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第五章 调速器与调节对象的动态特性

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2热工对象的动态特性

2热工对象的动态特性

二、有自平衡能力的对象
对象的有自平衡能力：在阶跃输入扰
动下，不需要经过外加调节作用，调 节对象的被调量经过一段时间后能自己 稳定在一个新的平衡状态。
特征参数：
1、自平衡系数（或自平衡率） ρ
ρ =1/K ρ 表示对象的输出量每变化一个单位，
能克服多大的输入不平衡。 ρ 越大，对象的自平衡能力就越强。 ρ =0表示对象没有自平衡能力， ρ 的倒数就是对象的静态放大系数K。
一、典型环节的动态特性
1. 比例环节
输出信号与输入信号是同类型的时 间函数且成比例关系
动态方程： y K p x
阶跃响应：
2、积分环节
输出量的变化速度与输入量成正比
dy
动态方程： dt

Ki x
。
特点：
a.输出量反映输入量对时间的积分。 b.只有输入量为零时，输出量才不变
化，且能保持在任何位置上。
应用最普遍的是测出对象的阶跃 响应曲线。
通过大量的现场测试和分析， 大多数热工对象的动态特性具有 下图所示的形状：
基本特点：一开始被调量并不立
即有显著变化，而且达到新的平 衡需要一个非周期的过程，这说 明热工调节对象有一定的迟延和 惯性，过渡过程是不振荡的。
在曲线的最后阶段，被调量可 能达到新的平衡值，也有可能 被调量不断变化，而其变化速 度趋近某一数值，前者称为有 自平衡能力的对象，后者称为 无自平衡能力的对象。
2、响应速度（飞升速度ε ）
表示当输入信号为单位阶跃输入时， 阶跃响应曲线上被调量的最大变化 速度。
(四)热工控制对象动态特性 的特点
如果考虑到无自平衡能力的热工 对象的ρ=0，那么不论对象有无 自衡能力，都可以统一用三个特 征参数来表示。

调速器工作原理及试验方法

调速器工作原理及试验方法
➢ 水轮机调节的任务：
✓ 1、随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力 ✓ 2、保持机组转速和频率变化在规定范围内。最大偏差不超±0.5Hz，
大电力系统不超过±0.2Hz。 ✓ 3、启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷
分配)。以达到经济合理的运行。
➢ 水轮机调节原理
水轮机与发电机连成的一个整体，称之为水轮发电机组。我 们可以把机组转动部分看成一个围绕定轴转动的刚体，根据 理论力学可以得出机组运动方程式：
✓ (2) 确定积分时间常数Ki 比例系数Kp确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ki，
然后逐渐减小Ki，直至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐 增大Ki，直至系统振荡消失。记录此时的Ki，设定PID的积分 时间常数Ki为当前值的150％～180％。
✓ (3) 确定微分时间常数Kd
微分时间常数Kd一般不用设定，为0即可，此时PID调节转
调速器工作原理及试验方法
It is applicable to work report, lecture and teaching
主要内容 水轮机调节概述 调节系统参数对水轮机调节系统稳定性和动态品质的 影响 调速器PID调节的基本原理 调速器的试验 赶场调速器实例讲解 调速器的运行维护
水轮机调节概述
二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在 控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工 程实际中被广泛采用。
PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、 反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点 都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进 行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数， 都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
调速器ＰＩＤ调节的基本原理

《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲

《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲

《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时： 54 学分： 3课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。

本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。

二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ仪表及其控制系统；3、自动化仪表的基本性能指标。

第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2、掌握热电偶的测温原理及其应用；3、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。

8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。

教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。

2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。

第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用；2、理解PID模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。

PID调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念；3、理解DCS系统的结构特点及其组成；4、理解DCS控制站和操作站的功能；5、了解FCS系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。

