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        微機(jī)步進(jìn)式水輪機(jī)調(diào)速器建模及其控制參數(shù)影響

        2018-10-19 19:29:23尚欣欣
        水能經(jīng)濟(jì) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:調(diào)速器階躍水輪機(jī)

        尚欣欣

        【摘要】水輪機(jī)調(diào)速器是維持機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行及保持電能質(zhì)量的以水輪發(fā)電機(jī)組作為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)。本文僅對采用微機(jī)式步進(jìn)電機(jī)的水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行建模,通過在開度模式和功率模式下的仿真模型試驗(yàn),研究了比例增益、積分增益和微分增益對機(jī)組調(diào)節(jié)穩(wěn)定性影響?!娟P(guān)鍵詞】水輪機(jī)調(diào)速器;穩(wěn)定性;控制模式;建模1、前言在水電機(jī)組的電力生產(chǎn)過程中,水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對于機(jī)組的電能質(zhì)量和穩(wěn)定運(yùn)行起到舉足輕重的作用。該系統(tǒng)是由水輪機(jī)調(diào)速器作為系統(tǒng)控制器、水輪發(fā)電機(jī)組作為控制對象而共同組成的閉環(huán)控制系統(tǒng),是一個(gè)水、機(jī)、電相互影響、相互制約的復(fù)雜非線性控制系統(tǒng)。它的基本任務(wù)是根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組有功功率的輸出,并維持機(jī)組轉(zhuǎn)速在規(guī)定范圍內(nèi),從而控制電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。在水輪機(jī)調(diào)速器的控制下,當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生諸如起動(dòng)、突增負(fù)荷、突減負(fù)荷、甩負(fù)荷、工作模式的轉(zhuǎn)換等過渡過程中,均可引起機(jī)組轉(zhuǎn)速(頻率)、引水系統(tǒng)壓力等各狀態(tài)的波動(dòng),甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。因此有必要研究不同型式調(diào)速器及其控制參數(shù)對穩(wěn)定性影響,本文以微機(jī)步進(jìn)電機(jī)水輪機(jī)調(diào)速器為例進(jìn)行建模分析。2、調(diào)速器的建模WBDT—100微機(jī)步進(jìn)式水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由數(shù)字控制環(huán)節(jié)和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。該型調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)字控制環(huán)節(jié)采用并聯(lián)PID控制,具備按頻率給定調(diào)節(jié)、按功率給定調(diào)節(jié)、導(dǎo)葉開度限制、網(wǎng)頻跟蹤控制、故障處理和常規(guī)開停機(jī)功能。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)字控制部分模型框圖如圖1所示。圖1中,F(xiàn)為頻率偏差信號,YPID為調(diào)節(jié)器輸出信號,亦為步進(jìn)電機(jī)的輸入信號,模型中比例和積分環(huán)節(jié)的頻率偏差輸入為死區(qū)后的頻率偏差,微分環(huán)節(jié)頻率偏差輸入信號不經(jīng)過死區(qū)環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)機(jī)械液壓部分主要有:步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械連桿、配壓閥、接力器、油泵、壓力油罐、回油箱、油壓裝置柜等,另外還有1套機(jī)械分段關(guān)閉裝置。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)為數(shù)字控制環(huán)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),由綜合放大、電液轉(zhuǎn)換、配壓閥及接力器等環(huán)節(jié)構(gòu)成。電液轉(zhuǎn)換裝置為步進(jìn)電機(jī),其位移輸出與接力器機(jī)械硬反饋?zhàn)鞅容^后通過配壓閥驅(qū)動(dòng)接力器,達(dá)到控制機(jī)組導(dǎo)葉開度的目的。3、調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響3.1 比例增益的影響機(jī)組帶100MW負(fù)荷,在10s末受到10%功率階躍擾動(dòng);設(shè)置調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)(bp)等于0%、比例增益(Kp)等于1.82、積分增益(Ki)等于0.208、微分增益(Kd)等于0;設(shè)置機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)(Ta)等于9.484、自調(diào)節(jié)系數(shù)(en)等于0.1;通過改變機(jī)組功率給定值,記錄接力器行程、仿真頻率和蝸殼壓力的響應(yīng)情況;

