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1、三联水电电水轮机数数字调速速器（培训教教材）武汉三联联水电控控制设备备有限公公司20044年10月15日目 录第一章水水轮机调调节的基基本任务务3一、水轮轮机调节节系统的的结构44二、水轮轮机调节节系统的的特点44第二章水水轮机调调速系统统的标准准和特性性7一、水轮轮机调速速系统的的标准77二、水轮轮机调速速系统的的特性88三、水轮轮机调速速器的动动态特征征9四、水轮轮机调节节系统的的动态特特性133第三章水水轮机调调速器的的控制算算法155一、PIID控制制算法115二、桨叶叶控制器器18第四章水水轮机微微机调速速器的硬硬件233第五章水水轮机微微机调速速器的形形式277一、调速速器的发发展
2、277二、调速速器的分分类288三、冗余余式可编编程调速速器299第六章水水轮机微微机调速速器的功功能和运运行344一、参数数可调范范围355二、功能能要求336三、软件件49第七章水水轮机微微机调速速器的机机械液压压执行机机构588一、比例例伺服阀阀数字字阀机机械开限限/纯手动动组成机机械冗余余结构558二、步进进式机械械液压系系统599第八章水水轮机微微机调速速器的故故障处理理63一、空载载频率摆摆动633二、负载载漂移663三、接力力器抖动动64四、切换换故障665五、甩负负荷655六、与水水头有关关的故障障66七、自检检66第一章 水轮机机调节的的基本任任务水轮发电电机组把把水能转转变
3、为电电能供生生产、生生活使用用。用户户在用电电过程中中除要求求供电安安全可靠靠外，对对电网电电能质量量也有十十分严格格的要求求。按我我国电力力部门规规定，电电网的额额定频率率为50HHz（赫兹兹），大大电网允允许的频频率偏差差为0.2Hzz。对我我国的中中小电网网来说，系系统负荷荷波动有有时会达达到其容容量的510；而而且即使使是大的的电力系系统，其其负荷波波动也往往往会达达到其总总容量的的23。电电力系统统负荷的的不断变变化，导导致了系系统频率率的波动动。因此此，不断断地调节节水轮发发电机组组的输出出功率，维维持机组组的转速速（频率率）在额额定转速速（频率率）的规规定范围围内，就就是水轮轮机
4、调节节的基本本任务。水轮机调调速器是是水电站站发电机机组的重重要辅助助设备，他他与电站站那二次次回路或或计算机机监控系系统相配配合，完完成水轮轮发电机机组的开开机、停停机、增增减负荷荷、紧急急停机等等任务。水轮机机调速器器还可以以与其他他装置一一起完成成自动发发电控制制（AGC）、成成组控制制、按水水位调节节等任务务。水轮发电电机组转转动部分分的运动动方程为为：Jd/dt=Mt-Mg式中：J机组组转动部部分的惯惯性矩（kg）；nn/300机组转转动角速速度（radd/s）；n机组组转动速速度（r/mmin）；Mt水水轮机转转矩（Nm）；Mg发发电机负负荷阻力力矩（负负载转矩矩）（Nm）。上式表
5、明明，保持持机组转转速（频频率）为为恒值的的条件是是d/dt0，即要要求MtMg，否则则就会导导致机组组转速（频频率）偏偏离额定定值，从从而出现现转速（频频率）偏偏差。水轮机转转矩MtQHt /式中：Q通过过水轮机机的流量量（m3/s）;H水轮轮机净水水头（m）；t水水轮机效效率；水的的密度（kg/m3）因此只有有调节流流量Q和效率t，才能能调节水水轮机转转矩Mt，达到MtMg的目的的。从最最终效果果来看，水水轮机调调节的任任务是维维持水轮轮发电机机组转速速（频率率）在额额定值附附近的允允许范围围内。然然而，从从实质上上讲，只只有当水水轮机调调节器相相应地调调节水轮轮机导水水机构开开度（从从而