水轮机调速器培训教程

水轮机调速器培训教程

三联水电水轮机数字调速器（培训教材）武汉三联水电控制设备有限公司2004年10月15日目录第一章水轮机调节的基本任务3一、水轮机调节系统的结构4二、水轮机调节系统的特点4第二章水轮机调速系统的标准和特性7一、水轮机调速系统的标准7二、水轮机调速系统的特性8三、水轮机调速器的动态特征9四、水轮机调节系统的动态特性13第三章水轮机调速器的控制算法15一、PID控制算法15二、桨叶控制器18第四章水轮机微机调速器的硬件23第五章水轮机微机调速器的形式27一、调速器的发展27二、调速器的分类28三、冗余式可编程调速器29第六章水轮机微机调速器的功能和运行34一、参数可调范围35二、功能要求36三、软件49第七章水轮机微机调速器的机械液压执行机构58一、比例伺服阀＋数字阀＋机械开限/纯手动组成机械冗余结构58二、步进式机械液压系统59第八章水轮机微机调速器的故障处理63一、空载频率摆动63二、负载漂移63三、接力器抖动64四、切换故障65五、甩负荷65六、与水头有关的故障66七、自检66第一章水轮机调节的基本任务水轮发电机组把水能转变为电能供生产、生活使用。

用户在用电过程中除要求供电安全可靠外，对电网电能质量也有十分严格的要求。

按我国电力部门规定，电网的额定频率为50Hz（赫兹），大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。

对我国的中小电网来说，系统负荷波动有时会达到其容量的5％～10％；而且即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2％～3％。

电力系统负荷的不断变化，导致了系统频率的波动。

因此，不断地调节水轮发电机组的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定转速（频率）的规定范围内，就是水轮机调节的基本任务。

水轮机调速器是水电站发电机组的重要辅助设备，他与电站那二次回路或计算机监控系统相配合，完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。

水轮机调速器还可以与其他装置一起完成自动发电控制（AGC）、成组控制、按水位调节等任务。

水轮机调速器培训教材

水轮机调速器培训教材

水轮机调速器培训教材XX市科音自控设备有限公司前言根椐近几年来，天津市科音自控设备有限公司举办调速器培训班的经验，及一些电站的实际调试经验，我们编写了新版的调速器培训教材，为使本教材达到深入浅出的效果，参考了一些理论书籍，使本教材真正达到理论联系实际。

教材涵盖了天津市科音自控设备有限公司的大部分产品，及当前市场上其它有代表性的产品，具有一定的实用价值。

2001年5月，天津市科音自控设备有限公司研制的步进式PCC可编程智能调速器已成功应用于龙羊峡水电站，对小水电的两台YWT-600型微机调速器进行了改造。

在此基础上研制了数字阀PCC可编程智能调速器，该项目是国家科技部创新基金项目（项目编号：04C26211201022）。

该产品已在多个水电站成功投运，并被《世界经理人周刊》《经济日报.名牌时报》等媒体评为2005年中国500最佳新产品之一。

教材以创新基金项目“数字阀PCC智能调速器”为重点，介绍了调速器的构成、工作原理、操作和调整方法，同时介绍了步进式PMC微控制器调速器的相关内容，调速器的静态和动态特性，微机调速器的工作状态，调速器的试验方法和现场参数选择方法，以及油压装置的工作原理等。

