水轮机调速器发展.ppt

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1、水轮机调速器发展现状及趋势,报告人:南海鹏,水轮机调速器系统,水轮机调速器是水电站重要的基础自动化设备。机组空载运行时，它调节发电机的频率；机组并网运行时，它调节机组输出的有功功率；电网发生故障使某些机组跳闸时，它可以使备用机组迅速起动、升速和并网，保证电力系统稳定运行。由于其作用非常重要，因此一直是电力系统自动控制的重要内容之一。,调速器的构成,调速器结构形式的发展,机械液压调速器,电气液压调速器,电子调节器型电气液压调速器,微机调速器,调速器功能,转速控制（模式）功率控制（模式）开度控制（模式）,主要功能,水位控制相位控制浪涌控制人工失灵区功能开度限制（按水头控制）,辅助功能,正常工作时三

2、种模式之间设置跟踪回路，可实现无扰动切换。在系统出现异常时，系统能够自动选择合适的模式运行。,调速器发展,测量系统的发展控制器的发展液压系统的发展,测量系统,1.频率测量 2.水位测量 3.功率测量 4.位移测量,频率测量,飞摆测频永磁机LC或RC测频齿盘测频残压测频,残压测频,残压测频将发电机机端电压经过PT采集后送入测频输入模块。,齿盘测速,齿盘测速系统由装在水轮机主轴上的齿盘、接近开关传感器以及相应的转速信号处理装置构成。,齿盘测速信号处理原理,基于静态频差和动态频差的测量方法（PLC）,水位测量,位移传感器,精密线绕电位器 专门用于角位移和直线位移测量的电位器，具有良好的线性度，使用寿

3、命较长。主要用于中小型调速器，近年来大型调速器很少使用。,直线位移传感器 导电塑料直线电位器：其线性度好，体积小，安装方便，价格低廉。磁致伸缩传感器：非接触，可靠性高在近年来开发的微机调速器中使用较多。,磁致伸缩传感器,主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环或浮球组成。,这种传感器属于非接触式的，可动部分与电路没有直接接触，它体积小，使用方便；但线性度与差动变压器线圈的的绕制工艺有关，分散性较大。,差动变压器式直线位移传感器,控制器发展,控制器在调速器中的作用非常重要，它决定了系统的调节效果。它的发展可以从以下几个方面来说：1.硬件基础发展 2.控制策略的发展,控制器原理,人机界面,支持

4、各种PLC，并支持多种通讯方式，并具有一定的数据处理能力。,控制器硬件发展,杠杆反馈形成控制规律单片机IPCPLCPCCDSP,单片机,基于单片机的水轮机调速控制器具有成本低，能够实现复杂的控制策略，完成功能可以灵活设置和修改，尤其是支持了高级语言后，使得编程开发也非常容易。但是，单片机的外围电路一般需要开发者自行设计，因此线路的抗干扰性及可靠性收到了很大影响。,IPC,基于IPC的调速器使用相对来说较少，主要用于大型机组。它的成本较高。国内主要以东方厂为主。,PLC,基于PLC的水轮机调速器是目前国内使用非常广泛的调速器，它的可靠性较高，可以实现灵活多样的控制策略。但测频分辨率低、响应时间长

5、。,PCC,基于PCC的调速器是新一代水轮机调速器，国内很多科研与生产调速器单位都开始研究、生产，它具有灵活的分时多任务操作系统，可靠性与PLC相同，灵活性与IPC相似。,中小型PCC调速器的一种配置,PCC双调节调速器,PCC双调的一种配置,DSP,基于DSP的水轮机调速器是一种正在研究的调速器，它的处理速度很快，对于需要实现实时最优控制等对速度要求很高的调速器是很合适的。,传统 PLC 的运行模式,PCC定性分时多任务操作系统,传统 PLC与 PCC之比较,传统 PLC与 PCC之比较,控制策略的发展,1.电子管、集成电路时代 PI控制到定参数PID控制2.微机控制时代 采用变结构、变参数