6、调节节水轮机机流量Q）和水水轮机轮轮叶的角角度（从从而调节节水轮机机效率t），使MtMg，才能能使机组组在一个个允许的的规定转转速（频频率）下运行行。从这这个意义义上讲，水水轮机调调节的实实质就是是：根据据偏离额额定值的的转速（频频率）偏偏差信号号，不但但地调节节水轮机机的导水水机构和和轮叶机机构，维维持水轮轮发电机机组功率率与负荷荷功率的的平衡。一、水轮轮机调节节系统的的结构水轮机调调节系统统是由水水轮机控控制设备备（系统统）和被被控制系系统组成成的闭环环系统。水轮机机、引水水和泄水水系统、装有电电压调节节器的发发电机及及其所并并入的电电网称为为水轮机机调节系系统的被被控制系系统；用用来检测
7、测被控参参量（转转速、功功率、水水位、流流量等）与与给定量量的偏差差，并将将其按一一定的特特性转换换成主接接力器行行程偏差差的一些些装置组组合成为为水轮机机控制设设备（系系统）。水轮轮机调速速器则是是由实现现水轮机机调节及及相应控控制的电电气控制制装置和和机械执执行机构构组成。水轮机调调节系统统的工作作过程为为：测量量元件把把机组转转速n（频率f）、功功率Pg、水头H 、流量Q等反映映机组运运行工况况的参数数测量出出来作为为水轮机机调速器器的反馈馈信号，与与给定信信号闭环环综合后后，经放放大校正正元件控控制执行行机构，执执行机构构操纵水水轮机导导水机构构和桨叶叶机构。二、水轮轮机调节节系统的的
8、特点水轮机调调节系统统是一个个自动调调节系统统，它具具有一般般闭环控控制系统统的共性性，但是是水轮机机调节系系统是一一个复杂杂的非线线性控制制系统。水轮机型型式有：混流式式、轴流流定桨式式、轴流流转桨式式、贯流流式、冲冲击式、水泵、水轮机机式等等等；水轮机发发电机组组由多种种工作状状态：机机组开机机、机组组停机、同期并并网前和和从电网网解列后后的空载载、孤立立电网运运行、以以转速控控制和功功率控制制并列于于大电网网运行、水位和和/或流量量控制等等。水轮机控控制设备备是通过过很大的的动力来来调节水水轮机导导水机构构和桨叶叶机构来来调节水水轮机流流量及其其流态的的，因此此，即使使是中小小型调速速器
9、也大大多要采采用机械械液压执执行机构构，且常常常采用用有一级级或二级级液压放放大的液液压执行行机构。水轮机过过水管道道存在这这水流惯惯性，通通常用水水流惯性性常熟Tw；来表表述：Tw(Qr/gHHr)L/AA=Lv/gH式中：每段过水水管道的的截面积积（）；L相应应每段过过水管道道的长度度（m）v相应应每段过过水管道道内的流流速（m/s）g重力力加速度度（m/ss2）Tw水水流惯性性时间常常数（s）从自动控控制理论论的观点点来看，过过水管道道水流惯惯性使得得水轮机机调节系系统成为为一个非非最小相相位系统统(非极小小相响应应)，其特特点为，由由于水的的惯性，当当改变导导叶方向向时，首首先引起起水
10、轮机机转矩在在反方向向作用，然然后再回回到与导导叶运动动相同的的方向。对系统统的动态态稳定和和响应特特征会带带来十分分不利的的影响。通常所所说的水水锤效应应（或水水击效应应）就是是对这种种水流惯惯性的一一种形象象的表述述。水流惯性性时间常常数Tw的物理理概念是是：在额额定水头头Hr作用下下，过水水管道内内的流量量Q由0加大至至额定流流量Qr所需要要的时间间。水轮发电电机组存存在着机机械惯性性，可利利用机组组惯性时时间常数数Ta来表述述：TaJJr/Mr=GDD2Nr2/35580PPr式中：Jr额定转转速时机机组的惯惯性矩（kg）Mr机机组额定定转矩（Nm）GD2机组飞飞轮力矩矩（kN）nr机