希望通过培训使学员能够掌握调速器的基本原理，能够正确使用调速器，对调速器进行必要的日常维护。

避免由于操作和维护不当而造成调速器故障。

在编写过程中得到了天津市科音自控设备有限公司研发部部长钱军辉，工程师：张伟朋、丛燕、黄炎彬的大力支持，在此表示衷心感谢。

不当和遗漏之处，恳请大家不吝指正。

编者2006年 10月于天津市科音自控设备有限公司目录目录 (I)第一章概述 (1)1.1水轮机调速器的任务： (1)1.2水轮机调速器的种类： (1)1.3调速器的型号说明 (1)1.4水轮机调节系统的特点 (1)1.5调速器一览表 (2)第二章水轮机调节系统的静态和动态特性 (3)2.1水轮机调节系统静态特性 (3)2.1.1永态转差系数 (3)2.1.2转速死区ix (4)2.1.3人工频率死区Ef(ef)和人工开度/功率死区Ey/p (4)2.2微机调速器动态特性 (5)第三章微机调速器的工作状态 (7)3.1停机等待(TJDD)状态 (7)3.2开机(KJ)过程 (7)3.3空载(KZ)状态 (8)3.4负载(FZ)状态 (8)3.5甩负荷(SFH)过程 (8)3.6调相(TX)状态 (8)3.7停机(TJ)过程 (9)第四章数字阀PCC智能调速器的特点及构成 (10)4.1主要特点 (10)4.2主要功能 (11)4.3调速器的构成 (11)第五章数字阀PCC智能调速器的电气工作原理 (14)5.1可编程计算机控制器(PCC) (14)5.1.1 中央处理器(CPU) (14)5.1.2 数字量输入模块(DI) (15)5.1.3 数字量输出模块(DO) (16)5.1.4 模拟量输入模块(AI) (16)5.1.5 模拟量输出模块(AO) (17)5.1.6 数字量混合模块和模拟量混合模块 (17)5.2YZFT系列数字阀PCC智能调速器（中小型）电气原理图 (17)5.3ZFST系列数字阀PCC智能调速器（大型）电气工作原理 (17)5.3.1 PCC的配置 (17)5.3.2 导叶接力器反馈回路 (20)5.3.3 桨叶接力器反馈回路 (20)5.3.4 测频电路 (20)5.3.5 桨叶电磁阀驱动回路 (20)5.3.6 导叶电磁阀驱动回路 (21)5.3.7 电源 (21)5.3.8 人机界面 (21)第六章数字阀PCC智能调速器的操作方法 (22)6.1触摸屏使用方法 (22)6.1.1 操作显示画面 (22)6.1.2 参数设置画面 (22)6.1.3 功能选择画面 (23)6.1.4 故障诊断画面 (23)6.1.5 试验画面 (23)6.1.6 帮助画面 (23)6.2.1 开机前的准备 (23)6.2.2手动开机 (24)6.2.3电手动开机 (24)6.2.4自动开机 (24)6.3并网 (24)6.3.1 跟踪网频 (24)6.3.2 停止跟踪网频 (24)6.3.3 并网运行 (25)6.4正常停机 (25)6.4.1手动停机 (25)6.4.2电手动停机 (25)6.4.3自动停机 (25)6.5紧急停机与复归 (25)6.6手、自动转换 (25)6.6.1自动切至手动 (25)6.6.2 手动切至自动 (25)第七章数字阀PCC智能调速器的静态调整 (26)7.1调速器二次接线后的检查工作 (26)7.2导叶接力器的位置调整 (26)7.3桨叶接力器的位置调整（仅双调有此项） (27)7.4转速表调整 (27)第八章 YWBT系列步进式PMC微控制器调速器 (28)8.1主要特点 (28)8.2步进式PMC调速器的构成及工作过程 (28)8.3调节器工作原理 (29)8.3.1微控制器的结构 (29)8.3.2A/D 转换器 (31)8.3.3电源监视器 (31)8.3.4 开关量输入通道 (32)8.3.5人机界面 (32)8.3.6 步进电机控制回路 (32)8.3.7 接力器反馈回路 (33)8.3.8测频电路 (33)8.3.9电源 (34)8.3.10操作回路及指示电路 (34)8.4调速系统工作过程 (34)8.5操作方法 (34)8.5.1 开机 (34)8.5.2 并网 (34)8.5.3 正常停机 (35)8.5.4 紧急停机 (35)8.5.5 复归 (35)8.5.6 手自动切换 (35)8.6调试步骤 (35)8.6.1 全开、全关位置调整 (35)8.6.2 转速表调整 (35)第九章 YWFT系列数字阀PMC微控制器调速器 (36)9.1主要特点 (36)9.2数字阀PMC调速器的构成及工作过程 (36)9.3调节器工作原理 (37)9.3.1 电气原理图 (37)9.3.2 脉宽调制（PWM）输出 (37)9.4人机界面的操作方法 (39)9.4.2 参数的修改方法 (39)第十章步进电机式调速器机械液压系统构成及工作原理 (42)10.1步进电机式电液转换器 (42)10.1.1中、小型步进电机式电液转换器 (42)10.1.2大型步进电机式电液转换器 (44)10.2主配压阀 (45)10.2.1 中小型主配压阀 (45)10.2.2大型主配压阀 (46)第十一章数字阀调速器机械液压系统构成及工作原理 (47)11.1二通插装阀 (47)11.1.1 二通插装阀的基本结构与原理 (47)11.1.2 主阀单元 (48)11.2电磁球阀（图11-7） (52)11.3位移变送器 (53)11.4数字阀调速器 (53)11.4.1小型数字阀调速器 (53)11.4.2大、中型数字阀调速器机械液压工作原理 (55)11.4.3双调节数字阀调速器 (57)11.4.4冲击式数字阀调速器 (59)11.5分段关闭阀 (61)11.6事故配压阀 (61)第十二章油压装置工作原理 (62)12.1油泵 (62)12.1.1齿轮泵 (62)12.1.2螺杆泵 (62)12.2组合阀 (62)12.2.2调整安全阀 (64)12.2.3调整卸荷阀 (64)12.2.4卸载阀检查 (64)12.2.5单向阀检查 (64)12.3空气逆止阀（图12-2） (65)12.4自动补气阀（图12-3） (66)12.5磁翻板液位计 (67)12.6油混水信号器 (67)12.7自动补气装置 (68)12.8空气过滤器 (69)第十三章调速器的试验 (70)13.1静态特性试验 (70)13.2动态试验 (70)13.2.1手动方式空载试验 (70)13.2.2自动方式空载试验 (70)13.2.3自动开机试验 (70)13.2.4手/自动切换试验 (70)13.2.5正常自动停机试验 (70)13.2.6紧急停机试验 (70)13.2.7甩负荷试验 (70)13.2.8带负荷连续72小时运行试验 (70)第十四章调速器现场参数选择方法 (71)14.1PID参数选取原则 (71)14.2PCC调速器现场参数选择方法 (71)14.3PMC调速器现场参数选择方法 (71)14.4调节参数BT T D T N与K P K I K D的关系 (71)第一章 概 述1.1水轮机调速器的任务：水轮机调速器的基本任务是不断地调节水轮发电机组的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定转速（频率）的规定范围内。

