微机调速器原理

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1、技术交流讲义水轮机微机调速器原理武汉大学程远楚二○○七年六月36目录1绪论11.1引言11.2水轮机调速器的发展与现状11.2.1水轮机调速器的发展历史11.2.2国内外水轮机调速器的发展现状21.3可编程控制器的发展现状与特点31.4液压伺服系统的发展与特点42水轮机调节系统的基本任务及原理62.1水轮机调节的基本任务62.2微机调速器的总体结构93微机调速器的系统结构与硬件原理113.1水轮机微机调速器的总体结构113.2微机调速器的硬件构成113.3PLC微机调速器的硬件配置133.4模拟信号调理143.5频率测量153.5.1PLC直接测频163.5.2单片机测频184微机

2、调速器的工作过程与软件实现204.1微机调速器功能概述20364.2PID控制原理214.2.1PID控制器的基本原理214.2.2数字PID控制算法[4]224.4微机调速器的软件程序254.6故障诊断和容错程序274.6.1随动故障的判断274.6.2频率测量故障的判断285微机调速器的调整与试验325.1引言325.2试验接线325.3试验项目335.3.1自动开、停机试验335.3.2空载扰动试验345.3.3静特性试验365.3.4甩负荷试验36361绪论1.1引言水电资源作为清洁可再生能源，有着巨大的发展空间。水轮机调速器作为水电厂的重要控制设备，其主要任务是根据负荷的

3、改变，相应改变水轮机导水机构(导叶、桨叶或喷嘴)的开度调节过机流量，以使水轮发电机组的转速(或负荷)维持在某一预定值，或按某一预定的规律变化。由于水轮机调速器对水轮发电机组安全、可靠地运行具有举足轻重的作用，并直接影响着电力系统向用户供电的质量及可靠性，因此，水轮机调速器一直是电力系统自动控制的重要研究内容。1.2水轮机调速器的发展与现状1.2.1水轮机调速器的发展历史水轮机调速器在水电厂中的应用已有100多年的历史了，早在1901年以前就有用皮带作为放大环节机械离心飞摆式调速器问世。以后又发展成为水压放大、油压放大的机械调速器，机械调速器在20世纪50年代末达到全盛时期。但随着生

4、产的发展，对系统周波的要求更为严格，大机组与大电网的出现，对电站运行和自动化程度提出了更新的要求。1944年，瑞典生产出了水轮机电液调速器，随着电子技术的发展，电液调速器经历了电子管、晶体管和集成电路三个时期。1951年我国自主制造的第一台水轮机电液调速器在流溪河水电站投入运行。60～70年代中期，我国电液调速器的发展十分迅速，几乎所有的调速器生产单位，都推出了自己的晶体管式电液调速器，而且当时新建的水电站已普遍采用电液调速器。而从调速器所形成的控制规律来看，调速器的发展也很迅速。最早的调速器是个比例环节，即形成比例控制规律，用符号P表示。后来绝大多数调速器都设计成具有比例积分式的

5、控制规律，即PI调速器，积分用符号I表示。到50年代末和60年代初，研制出P–I–D调速器，此处D表示微分控制。如瑞典ASEA公司的FRVV-103型电液调速器，法国NEYRPIC公司生产的RAPID型调速器型电液调速器，都具有P–I–36D控制规律。70年代中期，PID调节器直接用到了水轮机调速器上，出现了PID型，也就是比例（P）、积分（I）、微分（D）环节并联的新式调速器，其积分作用是靠电气环节产生的，这与前述的P–I–D调速器中积分作用是靠油压接力器来产生是一个明显的区别，这种PID型调速器的静态质量和动态性能指标都有了很大的提高。1971年微处理器问世，微机控制技术在水轮

6、机调速领域也得到了蓬勃发展。世界上第一台微机调速器是加拿大在70年代初期研制成功的。1984年11月，华中科技大学（原华中工学院）和天津水电控制设备厂联合研制的我国第一台微机调速器在湖南欧阳海水电站进行了试验并投入运行。80年代以来，微机调速器以其功能强、性能好、可靠性高的优越性而得到迅猛发展，成为调速器领域发展的主流和方向。1.2.2国内外水轮机调速器的发展现状80年代以来，微机调速器以其功能强、性能好、可靠性高的优越性而得到迅猛发展，成为调速器领域发展的主流和方向。①国际动态80年代，世界上发达国家的著名水轮机调速器公司均毫不例外地先后研制了微机调速器。日本是率先研制微机调速器

7、的国家之一。日立公司配制的微机调速器的样机于80年代初期即应用于抽水蓄能机组，目前该公司的产品已在308MW的机组上投入运行。东芝公司也较早地将容错技术应用于微机调速器中。ABB公司是微机调速器起步较早、发展较快的公司之一，也是在我国投运的微机调速器最多的厂商。其产品已先后在福建沙溪口、湖北葛洲坝、贵州天生桥、四川东西关和二滩等电厂使用。法国奈尔皮克(NEYRPIC)公司在1984年研制微机调速器，很快推出了以6809CPU为基础的数字调速器DIGIPID。广州抽水蓄