又称为频率给定电位器。当机组频率偏离给定频率时，回路有电压输出，要进行调节。在给定频率附近基本呈线性，近似可以看成一个比例环节：
f
K U f ?=?
2 发电机残压—脉冲频率测量回路
1）信号来源：取自发电机的电压互感器
2）组成：放大整形、微分倍频、定时限幅、脉冲频率—电压转换、滤波等
隔离器
滤波
放大整形（双稳态触发器）
信号由反相端输入，反馈信号由A1输出端取得，经R3、R4分压：由R2送入同相端。（1）当输入信号>反馈信号，形成正反馈，开环放大系数很大，使得A1迅速变为负最大值。
（2）当输入由正信号变为负信号时，A1迅速变为正最大值。从而输出方波信号，频率与发电机频率相同。
（a ）放大整形回路
（b ）微分倍频回路由晶体管T1、电容C5和二极管D3、D4等组成。T1等构成单管倍频器。方波而发生正跳变时，T1的集电极电位随管子由截止转换为饱和导通而迅速下降，从Ec 降至Uc1，而Uc1取决于R6和R7的分压。设计时，使输入方波的正电位大于Ucl ，故在T1饱和后集电极电位反而随同基极电位升高到
Uc2,Uc2基本上和基极电位相等。
当输入信号发生负跳变时，T1的集电极电位随基极电位的下降而下降，此时T1仍维持饱和状态，但当基极电位下降到不足以维持T1饱和时，T1退出饱和区，迅速变为截止，集电极电位由低变高恢复至正。这样，输入信号无论发生负跳变咸正跳变，均会使集电极有负跳变出现，经微分倍频电路形成一周期内有两个负脉冲和两个正脉冲，而D4只允许负脉冲通过，可见微分倍频电路能将有规则的方波转换成两倍于机组频率的负脉冲。微分倍频电路波形图如图4—7所示。
（c）定时限幅电路将微分倍频电路输出的负脉冲送到具有正反馈的集成运算放大器A2的同相输入端，由A2和互补射极跟随器T2 和T3等组成单稳态定时触发器。当没有负脉冲输入而电源接
通时，由于该回路接有正反馈，故射极跟随器的输出为最大
正值。当负脉冲加入时，由于放大倍数很大，又有正反馈，因而电路迅速翻转，输出变为最大负值，电路呈暂稳状态。此时，定时电容C6通过R10、
R14、T3、R13、电源等充电，当电容C6两端充电电压超过
由正反馈过来加在同相输入
端的电压时，电路立即从暂稳状态翻转，恢复原始稳定状态，此时又输出最大正值，电容C6通过电源、R12、T2、
R14和D6及R10放电，并反相
充电，但其充电水平被二极管D5钳制住接近于零。
暂稳状态时间由C6和R10决定，同时也取决于反馈电压的大小，调整R10即可改变暂稳时间。这样，由单稳态触发器输出一系列固定时间宽度的负值方波和一系列随频率变化时间宽度的正值方波，通过限幅器进行限幅，且D11只允许正值方波通过，因此定时限幅电路的输出为随频率变化时间宽度的正值方波。
（d ）脉冲频率—电压转换电路当频率不变时在一脉冲周期内，充电电荷Q1等于放电电荷Q2，即Q1=Q2，而
如选取R18＝R19，经整理后得
式中：E1为定时限幅电路输出的正电压；Ec 为负电源电压。
此电路实质上是一个RC 积分电路。在非暂稳时间内，
由单稳态触发器输出的经过限幅后的正信号通过R19向C8进行充电；而在暂稳态时间里，由于D11不允许负信号通过，故C8通过R19和R18进行放电，放电时间t 即为暂稳态时间，非暂稳态时间则为脉冲周期T 减去τ。如果充电时间常数R 19C 8>>T ，则可认为在T-τ时间里充电过程是线性的，由于放电时间常数大于充电时间常数，同样其放电过程也是线性的，因而电容C8上的电压在y 一脉冲周期内可用其平均电压Uc 表示。
使Ec=2E ，则
τ
τ--=
T T E U c 2)2(21要使在给定频率时，输出为零，则要求
2
0T =
τ则
014)(4T T T T E U c --=用脉冲频率表示F
F F F E U c --=0014)(4若脉冲频率在给定频率附近做微小变动时，则F F F E F F F F F F E U c ?-?-
=?+-?+-=?010000134)(4)]([4又F F ?>>0故
134F F E U c ?-
=?