第5章-过程控制对象的动态特性

第5章-过程控制对象的动态特性
由式（5-2）和式（5-11）可以看出，当输入量 h 有一阶跃变化时，被调量水位的变化 最后进入新 的稳态 h ( ) K 1。这是由于在液位变化的作用下 ，引起了输出流量作相应的变化所致。对象在扰动 作用破坏其平衡工作状况后，在没有经过操作人员 或调节器的干预下自动恢复平衡的特性，称为对象 的自平衡特性。
流出的水量Q2随水位而变化，二者之间的关系为
h h Q2 或 Rs Q Rs 2
式中 Rs——流出管路上阀门2的阻力， 也称液阻。
5.1.1 水槽水位的动态特性分析
Rs物理意义是：若使流出量增加1m3/s，液位 应该升高多少。当水位变化范围不大时，可认为 Rs为常数，即流出量Q2的大小取决于水槽中水位h 和流出管路上阀门的阻力Rs。 严格地说， Rs并非是一个常数，它与水位、 流量的关系是非线性的。 实际应用中，常采用切线法将非线性特性进 行线性化处理。
不能实时反映，也即无法达到控制的实时性。
5.3 动态特性测定的实验法及时域法
工业过程的数学模型分为动态数学模型和静态 数学模型。 从控制的角度看输入变量是操纵变量和扰动变 量，输出变量是被控变量。 动态数学模型是表示输出变量与输入变量之间 随时间而变化的动态关系的数学描述。 静态数学模型是输入变量和输出变量不随时间 变化情况下的数学关系。 工业过程的数学模型一般不要求非常准确，因 为其控制回路本身具有一定的鲁棒性。
5.3.1 实验测定法
（一）测定动态特性的时域方法 这种方法主要是求取对象的阶跃响应曲线或方 波响应曲线。 优点：无需特殊的信号发生器，在很多情况下可利 用调节系统中原有的仪器设备，方法简单， 测量工作量小。 缺点：测试精度不高，且对生产过程有一定的影响
5.3.1 实验测定法
（二）测定动态特性的频域方法 在对象的输入端加正弦波或近似正弦波信号， 测出其输入量和输出量之间的幅度比和相位差，就 得到了被测对象的频率特性。 优点：原理及数据处理都比较简单，对生产的影响 较小，测试精度也较时域法高。 缺点：需要专门的超低频测量设备，测试工作量较 大。