        為了對比分析功率階躍(△P)中比例增益對調(diào)速器運(yùn)行性能的影響,選擇響應(yīng)過程中的仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)、功率開始階躍到仿真頻率峰值的時(shí)間(T1)和到穩(wěn)定的時(shí)間(T2)三個(gè)參數(shù)作為對比的依據(jù)。表1所示為這三個(gè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況。隨著比例增益設(shè)置值由小變大,仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)呈現(xiàn)減小趨勢,到達(dá)仿真頻率峰值時(shí)間(T1)呈現(xiàn)縮短趨勢,穩(wěn)定的時(shí)間(T2)呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢。3.2 積分增益的影響機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行,帶100MW負(fù)荷,在10s末受到10%功率階躍擾動(dòng);設(shè)置調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)(bp)等于0%、比例增益(Kp)等于1.82、積分增益(Ki)等于0.208、微分增益(Kd)等于0;設(shè)置機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)(Ta)等于9.484、自調(diào)節(jié)系數(shù)(en)等于0.1;通過改變機(jī)組功率給定值,記錄接力器行程、仿真頻率和蝸殼壓力的響應(yīng)情況。為了對比分析功率階躍(△P)中比例增益對調(diào)速器運(yùn)行性能的影響,選擇響應(yīng)過程中的仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)、功率開始階躍到仿真頻率峰值的時(shí)間(T1)和到穩(wěn)定的時(shí)間(T2)三個(gè)參數(shù)作為對比的依據(jù)。隨著積分增益設(shè)置值由小變大,仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)呈現(xiàn)減小趨勢,到達(dá)仿真頻率峰值時(shí)間(T1)呈現(xiàn)縮短趨勢,穩(wěn)定的時(shí)間(T2)呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢。3.3 微分增益的影響機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行,帶100MW負(fù)荷,在10s末受到10%功率階躍擾動(dòng);設(shè)置調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)(bp)等于0%、比例增益(Kp)等于1.82、積分增益(Ki)等于0.208、微分增益(Kd)等于0;設(shè)置機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)(Ta)等于9.484、自調(diào)節(jié)系數(shù)(en)等于0.1;通過改變機(jī)組功率給定值,記錄接力器行程、仿真頻率和蝸殼壓力的響應(yīng)情況。為了對比分析功率階躍(△P)中比例增益對調(diào)速器運(yùn)行性能的影響,選擇響應(yīng)過程中的仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)、功率開始階躍到仿真頻率峰值的時(shí)間(T1)和到穩(wěn)定的時(shí)間(T2)三個(gè)參數(shù)作為對比的依據(jù)。隨著微分增益設(shè)置值由小變大,仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)呈現(xiàn)減小趨勢,到達(dá)仿真頻率峰值時(shí)間(T1)呈現(xiàn)縮短趨勢,穩(wěn)定的時(shí)間(T2)呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢。結(jié)果如表1所示。4、結(jié)語本文通過對微機(jī)步進(jìn)電機(jī)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模,在功率模式下,給予階躍信號,改變其控制參數(shù)得到以下結(jié)論:(1)比例增益設(shè)置值由小變大,仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)呈現(xiàn)減小趨勢,穩(wěn)定的時(shí)間(T2)呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢。(2)積分增益設(shè)置值由小變大,仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)呈現(xiàn)減小趨勢,穩(wěn)定的時(shí)間(T2)呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢。(3)微分增益設(shè)置值由小變大,仿真頻率最大波動(dòng)幅值(△f)呈現(xiàn)減小趨勢,穩(wěn)定的時(shí)間(T2)呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢。

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