考虑到发电机频率与脉冲频率之间的关系：
f
K f f E U f r
c ?-=?-=?341r
f f
F F ?=?0故
（e）滤波电路
根据集成运算放大器反相输入
的情形,输出电压Uf和输入电压Uc
的关系可表示为
式中：Z2和Z1分别为反馈复阻抗
和输入复阻抗，它们之比仍为一
复数，根据四端网络等值电路计
算T型电路的公式，则
此电路是由集成运算放大器A3
等组成的有源滤波器，其作用
和普通的无源滤波器一样，把
频率较高的交流分量滤掉，剩
下的是反映机组频率变化的直
流分量，但它比起具有同等滤
波效果的无源滤波器却具有时
间常数小的特点。
则整个残压测频回路的输出电压 U
f
可表示为
若使R
20
=R21=R22=R23=R，C9=C10=C，C11=0.5C9 =0.5C则
4、发电机残压－－数字测频回路
１）组成上述几种型式的测频回路，均属于用模拟电路来测量机组的频率。而发电机残压—数字测频电路则是用数字电路来实现对机组频率的测量。
数字测频是由整形和二分频电路、石英晶体振荡器、计数控制门、控制脉冲发生器、抄出门、寄存器、数模转换器等组成。
２）基本思想
用机组频率的周期时间来控制一个计数门，让其正半周内放进频率恒定且频率较高的矩形脉冲，而利用负半周的部分时间来作计数前的准备和某些必要的控制。故当机组频率发生变化时，其周期也变，从而通过计数门进入计数器的矩形脉冲也发生变化，经寄存器和数模转换成与周期时间成比例的模拟电压量，以达到测量机组频率的目的。
３）工作原理频率信号取自发电机端的电压互感器和电流互感器，经整形电路，将机组频率为f 的正弦波整成方波，再经倒相后送入一个J —K 触发器，从而获得一个fx/2的方波，该信号一路用来控制计数控制门，另—路作为控制脉冲发生器的触发信号。
石英晶体振荡器用来产生频率高度恒定(100kHz)
的矩形脉冲作为计数器的时钟脉冲信号，该信号也送到计数控制门的输入端。
由于计数控制门为与非门，在fx/2的方波的正半周内，计数控制门开启，让石英晶体振荡器产生的矩形脉冲通过计数控制门进入计数器，在负半周里，则不让时钟矩形脉冲通过。控制脉冲发生器是由四个微分型单稳态触发器组成，它利用fx/2的方波下跳沿作为触发信号，从而产生三个相继出现的控制脉冲：1S4为负脉冲，脉冲宽度为5us ，用来使寄存器清零，为接受抄录计数器该前半周中所计的数目作准备：1S5是在1S4脉冲过后出现的正脉冲，脉冲宽度为5us ，它用来打开抄出门，从而把计数器所记的结果抄录到寄存器中去；1S6是在1S5后面间隔一个脉冲时间再产生的一个负脉冲，脉冲宽度也为5us 。由于计数器中正半周所计的数已抄往寄存器，故该脉冲又重新给计数器预置某个——定的数，为下一个正半周作好新的计数准备。
汁数器是一个12位二进制计数器，用12个J —K 触发器组成，它是用来正确地计算fx/2的方波正半周时间(即机组频率的—个周期时间)内放进的矩形脉冲与预置脉冲数的总和。
抄出门也是—个与非门，在控制正脉冲1S5到来时，它把自己对应的计数器中的数转到相应寄存器中去。而在1S5控制脉冲过后，又封锁抄出门，以保证寄存器中所存的数在该周期中维持不变。寄存器是由１２个R-S 触发器组成，它是用来寄存每fx/2的方波正半周内计数器所就计的脉冲总数，并把它数模转换器。数模转换器是一个１２位权电阻数模转换器，将数字量转换成模拟电压量。
1、水轮机调节的基本任务是什么？与其它调节系统相比，水轮机调节有哪些特点？ 基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组转速(频率)在规定的范围内。这就是水轮机调节的基本任务。 水轮机调节的特点： (1)水轮发电机组是把水能变成电能的机械，而水能要受自然条件的限制，单位水体 小所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通过较大的流量，因 而水轮机及其导水机构也相应较大。 (2)水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。 (3)有些水轮机具有双重调节机构。 (4)随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能。 总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能。 2、什么是调速系统的转速死区？其对调节性能有何影响？ 转速死区：在调速系统的转速上升和下降静态特性曲线中，相同开度下的转速之差与额定转度之比。 对调节性能的影响：转速死区使调节系统频率调节质量降低，使机组负荷分配误差增大，对调节系统稳定性也不利。 5、什么是调节保证计算？ 在设计阶段就计算出甩负荷过渡过程中的最大转速上升值及最大压力上升值，以判断甩负荷过程中的压力和转速是否超过允许值，工程上把这种计算称为调节保证计算。 6、什么是直接水击、间接水击？什么是水击相长？ 直接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts ’
基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计２０１０．№ｌ １引言 基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计 陈亮亮１，张江滨２ （Ｌ中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安７１００６５； ２．西安理工大学水利水电学院，西安７１００４８） ［摘要］水轮机调节系统是一类典型的非最小相位系统，为抑制其右半复平面零点所造成的负调，提出一种采用极点镜像映射法的ＩＭＣ．ＰＩＤ控制和模糊逻辑设定值加权的混合策略。采用内模控制极点映射方法设计ＰＩＤ控制器，能够降低不稳定零点带来的负调；引入的模糊逻辑设定值加权系数可以在线修正控制器的比例增益，．从结构上有效抑制负调产生。仿真结果表明，该控制器对水轮机调节系统具有良好的控制效果。［关键词］水轮机调节系统；内模控制；仿真研究 ［中图分类号】ＴＫ７３０．４＋ｌ【文献标识码】Ａ【文章编号］１０００．３９８３（２０１０）０１－００６０－０５ ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＨｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅＲｅｇｕｌａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＩｎｔｅｒｎａｌＭｏｄｅｌＣｏｎｔｒｏｌ ＣＨＥＮＬｉａｎｇ－ｆｉａｎ９１。ＺＨＡＮＧＪｉａｎｇ．ｂｉｎ‘ （１．ＨｙｄｒｏｃｈｉｎａＸｉｂｅｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｌｌ７１００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉ’ａｌｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴ＆ｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓａｔｙｐｉｃａｌｎｏｎ－ｍｉｎｉｍｕｍｐｈａｓｅｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｒｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔｃａｕｓｅｄｂｙｚｅｒｏｓｉｎｔｈｅｒｉｇｈｔ．ｈａｌｆｐｌａｎｅ．ａＩＭＣ－ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ－ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｍｉｘｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｂｅｅｎａｄｖａｎｃｅｄ．，ｒＩｌｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｐｏｌｅｍａｐｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｔｈｅｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ—ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｆａｃｔｏｒｔｈａｔｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｇａｉｎ．ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ．１１ｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍａｋｅｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ 水轮机调节系统由于水流惯性的存在，使整个系统成为一个典型的只有右半复平面零点的非最小相位系统【ｌｊ。从控制原理知道，右半复平面的正零点属于不稳定零点，由此产生的负调现象是系统控制所不希望的。 针对水轮机调节系统一类的非最小相位特点，很多学者进行过研究。基于经典控制理论的设计大都局限于线性控制器，难以同时抑制负调、超调和调整响应时间；而基于智能控制的设计方法【２】虽然也得到了研究，却因为自身的复杂性而使得实际的操作难度倍增；近年来，以预测算法、模型参考等为基础的控制方法［３－５１有了长足的发展，其中更是以内模控制【６’７】受到了大家的广泛关注。 以内模控制极点镜像映射的方法为基础，针对水轮机调节系统的非最小相位特点设计ＰＩＤ控制器，从而通过参数整定有效的抑制负调；并结合模糊控制技术对控制器的设定值进行加权，从系统结构上抑制负调的产生。理论分析和仿真结果均验证了该混合策略的有效性。 ２问题描述 目前，工业控制系统使用最为广泛的仍然是结构简单的经典ＰＩＤ控制。虽然有学者进行过基于内模控制的设计【８】，而且也取得了不错的效果。但是，将内模控制和ＰＩＤ控制的优点结合起来，才会更有实用价值，所以本文采用基于内模控制的ＰＩＤ设计方法。 内模控制器的传统设计方法很难满足非最小相位系统的需要，而水轮机调节系统正是一个典型的非最小相位系统，所以需要重新定义设计公式，故本文采用极点镜像映射法设计系统控制器。 根据经典ＰＩＤ设计方法，引入设定值加权系数１９】后，系统得以从结构上抑制负调的产生。但此系数的大小会影响系统响应的快速性，所以需要在系统响应过程中动态计算该值的大小。 万方数据
1.配压阀结构型式：通流式和断流式。 2.根据连接范围不同，总线分为片级总线，系统总线，外总线。 3.总线信号线分为数据线，地址线，控制线，电源线和地线，备用线 4.水轮机调速器分类按元件结构不同分为机械液压型电气液压型。按调节规律不同分为PI 和PID ;按反馈位置分为 辅助接力器和中间接力器和电子调节器型；按施行结构的数目分为单调节和双调节；按工作容量可分为大，中，小型。 5.调节设备一般包括调速柜，接力器，油压装置， 6.压油槽根据工作的情况，油的容积可分为保证正常压力所需的容积，工作容积，事故关闭容积，贮备容积。 补充： 1.PID控制算法有哪些：按算法不同分为位置型和增量型。 2. 负荷的类型：根据性质不同分1功率与频率没有直接关系的负载，2成正比的负载，3成平方关系的负载，4成三次方关系的负载，5成更高次方关系的负载； 3. 油压装置的组成：压力油罐，回油箱，带电动机的油泵，补气装置。 4.负载功率与电压关系：1与电压关系甚微的负载，2与电压平方成反比变化的负载，3成正比的负载。 5.接力器按工作原理分：双向作用和差动作用。 6.水轮机调节系统运行工况：1，单机带负荷工况，2空载工况，3并列带负荷工况。 二名词解释： 1.。.转速死区：当机组转速超过N1时调速器关闭导叶，而当机组转速低于N2时调速器才开启导叶，当转速在N1和N2之间时，调速器不动作，称为转速死区。 2. 总线：计算机系统内部各独立模块之间传递各种信息的渠道，它将功能相对独立的模块有机地连接起来，完成模块之间的信息传递和通信。 3.。调节保证计算：在设计阶段就应计算出上述过度过程中最大转速上升值和最大压力上升值，工程上把计算称为调节保证计算。 4. 水击相长：由A端阀门导叶处发出的波到达B端水库后再由B端反射回到A端所需的时间称为水击的相，相长为来回的时间。 5. 直接水击：阀门(导叶)的关闭（开启）时间Ts≤2L/a ,在水库传来的反射波尚未到达时，发生的水击为直接水击。 补充：： 1间接水击：：阀门(导叶)的关闭（开启）时间Ts>2L/a ,发生的水击为直接水击。 2双调节：两个调速机构。 3协能关系:在双重调节的水轮机调节系统中，为了使系统稳定，高效，对可以调节的部分进行调节时符合的一定关系。作用:增加水轮机的高效率区的宽度，以适应负荷的变化。 4遮程：套筒孔口高度hs与阀盘高度hv之差的一半。 5频率调节：调速器受给定频率FG控制，直至机组频率等于给定频率 6频率跟踪：将网频作为调速器的频率给定值，直至机组频率与频率给定值一样。 7指令信号：机组并网后希望能迅速增加其出力，这是通过调整调速器的功率给定来实现的，功率给定信号就是指令信号，其时间就是指令信号时间。 8升速时间Tn：甩负荷后机组转速自导叶开始动作到最大转速所经历的时间。 9水轮机调节系统动态特性： 10水轮机调节系统的参数整定： 11.稳定域： 简述题: 2.试述水轮机调节的基本任务和其特点、 基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出。并维持机组转速频率在规定的范围内。这就是水轮机