第5章 热工控制对象动态特性分析

T 越大，达到新稳态值所需时间越长，
惯性越大。
(c) T 的求取
由图可知，响应曲线的初始斜率为
K 0 h() dh(t ) dt t 0 T T
T 为切线与 h() 交点的横坐标，即
h ( ) T dh(t ) dt
t 0
第五章 热工控制对象动态特性分析
3 特征参数
（3）自衡率ρ
dG C dh
(c) 单容水箱对象储水量的体积变化量为
dG Fdh
第五章 热工控制对象动态特性分析
4 对象结构参数对其动态特性的影响
(d) 水槽的容量系数为
dG Fdh C F dh dh
化的速度就越小，抵抗扰动的能力就越强。 1 dh dG F 容量系数与时间常数关系为
F 越大，同样大小的不平衡流量 Q1 - Q2 使水槽水位 h 变
K 0 K T 则 0 T
第五章 热工控制对象动态特性分析
3 特征参数
（4）飞升速度ε
(c) ε的物理意义：ε大，则单位阶跃扰动下，被调量的最大变化速度 大，响应曲线陡，惯性小； ε小，惯性大。用飞升速度表示对象的惯 性。 有自衡能力单容对象动态特性的数学描述：
1 T K 1
热工自动控制原理
辽宁科技大学 材冶学院
蔡培力
第五章 热工控制对象动态特性分析
基本内容：
1.热工控制对象：各种交换器、加热炉、锅炉、流体 运输设备等。 2.热工控制对象所在通道：控制通道；干扰通道。 3.热工控制对象特性：由对象内部过程物理性质，设 备结构参数，运行条件决定。 4.研究热工控制对象特性的目的：确定对象的传递函 数，选择控制器，通过整定调节器参数，使控制系 统整体参数最佳。 5.动态特性获取方法：采用实验方法确定动态特性。

调速器课件


调速器电气部分
电 调 柜
第一节 TC210概述
TC210主要功能
调节功能:
自动频率控制、自动负荷控制 控制功能: 水轮机起动顺序控制，泵工况 起动顺序控制、水机停机顺序控制，泵工 况停机顺序控制、参数控制(PID) 监视功能: 故障监测 (自诊断功能)、故 障报警、机组事故停机 过程接口: 与机组接口、与监控系统(LCU) 接口 操作接口: 远方控制、现地控制

水轮机调速器的分类
按元件结构的不同，可分为机械液压型和
电气液压型。 按调节规律可分为PI和PID型 按反馈的位臵，可分为辅助接力器型、中 间接力器型及电子调节器型。 按执行机构的数目可分为单调节和双调节 调速器。 按调速器的工作容量，可分为大、中、小 型。
水轮机控制系统的静态特性

PLC的功能




PLC启动，程序初始化和自检测 PLC上电后即开始起动程序。起动程序首先进行CPU、 内存自检，确认各模块已于I/O总线连接。然后执行梯形 图程序，初始化模拟量模块，检测故障信号。来自Pick up的信号在第一次程序扫描时被读取并参与程序执行。最 后程序的数字量输入及输出都被更新，CPU对内部故障信 号进行检测。 手自动切换 SM100速度监测和转速开关信号 水轮机执行器、接力器行程限制 IPC切换 水泵工况起停控制 水泵工况优化控制 PLC与IPC、WINPC通讯的监视 报警功能，作为WINPC的备用
PID控制部分
水轮机转速信号及转速信号的滤波(模块1，2) 功率传感器及功率信号滤波(模块11) 负荷参考PO，频率参考fO，永态转差率bp(模块6， 7，8，9) 直接负荷响应和负荷参考线性化(模块10) PID模块(模块3，4，5) 位臵控制模块(Pos. ctrl.) 开限控制模块(Limit ctrl.)