11、机组额定定转速（r/mmin）Pr机机组额定定功率（kW）Ta机机组惯性性时间常常数（s）机组惯性性时间常常数Ta的物理理概念是是：在额额定力矩矩Mr作用下下，机组组转速n由0上升至至额定转转速nr所需要要的时间间。对比例积积分微分分（PID）型调调速器，水水轮机引引水系统统的水流流惯性时时间常数数Tw不大于4s；对比比例积分分（PI）型调调速器，水水流惯性性时间常常数Tw不大于2.55s。水流流惯性时时间常数数Tw与机组组惯性时时间常数数Ta的比值值不大于于0.4。反击击式机组组的Ta不小于4s，冲击击式机组组的Ta不小于2s。第二章 水轮机机调速系系统的标标准和特特性一、水轮轮机调速速系统
12、的的标准1水水轮机调调速器及及油压装装置 型号编编制方法法JB/T28832-200042水水轮机调调速器及及油压装装置试 系列型型谱JB/T70072-20004；3水水轮机控控制系统统技术条条件GB/T 996522.1-征求意意见稿4水水轮机控控制系统统试验验验收规程程GB/T 996522.2；征征求意见见稿5IEEC6003088水轮轮机调速速系统试试验国际际规程；6IEEC6113622水轮轮机控制制系统规规范导则则；导叶接力力器全关关闭时间间调整范范围为： 31000S导叶接力力器全开开启时间间调整范范围为： 31000S桨叶接力力器全关关闭时间间调整范范围为： 101200S桨
13、叶接力力器全开开启时间间调整范范围为： 101200S频率调整整范围： 4555 Hz永态转差差bp调整范范围： 010%比例增益益Kp调整范范围： 0.520积分增益益KI调整范范围： 00.05510 1/ss微分增益益KD调整范范围： 0.010 s人工失灵灵区调节节范围： 01 .5%nr测至主接接力器的的转速死死区不超超过： 0.02 %水轮机甩甩25%负荷后后，接力力器不动动时间不不超过： 00.2 s静特性曲曲线非线线性度： 不超过 0.5%甩1000%额定负负荷后转转速波动动超过3%的波动动次数不不超过 2次，由调调速器引引起的机机组转速速持续波波动相对对值不大大于：0.115
14、。从机组甩甩负荷时时起，导导机组转转速相对对偏差小小于1为止止的调节节时间tE与从甩甩负荷开开始至转转速升至至最高转转速所经经历的时时间tM的比值值，对中中、低水水头反击击式水轮轮机和冲冲击式水水轮机应应不大于于15；对从从电网解解列后给给电厂供供电的机机组，甩甩负荷后后机组的的最低相相对转速速不低于于0.9。自动空载载运行3分钟，机机组转速速相对摆摆动值不不超过+0.115%。二、水轮轮机调速速系统的的特性1. 水水轮机调调节系统统的静态态特性当给定信信号恒定定时，水水轮机调调节系统统处于平平衡状态态，被控控参量偏偏差相对对值与接接力器行行程相对对值的关关系如图图1所示，在在工程实实际中，有
15、有时也采采用图2所示的的静态特特性图将图1所示的的被控参参量偏差差值改用用被控参参量绝对对值表示示。图1和图图2中：图图1 图2Fr=ppmr/60额定频频率Fr=50HHz；Xn=nn/nrr=xff机组转转速的相相对值；N机组组转速（r/mmin）Nr机机组额定定转速（r/mmin）P发电电机极对对数Y=Y/YM接力器器行程相相对值Y接力力器行程程（M）YM接接力器最最大行程程（M）11 永态差差值系数数（1）永永态差值值系数bp在图1所所示水轮轮机调节节系统静静态特性性曲线上上，取某某一规定定点（例例如，图图示中的的A点），过过该点作作一切线线，其切切线斜率率的负数数就是该该点的永永态差
16、值值系数： bp=-dxxr/ddy (1-1_) 对对于图2所示的的静态特特性曲线线，其对对应的值值为50bbpHZZ（当额额定功率率为fr=50HHZ时） （2）最大大行程的的永态差差值系数数bs在图1所所示水轮轮机调节节系统静静态特性性曲线上上，在规规定的给给定信号号下，得得出接力力器在全全关（y=00）和全开(y=1.00)位置的的被控参参量（频频率、转转速）的的相对值值之差，这这个差值值即为bs。显然，对对于一条条曲线型型的静态态特性线线，选取取不同的的A点，会会得到不不同的bp值。但但是，实实践表明明，对选选择了合合适接力力器位移移变送器器的水轮轮机微机机调速器器来说，其其静态特特
17、性十分分接近于于一条直直线。因因此，在在这种情情况下，如如果取bs作为bp，也不不会有过过大的误误差。12 转速死死区ix给定信号号恒定时时，被控控参量的的变化不不起任何何调节作作用的两两个值间间的最大大区间，称称为死区区，当被被控参量量为转速速时，即即为转速速死区ix。其在在静态特特性图上上的表述述如图3所示。图313 随动系系统不准准确度 随动系统统中，对对于所有有不变的的输入信信号， 相应输出出信号的的最大变变化区间间的相对对值，称称为随动动系统不不准确度度ia(见图4)。图4三、水轮轮机调速速器的动动态特征征1、缓冲冲装置特特性缓冲装置置将来自自主接力力器或中中间接力力器的位位移信号号
18、转换成成一个随随时间衰衰减的信信号。它它可以是是机械液液压式的的（缓冲冲器），也也可以是是由电气气回路构成的的（电气气缓冲环环节）。 （1）暂暂态差值值系数bt永态差值值系数（bp）为零零时，缓缓冲装置置不起衰衰减作用用，它在在稳态下下的差值值系数就就称为暂暂态差值值系数bt图5所示示为暂态态差值系系数bt的表述述：bt=-dxff/dyy （12）对比图11和5可以看看出：缓缓冲装置置不起衰衰减作用用时，暂暂态差值值系数bt和永态态差值系系数bp（式（11）和式式（12）有相相同的意意义为调速速器静态态特征图图上某点点切线斜斜率的负负数。在在工程应应用上可可取为接接力器全全关（y0）和全全开
19、（1.0）时对对应的频频率相对对值之差差。当然然，实际际的缓冲冲装置特特性是衰衰减的，因因而可以以认为bt是缓冲冲装置在在动态过过程中“暂时”起作用用的强度度。 图5（2）缓缓冲装置置时间常常数Td输入信号号停止变变化后，缓缓冲装置置将来自自接力器器位移的的反馈信信号衰减减的时间间常数称称为缓冲冲装置的的时间常常数Td（见图6）。如如果把某某一开始始衰减的的缓冲装装置输出出信号强强度设为为1.0，那么么至它衰衰减了0.663为止的的时间就就是Td。（3）缓缓冲装置置在阶越越输入信信号下的的特性 图6缓冲装置置的动态态特性可可用下列列传递函函数式来来加以描描述： Ft(SS)/ Y(SS)btT
20、dS/(1+TTdS)式中：Ft(SS)为缓冲冲装置输输出的拉拉普拉斯斯变换；Y(S)为接力力器位移移的拉普普拉斯变变换。在其输入入端加一一个y0的阶越越信号后后，其相相应特性性如图7所示。图中，ft为缓冲冲装置的的输出。 图7在图中可可以清楚楚地看出出： 缓冲装装置仅在在调节系系统的动动态过程程中起作作用，在在稳定状状态，其其输入总总是会衰衰减到0。暂态差差值系数数bt反映了了缓冲装装置的作作用强度度。缓冲装装置时间间常数Td则表征征其动态态衰减的的特征。2、加速速度环节节包含有频频率测量量及加速速度环节节，起加加速度（指指被测频频信号的的微分）作作用的加加速度环环节的传传递函数数为：FD(
21、SS)/FFg(S)= TnnS/(1+TTlv)式中：Fg（SS）被测机机组频率率信号的的拉普拉拉斯变换换；FD（SS）加速度度环节输输出的拉拉普拉斯斯变换；Tn加速时时间常数数（s）TlV微分环环节时间间常数（s）。（1）加加速时间间常数Tn当取永态态差值系系数bp和暂态态差值系系数bt为0， 图8 频率信号号x按如图8所示形形状变化化。接力力器 刚刚反向向运动时时，被控控参量（频频率）相相对偏差差x1与加速速度(dx/dt)1之比的的负数称称为加速速度时间间常数。Tnxx1/(ddx/ddt)1值得指出出的是，用用这种方方法求取取Tn的值是是比较困困难的，稍稍后会看看到，采采取其它它方法