作业一： 1.简述水轮机调节的基本任务、实现水轮机调节的方法和途径。 答：水轮机调节的基本任务：保证频率在规定范围内，根据电力系统负荷的变化不断调节水轮发电机的有功输出，维持转速在规定范围内。调节途径： 改变喷针开度，使水轮机的动力矩和发电机阻力矩平衡，使转速和频率保持在规定范围。实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。 2.水轮机调速器从不同的角度有不同的分类方法。调速器按元件结构的不同可分为哪几种？ 按执行机构的数目可分为哪几种？按调节规律、按工作容量、按反馈的位置又可分为哪几种？ 答：（1）按元件结构分为机械液压和电气液压，其中，电气液压又分为模拟电气液压和数字电气液压（2）按系统结构分为辅助接力器型、中间接力器型和调节型（3）按照控制策略分为PI（比例+积分）调节型，PID（比例+积分+微分）调节型和智能控制型（4）按执行机构数目分为单调节调速器和双调节调速器（5）按工作容量分为大型、中型、小型、特小型。 3.调速器型式解释： （1）T-100 机械液压式单调节调速器工作容量为100N.M (2)TT－300机械液压式特小型单调节调速器工作容量为300N.M (3)YT-600机械液压式中小型单调节调速器工作容量为600N.M (4)WST-1000-4.0微积式特小型双调节调速器额定工作率为4，工作容量为1000N.M 作业二： 1.电液调速器由哪几个部分组成？测频回路的作用是什么？有哪几种型式的测频回 路？人工失灵区的意义何在？ 答：电液调速器由三部分组成：传感器，主调速器（505），TM-25LP执行机构。测频回路：利用电容元件C和电感元件L组成的谐振回路，相当机械调速器中飞摆的作用。送至信号综合回路达到控制水轮机、实现机组自动调节的目的。测频回路四种型式：A:永磁机----LC 测频回路，B：发电机残压----脉冲频率测量回路，C：齿盘磁头----脉冲频率测量回路，D：发电机残压----数字测频电路。 人工失灵区的意义：可以实现当系统频差在该段范围内该机组基本上不参加调节，从而起着固定负荷的作用，即人为地造成失灵区。以利于机组稳定的承担基本负荷，也有利于电力系统的运行。但当系统频率偏差较大，即超过该段范围时，则机组仍保持原来静特性的斜率，使机组有效的参加调解。 2.电液调速器中，连接电气部分和机械液压部分的关键元件是什么？它的作用是什 么？ 答：电液转换器。作用：将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定操作力和位移量的机械位移信号，或转换成为具有一定压力的流量信号。 作业三： 1.和模拟电调相比，微机调速器的优点何在？
水轮机调节基础知识 1、反应电能质量指标：电压和频率。 2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。 3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。。 4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。 5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大 6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。 7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。 8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。 9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。 10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。 11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。 12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。 13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。 14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。 15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。 16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。 17、 18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。 19、调差机构的组成：螺母，螺杆，反馈框架，转轴 20、转速调整机构的作用：当机组单机运行时用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网运行时用于改变机组所带的负荷。 21、转速调整机构的组成：手轮、螺杆、螺母。 22、调节系统的静特性：统节系统处于平衡状态时机组转速与发电机出力之间的关系。 23、调节规律的输出信号接力器位移y 与输入信号转速x 之间的关系称为调节规律。PI ：比 例积分型S K K S G I P PI /)(+=，PID 比例积分微分型s K s K K s G D I P PID ++=/)( 24、 bp 与调节系统的构造有关，与机组特性和运行水头无关。 ep 与两者都有关。 25、调速器的典型环节：比例环节、积分环节、理想微分环节、实际微分环节、惯性环节。 26、按元件结构不同分为：手动、电动、机械液压型、电气液压型、微机调速器； 27、按容量分为：特小型、中小型、大型调速器； 28、按执行机构不同分为：单调节（混流，轴流定浆式）、双调节调速器（轴流转浆，贯流转浆，冲击式）； 29、按调节规律：PI 型，PID 型 30、按所有油压装置和主接力器设置情况分为：整体式和分离式。 31、离心摆工作原理:当离心摆在额定转速时，如果转速增加则离心力增大，重块外张使转动套升高；反之则转动套下降，这样，离心摆转速的变化就以转动套位置的高低反映出来 32、离心摆的作用：将机组转速偏差信号按比例装换成装套的位移信号，传递给引导阀。 33、离心摆静特性：离心摆静态方程式表示在稳定工况时，离心摆的转速几乎与转动套行程
