调速器知识1

一 调节系统参数

1 水流惯性时间常数Tw

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

J?rGD2nr2QTa??Tw?rMr3580NrgHr式中Tw为水流惯性时间常数，

L?LV?S?gH

rQr为水轮机设计流量， Hr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

Tw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，Tw越大，水流惯性越大，水击作用越显著，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

J?rGD2nr2 Ta??Mr3580Nr式中Ta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， Mr为机组额定转矩， Nr为发电机额定功率， nr为机组额定转速

Ta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。Ta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Ta过小，将使调节系统难以稳定。

3永态转差系数bp、永态调差系数ep

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ep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）

nnrep??

PdPrd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bp为

nnr

bp??

YdYmax

d

nn0P0图1（a） 无差静特性P1

xfxfbpep0图1（b） 有差静特性1.0y=Y/Ymax0图1（c） 有差静特性1.0p=P/Pr永态转差系数bp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bp有所不同。当系统负荷变化时，首先由bp小的机组承当变化后的负荷，再由bp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bp小。

4暂态转差系数bt

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bt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bt

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bt，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，bt一般变为更小值。

5 缓冲时间常数Td

缓冲时间常数Td 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Td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；但对超调量无显著作用。过分增大Td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，Td减小，可提高调速系统的灵敏性和速动性。 6 加速时间常数Tn

加速时间常数Tn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x1与加速度（dx/dt）1之比的负数。即

Tn??x1

(dx/dt)1 加速时间常数Tn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KP、积分增益KI、微分增益KD 对于调速器PID参数有两种表达方式：

调节暂态转差系数bt、缓冲时间常数Td 、加速时间常数Tn 或 比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD

PID数字调节器调节规律可用下列传递函数描述：

?yu(s)/?x(s)?KP?KI/s?KDs/(1?T1Vs)，其中T1V为微分衰减时间常数

KP? 通常两种表达的关系为 KI?Td?TNbTtd1bTtdTnbt1bt1 bTtdTnbt

KD?考虑Tn<

KP?KI?KD?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/bt，随后以1/（btTd）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。

yDIP0t

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KD≠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Pc实时跟踪机组实际功率Pg（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KD=0； （2） 采用PI规律调节，即KD=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Pc实时跟踪机组实际功率Pg（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KD=0

（2） 在闭环调节中机组的功率Pg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Yc实时跟踪机组实际导叶接力器开度值Yg

（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

机组开机断路器合频率调节功率调节功率调节开度调节开度调节功率传感器故障功率调节频率超差频率调节、断路器合

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。

xncnxycyxncnxpcp功率输出调节器转速调节器选择点或综合点伺服定位器导叶输出调节器转速调节器选择点或综合点伺服定位器 图4

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mc7d.html