汽轮机调速系统的组成和工作原理

汽轮机调速系统的组成和工作原理汽轮机调速系统是汽轮机控制系统中的重要组成部分，主要用于调节汽轮机的转速，以满足负载变化和保证稳定运行。

本文将介绍汽轮机调速系统的组成和工作原理。

组成汽轮机调速系统由以下几个部分组成：1. 调速器调速器是汽轮机调速系统中的核心部件，负责控制汽轮机输出功率，保持稳定的转速。

调速器通常由调速器驱动器和调速器感应器两部分组成。

2. 调速器驱动器调速器驱动器是调速器的控制单元，由电气控制器、作动器和调节阀及其驱动机构等组成。

电气控制器接收调速信号，通过作动器控制调节阀的开度，调节汽轮机输出功率，进而实现对转速的调节。

3. 调速器感应器调速器感应器主要用于测量汽轮机的转速，并将其转化为电信号反馈给调速器驱动器。

常用的测速器有磁性测速器和光电式测速器，其测速原理不同，但都能够精确地测量汽轮机的转速。

4. 动态特性调节装置动态特性调节装置用于对汽轮机的动态特性进行调节，以便满足负载变化和保证稳定运行。

它通常由调速器和感应器之间的连接器以及控制装置等组成。

工作原理汽轮机调速系统的工作原理如下：1. 调速器接收调速信号调速器通过感应器接收汽轮机的转速信号，并将其转换为电信号。

然后，调速器将这个电信号与所需的稳定转速信号进行比较，以计算出汽轮机的转速偏差大小。

2. 调速器控制调节阀调速器驱动器根据转速偏差大小来计算汽轮机的输出功率，并通过作动器控制调节阀的开度，调节汽轮机输出功率和转速。

3. 转速信号反馈当调速器驱动器控制调压阀时，感应电器将汽轮机的新速信号反馈给控制器，以便更准确地调节调节阀的开度，进一步调节汽轮机的输出功率和转速。

4. 动态特性调节当负载发生变化时，调速器驱动器将检测到转速偏差变化，并通过动态特性调节装置对汽轮机进行调节，保持稳定转速，以便满足负载变化和保证稳定运行。

结论汽轮机调速系统是汽轮机控制系统中的重要组成部分，主要用于调节汽轮机的转速，以满足负载变化和保证稳定运行。

水轮机调节应知应会

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。

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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性 二、动态特性
（一）调节规律 对第3种调速器的数学模型，忽略 T y ，b p ， n' ，则有 T
Gr ( s ) Tn Td T 1 ns bt Td bt Td s bt
：具有PID规律。
对第4种调速器的数学模型，忽略 T y ， b p ，Tn' ，也可得出与第 3种模型相同的结论。
-20
s
bp
*
-5
1 T1
b Ty1
1 Td
根轨迹增益
K
bb T1Ty1Ty
* t
-25 -40
-35
-30
-25
-20
-15 Real Axis
-10
-5
0
5
10
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性
二、动态特性
Root Locus
（四）调速器内环稳定性
• • • • PI 辅接型 PI 中接型 软反馈+加速度 软反馈+加速度 辅接型 中接型
•
并联PID(电子调节器)型
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性
一、数学模型
1、PI 辅接型 框图如图所示。 其传递函数为：
Gr ( s) Td s 1 Y ( s) X c ( s) Ty1TyTd 3 Ty1 s ( Td )Ty s 2 [Ty (bt bp )Td ]s bp b b
Gr ( s)
(三阶)
忽略Ty1 (Ty1 0)， 则：
Td s 1 Y ( s) X c ( s) Td Ty s 2 [Ty (bt bp )Td ]s bp
(二阶)
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性 一、数学模型
2、PI 中接型 框图如图所示。 其传递函数为：
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主讲人
赵斌娟
副教授
目
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 概 述
录
机械液压调速器 电气液压调速器 微机调速器 调速器与调节对象的动态特性 水轮机调节系统动态特性及参数整定
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性
一、数学模型
主要讨论以下几种典型结构：
第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性 二、动态特性
（一）调节规律 对第1种调速器的数学模型，忽略 T y ， p ，则有ห้องสมุดไป่ตู้ b
Gr ( s ) 1 1 bt bt Td s
：具有PI型规律。
对第2种调速器的数学模型，忽略 T y ， p ，也可得出与第1种模 b 型相同的结论。
（四）调速器内环稳定性
20
25
Imaginary Axis
调速器子系统本身即为一闭环系统，故 须考虑其自身的稳定性。 以PI 辅接型为例，考虑到小时间常数T1， 开环传递函数为：
15 10 5 0
bp bt*Td
bt Td -10 G0 ( s ) K b 1 1 s( s )( s )( s -15 ) T1 Ty1 Td
Imaginary Axis
Root Locus 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -15
1 Ty s
bp bt*Td