1、反应电能质量指标：电压和频率。 2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。 3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。。 4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。 5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大 6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。 7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。 8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。 9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。 10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。 11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。 12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。 13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。 14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。 15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。 16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。 17、 18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。 19、调差机构的组成：螺母，螺杆，反馈框架，转轴 20、转速调整机构的作用：当机组单机运行时用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网运行时用于改变机组所带的负荷。 21、转速调整机构的组成：手轮、螺杆、螺母。 22、调节系统的静特性：统节系统处于平衡状态时机组转速与发电机出力之间的关系。 23、调节规律的输出信号接力器位移y 与输入信号转速x 之间的关系称为调节规律。PI ：比 例积分型S K K S G I P PI /)(+=，PID 比例积分微分型s K s K K s G D I P PID ++=/)( 24、 bp 与调节系统的构造有关，与机组特性和运行水头无关。 ep 与两者都有关。 25、调速器的典型环节：比例环节、积分环节、理想微分环节、实际微分环节、惯性环节。 26、按元件结构不同分为：手动、电动、机械液压型、电气液压型、微机调速器； 27、按容量分为：特小型、中小型、大型调速器； 28、按执行机构不同分为：单调节（混流，轴流定浆式）、双调节调速器（轴流转浆，贯流转浆，冲击式）； 29、按调节规律：PI 型，PID 型 30、按所有油压装置和主接力器设置情况分为：整体式和分离式。 31、离心摆工作原理:当离心摆在额定转速时，如果转速增加则离心力增大，重块外张使转动套升高；反之则转动套下降，这样，离心摆转速的变化就以转动套位置的高低反映出来 32、离心摆的作用：将机组转速偏差信号按比例装换成装套的位移信号，传递给引导阀。 33、离心摆静特性：离心摆静态方程式表示在稳定工况时，离心摆的转速几乎与转动套行程之间的对应关系。 34、离心摆的输出量转动套位移与输入量转速偏差时成比例的。
1.油压装置安其布置方式可以分为分离式和组合式两种. 2.调速器的油压装置是由:压力油罐、回油箱、中间油罐、螺杆油泵、补气阀、 安全阀等组成。 3.齿盘测频回路具有输出频率信号电压的漂移量小，测频精度高的特点。 4.引入测频微分回路可以改善过渡过程的调节品质，提高速度性、缩短调节时 间、减少超调量。 5.位电转换器就是将机械位移信号转换成电信号的位电转换元件。 6.电液转换器室友电气-位移转换和液压放大两部分组成。 7.微机调速器由两部分组成，即微机调节器和液压随动系统。 8.微机型调速器按照输入信号种类的不同，分为模拟量和开关量信号等。 9.电液随动系统由电液转换元件、液压控制元件和执行元件等组成。 10.PLC微机调速器的频率测量采用残压测频时，信号取自母线电压互感器（TV） 或者发电机出口电压互感器；采用齿盘测频时，信号引自安装在水轮机大轴或发电机大轴上的齿盘脉冲转速探测器。 12.微机调速器在不同运行工况下采用不同的调节规律、控制结构、调节参数和调节模式。 13.微机型调速器的调节模式有频率调节模式、功率调节模式、开度调节模式。 14.频率调节模式是一种适用于机组空载运行、并入小电网或孤立电网运行和在大电网以调频方式运行的自动调节模式。 15.若机组并入电网运行，微机调速器一般采用开度调节模式或功率调节模式进行控制，其调节规律PI运算。 16.在模拟型电气液压调速器中，一般采用电液转换器将电气信号转换成机械液压信号。 17.微机调速器的电液伺服系统中所采用的电机转换装置有电液伺服阀、步进电机或伺服电机式电液转换器。电液伺服阀、电液比例阀、伺服电机、步进电机、数字阀。 18.调速器整机静态特性实验母的：通过对调速器静特性曲线y=f（n）的测定，确定调速器的转速死区i ，校验永态转差系数bp值，以鉴别调速器的制造和安 x 装质量。 19.调速器的动态实验主要指空载实验、突变负荷实验和甩负荷实验等。 20.空载扰动实验的目的：实在空载工况下以人为的方法向调节系统输入一个阶跃的转速扰动量，在此阶跃输入下，测出不同调节参数时的动态品质，从而确定空载运行时的最佳调节参数，并为带负荷运行确定参数参数提供初步依据。21.突变负载实验的目的：是观测与分析调节系统在负荷突变时的动态特性，选择带负荷工况下的最佳调节参数值，确保调节系统既有良好的响应特性，又有较好的稳定性。 22.甩负荷实验目的是校验调速器动态特性的一个重要项目。其实验目的是：（1）在已选定的调节参数下，考核调节系统过渡过程的动态品质指标，鉴定调速器的工作性能和调节质量。 （2）检查机组甩负荷后的最大转速上升率和蜗壳压力上升值，验证调节保证计算的正确性，为机组的安全运行提供数据。 （3）最后整定导叶关闭时间和关闭规律 （4）测量调节系统静特性曲线 23.甩100%额定负荷实验的目的是：检验机组在选定的参数下调节过程的速动性和稳定性，检查能否满足调节保证计算的要求。 24.用户除了要求供电安全、可靠和经济外，还要求电能的频率、电压保持在额定值上、下的某一范围内。 25. 调节保证计算的任务是：根据水电站压力引水系统和水轮发电机组特性，选择合理的导叶调节时间和调节规律，进行最大水击压强变化值和最大转速上升值