22、求求取Tn将比较较简单和和方便。图93、采用用PID调节器器的调速速器动态态特性 若永态差差值系数数bp为0，则得得到PID调节器器输出yPIDD对其输输入频差差f的传递递函数为为YPIDD(S)/ F(SS)=-(KPP+KI/S+KDS/11+T11V)和 YYPIDD(S)/ F(SS)= -(KKP+KI/S+KDS) (取T1V=00) 上二式中中：YPIDD（S）YPIDD的拉普普拉斯变变换；f（SS）f的拉普普拉斯变变换。式中：等等式右端端的负号号表示正正的频差差信号 图10对应于负负的接力力器开度度偏差；Kp比例增增益，它它是bp0和KD0的水轮轮机调节节系统的的接力器器行程相
23、相对偏差差y与阶跃跃被控参参量相对对偏差x之比的的负数；KI积分增增益（s1），它它是bp0的水轮轮机调节节系统的的接力器器速度dy/dt与给定定被控参参量相对对偏差之之比的负负数，即即K1=-（dy/dt）/x；KD微分增增益（s），它它是bp0和KD0的水轮轮机调节节系统的的接力器器行程相相对偏差差y与被控控参量相相对变化化率dx/dt之比的的负数，即KDy/(dy/dt)。PID调调节器对对频率阶阶跃变化化输入x的响应应，如图图10所示。直线段段EB是积分分的作用用，延长长EB与纵轴y交于D点，与与横轴交交于A点，微微分衰减减段BF延长交交于C点。比例作作用体现现在图10所示的OD段所代
24、代表的值值OD=KKpx=YYpOD在数数值上等等于比例例系数Kp与频率率阶跃变变化值x的乘积积，记为为比例分分量Yp。微分作作用，图图10所示曲曲线OFB是由于于微分作作用引起起的分量量，其最最大值为为CD线段的的长度，它它代表了了微分作作用的峰峰值。CD=KKD/TlVVx=YYDM式中：YDM 微分作作用的最最大输出出值。积分作作用，在在图10所示直直线段EB上截取取线段HG，使其其纵坐标标差值HI在数值值上等于于频率阶阶跃变化化值，即即Y=X, 横坐标标差值GI=1/KK1线段OOA显然有有：OA/OOD=GGI/HHI故有：OA=(GI/HI)ODD=(1/KK1)/xKpx最后得：
25、OA=KKp/K1对微机调调节器来来说，由由于不存存在接力力器最短短开启/关闭时时间的限限制，因因此图10所示的的起始响响应可用用线段OCB取代线线段OFBB.4、接力力器反应应时间常常数Ty 当主接接力器带带规定负负荷时，其其速度与与主配压压阀相对对行程关关系曲线线斜率的的倒数称称为接力力器反应应时间常常数Ty。靠近近主配压压阀中间间位置处处，曲线线出现明明显的非非线性，这这是由主主配压阀阀搭接量量引起的的，这使使得这个个区间的的Ty有较大大的数值值。而大大于主配配压阀搭搭接量的的区域接接近于线线性的区区段，则则有较小小的Ty值。四、水轮轮机调节节系统的的动态特特性技术标准准对水轮轮机调节节
26、系统动动态特性性的主要要要求如如下：（1）调调速器应应保证机机组在各各种工况况和运行行方式下下的稳定定性指标标手动空载载工况（发发电机励励磁在自自动方式式下工作作）运行行时，水水轮发电电机组转转速摆动动相对值值对大型型调速器器来说不不得超过过0.2%；对中中、小型型和特小小型调速速器来说说均不得得超过0.3%，当调调速器控控制水轮轮发电机机组在空空载工况况自动运运行时，在在选择调调速器运运行参数数时，待待稳定后后所记录录3miin内的转转速摆动动值应满满足下列列要求： 对于大大型电气气液压调调速器，不不超过0.15对于大型型机械液液压调速速器和中中、小型型调速器器，不超超过0.25对于特小小型