1 T1
b Ty1
1 Td
-10 Real Axis
-5
0
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性 二、动态特性
（四）调速器内环稳定性 对电液随动系统，方框图为：
开环传递函数为三阶Ⅰ型系统，原则上可能造成不稳定， Ty T 但 ， y 1 相对较大，不易发生不稳定，但若增益过大( 过 大)，则会产生振荡。 b
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性
思考题
１、绘制几种典型调速器的结构框图，并进行等效变 换，导出其基本调节规律。 ２、分析PI、PID两种调速器对输入 x c 的阶跃响应的差别。 ３、当调速器作为随动系统使用时，信号响应时间 TL 受哪 些因素影响。 ４、简要分析调速器的内环稳定性。
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
一、数学模型 第一节 调速器动态特性
4、软反馈+加速度 中接型 框图 如图 所示。
其传递函数(忽略 T y1 )为：
Gr ( s ) Td s 1 ' Tn s 1 [( bt b p )Td s b p ](Ty s 1) Tn s 1 ( 三阶)
第五章 调速器与调节对象的动态特性
二、动态特性 第一节 调速器动态特性
（三）指令信号实现时间 TL 3 、指令信号加入点对 TL的影响 ②对辅接PI 型和加速度+软反馈型，输入点变为 C1 。 则： TL 3Ty / bt 显然比常规方式也下降了很多。
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性 二、动态特性
（一）调节规律 对第5种调速器的数学模型，忽略 T y ， p，则有： b
KI Gr ( s ) K P KDs s
显然具有PID型规律。 与第3，4相比较，有
KP Td Tn 1 T 1 , KI , KD n bt Td bt bt Td bt
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性
二、动态特性
（三）指令信号实现时间 TL 机组并入大电网时，频率为常数，水轮机调节系统相当于一个 开环系统，输入信号为功给信号。此时(稳定性不成问题)，对功给 信号—指令信号的响应速度成为主要关心的问题。 对功给阶跃信号响应的调节时间即称为指令信号实现时间 TL 。 其实质就是单位阶跃响应中最大时间常数的3~4倍。 影响它的主要因素有：调速器结构、校正装置参数和指令信号 加入位置等。
其阶跃响应为： t * t * Td Ty Ty* bt Td bt*Td * Ty Td * y( t ) C 0 (1 e * e ) (其中：Td , Ty * ) * * * b p Td Ty Td Ty bp bt * bT TL 3Td 3 t d 故信号响应时间为： bp
随动系统部分：
1 Gr 2 ( s ) 1 Ty s
K D s2 K P s K I Gr ( s ) Gr 1 ( s ) Gr 2 ( s ) 1 b p [ K D s 2 ( K P ) s K I ](Ty s 1) bp
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第二节 水轮机动态特性
二、动态特性 借用水轮机稳态特性（以混流式为例）：
Gr 1 ( s )
Gr 2 ( s )
Td s 1 Y1 ( s ) X c ( s ) Ty1Td s 2 [Ty1 (bt b p )Td ]s b p
( 调速器部分)
Y ( s) 1 Y1 ( s ) 1 Ty s
(随动系统部分 )
所以， Gr ( s) Gr 1 ( s) Gr 2 ( s) Td s 1 Ty1 0 ，则有： G ( s ) 令 r (b b )T T s 2 [T (b
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性 二、动态特性
（二）频率特性 PI型调速器的频率特性
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性 二、动态特性
（二）频率特性 PID型调速器的频率特性 由比较可见： PID型调速器的增益交 界频率大于PI型调速器的。 故PID型的速动性较好， 但其抗干扰性较差。
1 Kp 考虑到 bt
bp K p 1
(bt b p )
， 则： TL 3 b p Td T 可见三种典型结构对常规方式输入， L 表达式均相同。
1 KI ， btTd
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
第一节 调速器动态特性
二、动态特性
（三）指令信号实现时间 TL 2、校正装置对TL 的影响 ①由于PID比PI优越，在相同工况点，PID的参数可比PI的整定 值小，故PID比PI的 TL 小。 ②由于在并网后，调速器参数大都进行参数切换，无论是PID还 是PI，参数均较小。 故 TL均较小，调节规律对TL 的影响实际上已不存在。
t p d y y
p bt )Td ]s b p
(二阶)
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第五章 调速器与调节对象的动态特性
一、数学模型 第一节 调速器动态特性
辅接型
3、软反馈+加速度 框图如图所示。
其传递函数(忽略 T y1 )为：
Gr ( s ) Td s 1 ' 2 Tn s 1 TyTd s [Ty (bt b p )Td ]s b p Tn s 1 ( 三阶)
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