水轮机调节系统机组孤立电网运行特性仿真 魏守平 一．水轮机调节系统机组孤立电网运行特性 1 水轮机调节系统孤立电网运行 水轮发电机组有多种工作状态：机组开机、机组停机、同期并网前和从电网解列后的空载、小电网或孤立电网运行、以频率 (转速)调节和功率调节并列于大电网运行、水位和/或流量控制等。被控机组在小（孤立）电网运行称为孤立电网运行（ Isolated Grid Operation），孤立电网运行是指电网中只有一台机组或本台机组容量占电网容量比重相当大的运行方式。 孤立电网运行工况，对于绝大多数大中型机组，这是一种事故性的和暂时的工况，当被控机组与大电网事故解列时，水轮机微机调速器会根据电网频差超差自动转为频率调节模式－工作于频率调节器方式(频率死区E f=0)。由于被控机组容量占小电网总容量的比例、小电网突变负荷大小和小电网负荷特性等因素的影响，使得这种情况下的调速器的工作条件十分复杂，只能尽量维持电网频率在一定范围内。如果突变负荷超过小电网总容量的(10~20)％，由于接力器开启时间T q和关闭时间T f的存在，则大的动态频率下降或上升是不可避免的。 对于孤立电网运行工况，调速器应工作于频率调节模式的PID调节。PID参数的整定则更为复杂了，必需在现场根据机组容量、突变负荷的容量、负荷性质等加以试验整定。PID 参数的选择原则是:在保证孤立电网运行动态稳定的前提下，尽量选取较大的比例增益K p(较小的暂态转差系数b t)和较大的积分增益K I(较小的暂态转差系数b t和较小的缓冲时间常数T d，使得电网频率动态变化峰值小、向额定频率恢复时间短。GB/T 9652.2—2007“水轮机控制系统试验规程”规定：“水头在额定值的±10％范围内，机组带孤立的、约为90％额定功率的电阻负荷的条件下，突然改变不大于5％额定功率的负载，用自动记录仪记录频率变化过程。频率变化的衰减度（与起始偏差符号相同的第二个转速偏差峰值与起始偏差峰值之比）应不大于25％。”这在实际中是很难实施的。 孤立负载的转速控制一般被定义为对额定频率的最大偏差，是由孤立负载的功率变化引起的。在通常情况下，经常发生的负荷变化的等级在设计过程和仿真研究中就能被鉴定出来，仿真研究的目的是确定不同数值的发电机惯性、水流惯性、接力器开启时间T q和关闭时间T f对频率变化影响，以及验证频率偏差是否保持在所要求的限制范围内。 对接力器运动过程中起到速率限制的接力器开启时间T g和接力器关闭时间T f、对接力器运动过程中起到极端位置限制的接力器完全开启位置(y=1.0)和接力器完全关闭位置(y=0)等，是接力器运动过程中的主要非线性因素。如果按照水轮机调节系统运行和试验中的动态过程中，接力器运动是否进入了上述接力器的非线性区域，来划分水轮机调节系统动态过程特征，我们可以将水轮机调节系统运行和试验中的动态过程划分为大波动(大扰动)和小波动(小扰动)动态过程。水轮机调节系统的孤立电网运行特性是具有大波动特征的动态过程。 2 对孤立电网运行的水轮机调节系统动态特性的技术要求 1). GB/T 9652.2-2007 《水轮机控制系统试验规程》有关机组带孤立负荷(机组孤立 电网运行)试验的规定： “6.22孤立负荷试验 水头在额定值的±10％范围内，机组带孤立的、约为90％额定功率的电阻负荷的条件10
一．名词解释 1.水轮机调节:在自动调节装置（调速器）控制下的水轮发电机组，按照预定的功能、性能 和程序完成电能生产的调节及控制过程。 2.水轮机调节系统：用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）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。 3.水轮机调节系统的静特性：指调节系统处于稳定平衡状态时的机组转速与出力之间的变 化关系。 4.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。 5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常数。 6接力器的最短关闭时间:接力器以匀速由全开到全关位置所用时间。 7调节保证计算：在设计阶段就应计算出上述过渡过程中最大转速上升值及最大压力上升值.工程上把这种计算称为调节保证计算. 8闭环开机： 9调节时间：Tp是指从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进入新的平衡状态为止所经历的时间. 二．思考题 1.水轮机调节的方法：根据负荷变化引起的机组转速或者频率的偏差，利用调速器调整水 轮机导叶或喷针的开度，使水轮机动力矩和发电机阻力矩及时恢复平衡，从而确保转速或者频率在规定的的范围内。 2.调差率e值与什么因素有关 3.水轮机调节系统与其他原动机调节系统相比，有什么特点：1）受河流自然条件的限制， 其单位工作介质的能量较小。2）由于工作介质不同，水流的运动惯性较汽流的较大，长引水管道的水电机组水流惯性尤为明显。3）某些水轮机具有双重调节机构，增加了水轮机调速器的复杂性。4）水电机组在电力系统中承担着调频、调峰和事故备用等任务，随着电力系统容量及结构复杂程度的不断增加，水电机组在电力系统中的作用更加明显。 4.利用开度限制机构的作用 5.水轮机调速器的分类方式有哪几种:1)按元件结构分为机械液压和电气液压，其中，电气 液压又分为模拟电气液压和数字电气液压2）按系统结构分为辅助接力器型、中间接力器型和调节型3）按照控制策略分为PI（比例+积分）调节型，PID（比例+积分+微分）调节型和智能控制型4）按执行机构数目分为单调节调速器和双调节调速器5）按工作容量分为大型、中型、小型、特小型。 6.什么是危机调速器所采用的数字测频方法计数法 7.调差机构的主要作用 8.机组并网运行时，若b=0，电液调速器如何调整负荷 9.目前水轮机调速器按其结构框图的特点可分为哪几种 10.水轮机微机调速器有哪几种工作状态停机状态空载状态发电状态调相状态 11.水轮机微机调速器和模拟电液调速器系统结构的主要区别 12.在根据水轮发电机组的运动方程推到甩负荷过渡过程中最大转速上升的估算公式时，采 用了哪几种假定 13.微机调速器的调节模式有哪几种1）频率调节模式（转速调节模式）（FM）2）开度调节