27、调速速器，不不超过0.3 （2）如果果机组手手动空载载时的转转速摆动动相对值值大于规规定值，那那么其自自动空载载转速摆摆动相对对值不得得大于相相应手动动空载转转速摆动动相对值值。1、甩1100额定定负荷后后：在转速变变化过程程中，超超过3额定定转速以以上的波波峰不超超过两次次。GB/TT96225.11-19997规定：从接力力器第一一次向开开启方向向移动导导机组转转速摆动动值不超超过0.5为止止所经历历的时间间应不大大于40S，IECC613362水轮轮机控制制系统技技术规范范导则规规定：在在甩负荷荷中，若若记从甩甩负荷开开始至出出现最大大转速上上升值为为止的时时间为 tM,记从甩甩负荷开开
28、始导机机组转速速摆动值值不超过过0.1为止止的时间间为tE，则tE/tM的推荐荐值对于于冲击式式机组为为2.55-4.0和对于于高水头头混流式式机组15。2、转速速或指令令信号按按规定形形式变化化，接力力器不动动时间： 对对于电气气液压调调速器，不不大于0.22S； 对对于机械械液压调调速器，不不大于0.33S；3、技术术标准对对Ta和Tw的规定定： 水轮机机引水系系统水流流惯性时时间常数数Tw： 对对于PID型调速速器，不不大于4S 对对于PI型调速速器，不不大于2.55S 机组惯惯性时间间常数Ta： 对对于反击击式机组组，不小小于4S 对对于冲击击式机组组，不小小于2S 比值TTa/TTw
29、不大于0.44第三章 水轮机机调速器器的控制制算法一、PIID控制算算法调速系统统动态性性能具有有比例、积分和和微分功功能；比比例、积积分和微微分的增增益是独独立的、连续可可调的。比例、积分和和微分的的调整范范围适合合各受控控系统的的动态特特性。调节参数数自动寻寻优的功功能(该功能能一般在在试验阶阶段中进进行)，根据据被调节节量的变变化，自自动施加加1%的扰动动量，经经过几次次扰动后后，由软软件自动动计算出出最优的的调节参参数Kp，Ki,KKd。因因此调速速系统不不但具有有比例、积分、微分功功能，而而且通过过寻优功功能能够够找到最最优的比比例、积积分、微微分的参参数，特特别是对对于水头头波动较
30、较大的机机组的动动态稳定定性非常常明显。所以整整个调节节系统在在各种工工况下都都具有优优良的静静、动态态品质。 图 111调节系系统图PIDD控制算算法的模模拟表达达式如下下：Y（t）=KPe（t）+1/T1e（t）dt + TTD de（t）/dtt （1） 对式（11）离散散后得到到第n次输出出值为： n Y（n）=KPe（n）+/TIe（j）+TD/TIe（n）-e（n-1） （2） j=00式中Y（t）为调调节输出出；e（t）为t时刻的的输入偏偏差值；为采用用周期（ =t）；e（n）为第n次输入入偏差值值；e（n-1）为第n-1次输入入的偏差差值；n为采样样序号（n=0，1，2）；KP
31、为比例例系数；TI为积分分时间；TD为微分分时间。第n-11次输出出值为： n-11Y（n-1）=KPe（n-1）+/TI e（j）+ TTD/TIe（n-1）-e（n-2） （3）j=0位置式PPID算法表表达式为为：将式（22）减去去（3）式整整理后得得Y(n)-Y(n-11)=KKPe(n)-e(nn-1)+/TI e(n)+TD/TIe(n)-2e(n-11)+ee(n-2) （4）将式（44）整理理后得到到位置式式PID算法（位位置输出出）关系系式为Y（n）= Y（n-1）+ KKPe（n）-e（n-1）+/TI e（n）+ TD/TIe（n）-2e（n-1）+e（n-2） = YY
32、（n-1）+KPe（n）-e（n-1）+ KI e（n）+ KKDe（n）-2e（n-1）+e（n-2） （5） 增量式PPID算法表表达式为为：Y（nn）= Y（n）- Y（n-1）即 YY（n）= KKPe（n）-e（n-1）+ KI e（n）+ KKDe（n）-2e（n-1）+e（n-2） （6）式中KPP为比例例系数；KI为积分分系数（KI =KKP ./ TI）；KD为微分分系数（KP=KDTD/TI）。位置式PPID数字调调节器的的输出Y（n）为全全量输出出，每次次输出与与过去的的状态无无关，因因此造成成运算工工作量大大，需要要对e（i）进行行累加（见见式（5），而而对增量量PID