6、的控制策略，实现了系统的先进控制策略。由于计算机及自动化水平的发展，调速器的控制技术得到了极大发展，大约经过了三个阶段：,A.经典控制,主要以PID控制为主，目前仍然在实际中占有主流地位。经典控制在调速器中的应用很成熟，但由于电力系统对调速器的要求不断提高，因此必须在经典控制的基础上开发更为先进的控制策略。,B.现代控制技术,自适应控制：根据调速调速系统的特性变 化而不断调整控制器自身特性的控制。预测控制：通过对受控对象未来行为的预测决定控制规律的控制。鲁棒控制：当受控对象模型在某一范围变化时均能达到最优或次最优控制效果的控制策略。最优控制：以某种性能指标为最优的控制策略。这一阶段的各种控制策

7、略均需要受控对象的精确数学模型，因此在实际的使用中收到了很大的限制。,C.智能控制,模糊控制：借鉴人的思维方式对水轮机调节系统进行控制，使用模糊推理完成控制功能。神经网络控制：利用神经网络的逼近能力和自学习能力完成控制。这一阶段不需要受控对象的精确数学模型，随着模糊控制和神经网络的理论的完善，将会在水轮机调节系统中得到有效的应用。,一种智能PID控制策略,PID调节器原理框图,控制器发展趋势,控制器硬件朝着快速化、强抗干扰性、冗余方向发展控制器功能随着对调速器系统作用的不断开发而逐渐增加，完善，例如内嵌试验系统集成控制策略进一步朝着多种策略的相互融合、强鲁棒性、最优性和实时性方向发展 人机接口

8、界面设计更为人性化,液压系统的发展,19世纪末叶出现了用液压元件进行功率放大的液压调速器，至20世纪30年代，已有相当完善的机械液压型调速器。随着微机和计算机应用技术的普及和发展，我国在传统调速器的数字化改造和新型数字式电液随动系统方面取得了很大的成就。,电液比例控制阀,连续控制，系统输出平稳，特别是微量、低速运动中，能保持输入与输出成比例的线性关系，其动、静态精度高,具有自动复中功能的电机式转换器,驱动力大、不卡阻、可靠性高等特点，对油质无任何要求大大提高机械系统的灵敏度，有效地防止步进电机的失步，死机。,响应速度快、控制精度高、输出力矩大、抗油污能力强。易于加工，且成本较低，可靠性高，具有

9、断电自保持功能，并可直接用数字量控制。,步进式电液控制阀,步进电机工作原理,步进电机驱动,数字球阀（球座式高速电磁阀）为核心的电液转换装置，其驱动器以高速PWM脉冲信号驱动开机或关机侧数字球阀，静态无油耗,抗油污能力强,机械液压系统零位能自保持，维护检修简单，主要适用于中小型调速器。,数字球阀式电液转换器,分段关闭装置,FDG-100型分段关闭装置 武汉长控所，由差装阀、行程阀等标准液压组件组合而成。油管通径为100mm，油压等级为2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa。DXI型分段装置 武汉三联公司，由先导行程阀、液控单向节流阀、并联管道和分段凸轮组成。,步进式液压结构框图,带机械反馈机液

10、系统原理图,不带机械反馈自复中机液系统原理图,比例阀与脉冲阀冗余的电液系统,新型主配阀,比例阀流量输入产生位移，位移产生流量，两流量平衡时位移为零。即,主配外形图,高油压电液比例随动系统原理图,1 油箱2 溢流阀3 电动机4 油泵5 滤油器6单向阀7 蓄能器8 压力表9 压力继电器10 电液比例方向阀11 手动自动切换阀12 紧急停机电磁阀13 手动换向阀14 单向节流阀15 接力器油缸16 分段关闭阀17 液控单向阀,高速开关阀控制的电液随动系统,高速开关阀控制的电液随动系统,趋势,高压化、标准化、集成化新结构、新技术、新工艺 a.机柜内外结构新颖，造型美观 b.制造精度高，工艺性好 c.液压及电气新技术应用于电液随动装置,步进式水轮机调速器,步进式水轮机调速器,谢 谢！,