第一章 1.水轮机调节的任务 根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速（频率）在规定范围内，或按某一预定的规律变化． 2.为什么要对水轮机进行调节？通过什么途径进行调节？ 电网负荷一直在变化，负荷的变化导致频率的变化，要维持频率在一定范围内，必须对机组进行调整。利用调速器调整机组转速。 3.水轮机调节的特点 1．水轮机调速器必须具备有足够大的调节功 2．液压元件的调节滞后易产生过调节，不利于调节系统的稳定 3．水击的反调效应恶化调节系统品质,限制了接力器的开关操作速度 4．有些水轮机调速器还具有双重调节机构，从而增加了调速器结构的复杂性 5．具有越来越多的自动操作和自动控制功能 4.什么是水轮机调节系统，什么是水轮机控制系统，二者有什么区别？ 水轮机调节系统是由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环控制系统； 水轮机控制系统是用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差，并将它们按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．一般指由水轮机调速器与油压装置所构成的系统。 5.什么是水轮机调速器，调速器的典型系统结构有哪些？ 由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称． 调速器通常由测量、综合、放大、执行和反馈等元件组成。 6.调速器有哪几种分类方法？具体是怎么分的？ 1. 按工作容量分： 特小型调速器，小型调速器，中型调速器，大、巨型调速器 2. 按供油方式分： 1）通流式调速器 2）压力油罐式调速器，压力油罐式调速器又分为组合式和分离式 3. 按调节机构数目分： 单调节调速器，双重调节调速器 4.按元件结构不同分： 机械液压型和电气液压型，电气液压型又分为模拟型电气液压调速器和微机型电气液压调速
第一章 调速系统基础知识 1.水轮机调节的根本任务 水轮发电机组把水能转化为电能供用户使用。用户除要求供电安全可靠外，还要求电能 的频率和电压保持在额定值附近的某范围内。频率偏离额定值过大对用户不利，可能使用户的产品质量降低。按规定：系统频率应保持在50HZ，其偏差不得超过±0.5HZ：对于大容量系统，频率的偏差不得超过±0.2HZ。此外，还应保持电钟指示与标准时间的偏差在任何时候不大于1分钟；对于大容量系统，不得大于30秒。同时，电力系统的负荷是不断变化的，存在周期为几秒至几十分钟的负荷波动，这种不可预见的负荷波动幅值可达电力系统总容量的2~3%。此外，一天之内系统负荷有早、晚两个高峰和中午、深夜两个低谷，这种负荷变化基本上是可预见的。电力系统负荷的不断变化将导致系统频率的波动。因此，必须根据负荷的变动不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组的转速（频率）在规定范围内。这就是水轮机调节的根本任务。 2.实现水轮机调节的途径 通过什么方法与途径完成“水轮机调节”的基本任务呢？为简明起见，仅对一台水轮发电机组带负荷的情况进行讨论。如图示是水轮发电机组示意图。 水轮发电机组示意图 水轮发电机转动部分是一个围绕固定轴线做旋转运动的刚体，它的运动可由下列方程描述： 式中J ----机组惯性矩； ω---角速度，ω=πn/30（n为机组转速）； t M ---水轮机动力矩； t g d ω J =M -M dt
g M ---水轮机阻力矩。 水轮机动力矩由水流对水轮机叶片的作用力形成，它推动机组转动，其大小决定于：水头H，导叶开度a （流量Q），机组转速等。 由上式可见，实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。 3.水轮机调节的特点 ? 水轮机调节具有以下特点： ? 决定机组出力最基本的因素是水头和流量； ? 具有两套调节机构的水轮机，在对它们进行调节时，为了达到某种预期的目的，在两 套机构之间设有相应的协联机构。 ? 当导叶启闭时由水流的惯性所产生的水击作用通常是与导水机构的调节作用是相反 的。 4. 水轮机调节常见的几个术语和概念 为了便于理解，在这里我先给大家讲一下水轮机调节常见的几个术语和概念。 4.1常见的几个术语 ① 调节对象：被控制设备的统称，在水轮机自动调节中，它包括水轮发电机组、引水系统和电网。 ② 调速器：用于调节和控制水轮发电机转速的设备。其中自动调节转速的部分称为“自动调速系统”，而在分析水轮机自动调节系统中，人们习惯称之为调速器。 ③ 水轮机自动调节系统：由调节对象和调速器的自动调速系统所构成的自动调节系统。 ④ 被调节参数：力图控制在指定范围的参数。对水轮机自动调节系统而言是机组转速n 即角速度ω。 ⑤ 给定值：指定的某参数或其变化范围。 ⑥ 扰动：所有使被调节参数偏离给定值的因素均称为扰动。在研究水轮机自动调节的动态特性中，常采用阶跃扰动，即扰动一旦作用于该系统便保持为某一常量。 ⑦ 环节：构成系统的最基本单元。 4.2水轮机自动调节系统的动特性 水轮机自动调节系统受到一定的扰动后，在调节过程中，机组转速（频率）随时间的变 t M ω=γQH ηt γQH η M = ω 0Q =f(a )
水轮机调节系统空载扰动特性仿真 魏守平 一．水轮机调节系统空载扰动特性的仿真结果 GB/T 9651.1-2007《水轮机控制系统试验规程》规定： “7.21.2自动方式空载工况下，对调速系统施加阶跃频率扰动(一般采用阶跃变化微机调速器控制器的频率给定数值)，记录机组转速、接力器行程等的过渡过程，选取转速摆动值和超调量较小、波动次数少、稳定快的一组调节参数，提供空载运行使用。在该组调节参数下，用自动记录仪记录机组 3 min（为观察到有大致固定周期的摆动，可延长至5min）的转速摆动情况，量取有大致固定周期的转速摆动幅值；重复三次，取其平均值。” 1. 仿真策略 在进行水轮机调节系统空载扰动特性的每一次仿真中，我们的仿真策略是“1个(组)仿真目标参数的3个(组)数值仿真”，也就是说，在每次仿真中，采用选择的1个(组)仿真目标参数的3个(组)数值进行，将这3个仿真的动态过程的仿真变量波形和全部仿真参数在1个仿真图形中表示。 众所周知，对应1个(组)仿真目标参数的仿真，只能得到一个孤立的动态过程；对应2个(组)仿真目标参数的仿真，可以得到互为比较的2个动态过程；而对应3个(组)仿真目标参数的3个动态过程，则为进行参数变化对动态过程影响分析，提供了更为形象直观的结果。 在本次的水轮机调节系统空载扰动特性的仿真结果中，显示了机组频率f和接力器行程y的动态波形和所有的仿真参数。动态波形的纵坐标显示了机组频率f和接力器行程y 等2个变量，机组频率f是以赫芝(Hz)为单位，接力器行程y是以相对值显示；动态波形的横坐标是时间坐标t，单位是秒s。为了便于比较、分析和研究某1个(组)参数的取值对水轮机调节系统动态特性的作用，在其他的水轮机调节系统参数相同的条件下，选定1个或1组(数个)仿真目标参数，并选择各自3个不同的数值进行仿真，同时得到与之对应的3个仿真结果。第1个(组)变量对应的仿真曲线是红色点画线，第2个(组)变量对应的仿真曲线是黑色实线，第3个(组)变量对应的仿真曲线是蓝色虚线。在仿真波形图中的仿真参数显示区，标示了仿真采用的水轮机调节系统全部参数，在参数显示区的下部用红色、黑色和蓝色标示了3个(组)仿真目标参数，它们分别与红色、黑色和蓝色的仿真动态仿真波形对应。 