33、控制算算法而言言，虽然然在算法法上改动动不大，却却带来不不少优点点，控制制状态的的切换冲冲击也小小，算式式中不作作累加运运算，增增量只跟跟最近的的几次采采样有关关所以非非常容易易获得很很好的控控制效果果。但增量式式算法的的理想微微分环节节容易引引进高频频干扰，导导致调节节性能不不稳，为为此，在在研制过过程中，曾曾采用在在微分环环节中串串联一个个低通滤滤波器以以用来抑抑制高频频干扰，也也就是实实际微分分环节。其关系式式为：YD（ss）= KKDs/11+Ts （7）式中T为为微分时时间常数数。用实际微微分代替替理想微微分的关关系为：YD（s）=T/1+TTYD（n-1）+ KKD/TI+Te（n
34、）-e（n-1）YD（nn）= YYD（n-1）+YD（n） （8）则调节器器增量算算式Y（nn）= KKPe（n）+ KKIe（n）+YD（n） Y（nn）= Y（n-1）+Y（n） （9）式中 为采样样周期。全数字字式水轮轮机调节节器综合合算法PID调调节采用用增量式式控制算算法，能能在控制制系统中中避免一一般常规规PID算法中中存在的的问题，然然而就微微分项而而言，增增量算法法显然不不能满足足水电机机组调节节控制的的要求，而而位置式式算法又又带来计计算复杂杂和抗干干扰能力力差的缺缺陷。将将位置式式、增量量式结合合起来，组组成全数数字调速速器的PID综合算算法，即即微分环环节采用用位置式式
35、算法，即即对全量量直接作作衰减运运算。比比例和积积分环节节则采用用增量式式算法，可可避免位位置式算算法中积积分环节节的累积积计算，以以减少计计算机运运算工作作量。经经电站运运行证明明，采用用综合算算法的调调速器，大大大地改改善了动动态调节节器品质质，特别别是在大大扰动情情况下其其过度调调节时间间短，超超调量小小等优点点就体现现出来了了。综合算法法的PID表达式式为：Y（n）=YPII（n-1）+YP（n）+YI（n） （10）其中 YP（n）=KP e（n）；YI（nn）= KKIe（n）；YD（nn）=T/T+ YD （n-1）+ KKD1/ T+ e（n） 脉宽调制制（PWM）输出出PID
36、运运算结果果Y（n）与导导叶开度度Ya（n）进行行综合比比较后，其其差值的的大小产产生PWM信号，由由于机组组开与关关的时间间是不同同的，因因此整机机放大系系数在开开或关也也不应该该相同，这这样才能能保证静静、动态态品质优优良。Y（n）- YYa（n）0 开高速速电辞阀阀动作；Y（n）- YYa（n）0 关高速速电辞阀阀动作。 软件数数字综合合放大计计算如下下：开(KK)=KK开Y（n）- YYa（n） 0 (111)关(KK)=KK开Y（n）- YYa（n） 0 (112) 式中K开为开方方向整机机放大系系数；K关为关方方向整机机放大系系数；开为开方方向偏差差值；关为关方方向偏差差值。开(K
37、K)及关(K)决定定了脉宽宽调制（PWM）占空空比的大大小。 Tc为脉冲冲周期，TW为脉冲冲宽度，占占空比D=TTW/Tc1000%脉宽调制制（PWM）是根根据Y（n）与Ya（n）偏差差大小对对脉冲的的宽度进进行调制制。根据据Y（n）与Ya（n）的偏偏差，开(K)与关(K) 对输出出作用到到开关高高速电磁磁阀的导导通时间间进行脉脉宽（占占空比）调调节，从从而控制制了接力力器开、关腔油油缸的容容积，达达到调节节导叶开开度的目目标。水轮机调调节系统统的工作作点可以以用水头头和接力力器行程程来确定定，工况况可以由由工况回回路来确确定。在在空载工工况下，调调节f =0；在负载开开度调节节时，调调节开度