记空载扰动前的频率为f1、空载扰动后的频率为f2，则扰动频率偏差的绝对值为Δf=∣f2-f1∣，定义空载扰动频率调节稳定时间为：从空载频率扰动时间时起，到机组空频率进入以扰动后频率f2中心的稳定区域（f2±∣f2-f1∣*5%）的时间t E。我们在仿真波形中以频率f2为中心，标出了以(f2+∣f2-f1∣*5%)和(f2-∣f2-f1∣*5%)为纵坐标的、平行于坐标横轴的空载扰动后的稳定区域边界。在仿真动态过程波形中，还标出了接力器行程空载扰动后的稳定值y2，请注意y2与扰动频率值(f2-f1)(相对值)及自调节系数e n之间的关系。 在以下的仿真中，仿真是对于机组频率向上扰动工况进行的，也可以进行向下扰动工况的仿真，仿真结果会自动绘出空载频率扰动后的稳定区域边界。例如，当空载扰动频率为Δf==4.0Hz时，扰动前的机组稳定频率为f1=48.0Hz，扰动后的机组稳定频率为f2=52.0Hz，在仿真结果的波形图中，标出了平行于坐标横轴的机组频率f=52.2Hz的黑色实线和平行于坐标横轴的机组频率f=51.8Hz的黑色实线；当空载扰动频率为Δf=2.0Hz时，扰动前的机组稳定频率为f1=49.0Hz，扰动后的机组稳定频率为f2=51.0Hz，在仿真结果的波形图中，
第一章水轮机调节基本概念 1．1 用电户对供电质量的基本要求是什么？频率波动对用户有何影响？我国电力系统规定的频率波动的允许值是多少？ 1．2 发电机的频率和转速之间有什么关系？ 1．3水轮机调节的基本任务是什么? 1．4 水轮机调节的途径和方法是什么? 1．5 水轮机调节的特点有哪些? 1．6什么是水轮机调节系统?用方框图表示水轮机调节系统的组成。 1．7 水轮机转速的大小主要由哪些因素决定？用什么方法改变转速是既经济又方便的？1．8 进入水轮机流量所产生的有效能量是如何转换的？ 1．9 什么叫做动力矩和阻力矩？ 1．10 写出水轮机的运动方程式，并说明其物理意义。 1．11水轮机为什么要增设改变流量的调速机构？ 1．12 什么叫“单调”和“双调”？各用于哪些类型的水轮机？ 1．13 说明“双调”在工作中改变流量的意义和方式。 1．14 调速器有哪些基本作用？ 1．15调速器主要从哪几个方面分类?每一类又可分为哪几种型式? 1．16画结构图说明软反馈型、中间接力器型及PID型调速器的主要区别。 1．17 控制系统常用的数学模型有哪几种？ 1．18什么叫做协联机构？根据图1.5说明其工作原理。 第二章水轮机调节系统工作原理 2．1什么是测速元件和放大元件？它们的基本作用是什么？ 2．2为什么只有测速和放大元件的调速器在工作中不稳定？ 2．3说明只有硬反馈的水轮机调速器的动作原理和存在的问题。 2．4什么是反馈、硬反馈、软反馈?它们的作用是什么？ 2．5叙述没有反馈的水轮机调速系统动作原理。 2．6无反馈的水轮机调速系统存在什么问题?存在问题的原因是什么? 2．7说明缓冲装置的动作原理。 2．8叙述具有硬、软反馈的水轮机调速系统动作原理。 2．9什么是调速器的静特性?静特性应符合哪些技术要求? 为什么的静特性不是一条直线？2．10转速调整机构有什么作用?转差表指示值表示什么意义?如何调整? 2．11说明转速调整机构的组成和作用。 2．12说明调差机构的组成和作用。 2．13根据图2-1叙述在单机运行时，用转速调整机构调整转速的动作原理。 2．14根据图2-1叙述在并网运行时，用转速调整机构调整负荷的动作原理。 2．15根据图2-1叙述在并网运行时，变动负荷在并列运行的机组间是如何分配的？2．16根据图2-1说明局部反馈的作用，只有局部反馈能否使主接力器停止移动？ 2．17什么是调速器的转速死区和非线性度？它们各由哪些原因造成的？ 2．18什么叫做永态转差率和调差率？它们之间有什么区别？如何计算？ 2．19画图说明为什么无差静特性会造成机组间负荷摆动，而有差静特性却能使机组间负荷分配明确。
水轮机调速器期末复习资料 第一章水轮机调节的基本概念 水轮机调节系统由被控制系统（调节对象）和被控制系统（调节器）所组成，对水电站而言，调节器就是调速器。由于水电站是一个水、机、电综合系统，一方面机组与压力引水道有水力上的联系，另一方面又与电力系统有电气上的联系。因而调节对象包括机组（水轮机和发电机）、引水道和电网。 国家电力部门规定，电网的额定频率为50Hz（赫兹），大电网（容量大于3000MW）允许的频率偏差为±0.2Hz，小电网（容量小于3000MW）允许的频率偏差为±0.5。 水轮机调节的任务就是解决如何能使机组转速（频率）保持在额定值附件的某个范围之内。 水轮机调节的实质就是：根据偏离额定值的转速（频率）偏差信号，调节水轮机的导水机构和轮叶机构，维持水轮发电机机组功率与负荷功率的平衡。 调节进入水轮机的流量，对于混流式水轮机，采用改变导叶开度的办法；对于转桨式水轮机，采用同时协联改变导叶开度和转轮叶片角度的办法；对冲击式水轮机，采用同时协联改变喷针行程和折向器开度的办法来实现。 水轮机调速器是水电站水轮发电机组重要的辅助设备之一，它除了控制机组的转速之外，还与电站二次回路或微机监控系统相配合，完成如下的工作： （1）进行机组的正常操作：机组的开停机、增减负荷以及发电、调相等各种工况的相互切换。 （2）保证机组的安全运行：在各种事故情况下，机组甩掉全部负荷后，调速系统应能保证机组迅速稳定在空载转速或根据指令信号，可靠地紧急停机。 （3）实现机组的经济运行：按要求自动分配机组间的负荷。 按调速器元件结构分类——可分为机械液压型和电气液压型两大类。 按调速器容量的大小分类——可分为大型调速器、中小型调速器和特小型调速器。 按调速器调节规律分类——可分为PI型和PID型调速器。 按调速器所用油压装置和接力器是否单独设置分类——可分为独立式和分离式调速器。 YT－6000；YDT－18000；WST－100型号的含义。 第二章机械液压型调速器 自动调速器是为实现调节规律而设置的，在水电站的基本任务是调整转速、调整功率。完成这个任务的各种调速器的各个环节的结构形式是十分不同的，但从调节原理图来看，仍能归纳成同一种形式（机械调速器）——基于“检测偏差、纠正偏差”。 电液调速器是在机械液压型调速器上的基础上发展起来的，它们的基本原理是一致的，电液调速器的液压放大等部分与机械液压型调速器的对应部分是类似的。因此，掌握机械液压型调速器的结构、性能和工作原理仍然是非常必要的。 测量（速）环节是水轮机调速器系统主要环节之一，用于测量水轮发电机组每一瞬间的转速（频率）对额定转速的偏差，并以位移作为输出，输出信号经放大后去操纵导水机构。 离心摆由安装在其顶上的电动机驱动，YT型调速器的驱动电机通常为异步电动机。电动机由与水轮发电机同轴的永磁发电机供电，或由水轮发电机输出端母线通过电压互感器供电，因此离心摆的转速与水轮发电机组的转速成正比。当机组转速变化时，离心摆转速也随之按比例相应变化。