38、度差值Y=YYG=0；在功功率闭环环调节工工况下，调调节功率率差值P=PPG=0。通过对频频率差值值，或开开度差值值或功率率差值进进行PID运算后后，得到到一个与与该差值值所对应应的开度度输出信信号，经经过开度度限制环环节输出出到液压压随动系系统来控控制导水水叶的开开度，则则导水叶叶的开度度经AD转换后后与PID调节器器的输出出信号进进行综合合比较，放放大输出出，直到到调整到到PID调节器器的输出出信号和和导水叶叶开度所所对应的的信号之之差为零零。二、桨叶叶控制器器21、根据水水轮机协协联曲线线整定的的协联函函数发生生器。调速器通通过电气气协联方方式实现现水轮机机导叶与与桨叶的的协联。根据水水
39、轮机协协联曲线线整定的的协联函函数发生生器；按按实际水水头自动动选择相相应协联联曲线；停机后后自动将将轮叶开开到启动动角度并并在启动动过程中中根据导导叶开度度的开启启自动切切换到正正常协联联。采用用数字协协联方式式，可预预设10条水头头下的协协联曲线线，每条条协联曲曲线上设设置10个点，线线与线之之间以及及点与点点之间采采用线性性插值，最最后输出出采用逐逐次逼近近方式，确确保协联联曲线的的真实性性及控制制的平稳稳性。22、接受水水头信号号及按实实际水头头自动选选择相应应的协联联曲线。在调速器器中预置置了十条条协联曲曲线，每每条曲线线10个点，按按水头大大小，从从小到大大逐条排排到数码码存贮区区
40、内，将将协联曲曲线关系系图中选选定的十十条水头头值列于于表中，这这样就可可以根据据当权水水头值和和当前桨桨叶值查查处并计计算出当当前桨叶叶的开度度，协联联插值计计算如下下：B(Hi+1i+1)Hi+1i+1HC (Hi)HHiiA(Hi, i)a0221若当当前水头头值和表表中水头头某一值值相等，则则可以根根据当前前导叶值值直接在在协联表表中查出出相应桨桨叶值。222若当当前水头头值与表表中水头头值不同同，在Hi和Hi+1水头之之间的水水头值为为H，此时时导叶开开度值若若为a，则可可根据线线形插值值法计算算出对应应桨叶值值h，C点为当当前H水头下下的某一一点。H位于表表中水头头值Hi和Hi+1
41、之间，先先根据当当前导叶叶值，在在Hi+1上查出B点所对对应的桨桨叶值i+11 和在Hi上查出A点的桨桨叶值i。经i =i + (Hii+1H) (i+11i)/( Hii+1H i)计算后即即为所求求的在H水头下C点的桨桨叶值，因因此可以以根据上上述插值值计算公公式可计计算出任任意水头头下的导导叶开度度所对应应的桨叶叶开度值值。23、能保证证机组在在停机后后自动把把桨叶开开到起动动角度，并并在起动动过程中中按一定定条件自自动转换换到正常常的协联联关系。在自动工工况停机机后自动动将轮叶叶开到启启动角度度，在开开机过程程中根据据导叶开开度的开开启自动动逐步关关回到零零后切换换到正常常协联。三、转
42、速速探测调速器转转速探测测系统由由齿盘测测速和残残压测速速2种测量量方式组组成。齿齿盘测速速方式采采用安装装在水轮轮机大轴轴或发电电机下机机架大轴轴上的齿齿盘和4组脉冲冲转速探探测器组组成，其其中2组脉冲冲转速探探测器用用于调速速器、其其余用于于测速装装置。调调速系统统的转速速信号还还采用取取自机端端的PT残压测测速方式式。残压压测速信信号保证证在水轮轮机发电电机组的的各种运运行工况况下满足足调速系系统对转转速信号号的要求求。由电电网电压压互感器器及发电电机出口口电压互互感器送送来的机机网频信信号,经过降降压、滤滤波、整整形、分分频后变变成方波波信号与与5000KHZZ脉冲源源相与，通通过高速速计数模模块对其其脉冲源源数进行行高速计计数，NR =NNk+NNk-11+Nkk-