水轮机调节系统PID参数选择

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1、水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数国家标准轮对水机调节系统空载频率波动特性的规定是： (1). 水轮发电机组应能在手动各种工况下稳定运行。在手动空载工况 （发电机励磁在自 动方式下工作）运行时，水轮发电机组转速摆动相对值对大型调速器 不超过0.2；对中、小型和特小型调速器均不超过0.3。 (2). 对比例积分微分（PID）型调速器，水轮机引水系统的水流惯性 时间常数 Tw不大于4 s ；对比例积分（PI）型调速器，水流惯性

2、时间 常数Tw不大于2.5 s。水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta的 比值不大于0.4。反击式机组的Ta 不小于4 s ，冲击式机组的Ta不小于 2 s 。 (3). 调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性。在空载工 况自动运行时，施加一阶跃型转速指令信号，观察过渡过程，以便选 择调速器的运行参数。待稳定后记录转速摆动相对值，对大型电调不 超过0.15，对中、小型调速器不超过0.25，特小型调速器不 超过0.3。如果机组手动空载转速摆动相对值大于规定值，其自 动空载转速摆动相对值不得大于相应手动空载转速摆动相对值。水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调

3、节系统空载频率波动实测特性水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数手动空载频率波动0.185Hz 水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数仿真波形见图6-12。从图中可以看出，在同一个机组手动空载频率波动值 的情况下，通过恰当地选择PID参数，可以使自动空载频率波动值满足相 关技术标准的要求。水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数空载扰动过程仿真 仿真结果表明：比例增 益KP增大(或bt减小) ( 曲线3)，空载扰动过 程可能由单调过程趋 于有超调过程发生； 反之，比例增益KP减 小(或bt增大) (曲线1) ，使得动态过程起始 端加快，但是动

4、态过 程后期缓慢； 水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数空载扰动过程仿真 仿真结果表明：积分增益KI 过大(或btTd过小) (曲线 3)，空载扰动过程可能由 单调过程趋于有超调过程 发生；反之，积分增益KI 过小(或btTd过大) (曲线 1)，使得动态趋于缓慢；水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数空载扰动过程仿真 仿真结果表明：微分增 益KD过小(或Tn/bt过 小) (曲线3)，空载扰 动过程可能产生超调 ，微分增益KD过大( 或Tn/bt过大) (曲线1) ，可能抑制空载扰动 的初期的快速响应过 程。 水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的

5、推荐初始参数水轮机调节的任务水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况bt、Td、Tn的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择1. 空载工况的推荐初始参数水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求国家调度通讯中心对于并入电网运行的机组调速系统一 次调频特性有下列要求：（ 功率）永态转差系数（火电机组调速系统称速度变动率 ）；

6、 频率（转速）死区 (DL/T 1040-2007 电网运行准则规定为 )； 响应特性；电网频率变化超过一次调频频率死区时，机组应 在15s内响应机组目标功率，在45s内机组实际功率与目标 功率的功率偏差的平均值应在其额定功率的3%内；稳定 时间应小于1min。水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求图6-36给出了水轮发电机组并入电网开环仿真的原理框图，在仿真研究 中也是切断电网频率信号通路，阶跃变化微机调速器的频率给定fc， 录制机组有功功率变化曲线(波形)，根据实测波形检验被仿真系统是 否满足电网一次调频的技术要求。水轮机调节系统PID参

7、数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 (1). 曲线2满足式(6-8)，其一次调频动态过程满足 电网对于一次调频的动态性能要求； (2). 积分增益KI愈大，一次调频动态过程中的机组 功率趋近稳定值的速度愈快，但是，如果选择过 小的积分增益KI将对电网的动态稳定不利； (3). 动态过程初期的反向调节，是由引水系统的 水击(水锤)效应(水流时间常数TW)引起的；比例 作用(KP)作用的近似反映在图中+0.017与水击效 应引起的-0.017之差，即 。水轮机调节系统PID参

8、数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求水轮机调节系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求 (1). 曲线1、2和3均满足式(6-8)，其一次调频动态 过程满足电网对于一次调频的动态性能要求； (2). 比例增益KP愈大，一次调频动态过程中的机 组功率趋近稳定值的速度愈快，但是3条动态波形 相差不大，起主要作用的仍然是积分增益KI； (3). 动态过程初期的反向调节，是由引水系统的 水击(水锤)效应(水流时间常数TW)引起的；比例 作用(KP)作用的近似反映在图中+0.017与水击效 应引起的-0.017之差，即 。水轮机调节

9、系统PID参数选择 2.被控机组并入大电网，满足电网一次调频和二次调频的技术要求水轮机调节系统水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行孤立电网或小电网运行工况，对于绝大多数大中型机组，这是一种事故 性的和暂时的工况，当被控机组与大电网事故解列时，微机调速器( 数字式电液调速器)会根据电网频差超差自动转为频率调节模式工 作于频率调节器方式(频率死区Ef=0)。由于被控机组容量占小电网总 容量的比例、小电网突变负荷大小和小电网负荷特性等因素的影响， 使得这种情况下的调速器的工作条件十分复杂，只能尽量维持电网频 率在一定范围内。如果突变负荷超过小电网总容量的(1020，则大的动

10、态频率上升或下降是不可避免的。 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行 (1). 在同一个调节对象 和同一组调节参数的情 况下，突加5%、10% 和15%额定负荷 引起的电网频率下降的 最低值分别为49.57Hz 、49.14Hz和48.7Hz； (2). 在同一个调节对 象和同一组调节参数的 情况下，突加5%、 10%和15%额定负荷 电网频率恢复到49.8 Hz以上的时间分别为 30s、43s和47s水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在

11、小（孤立）电网运行从图6-45的仿真波形可以看出： (1).曲线1(虚线，KP=4.33)的最低 频率为49.25Hz，频率恢复到49.8 Hz以上的时间为17.7s；，(2).曲线2(实线，KP=3.33)的最 低频率为49.14Hz，频率恢复到 49.8 Hz以上的时间为16.5s；(3). 曲线3(点画线，KP=2.33)的 最低频率为49.0Hz，频率恢复到 49.8 Hz以上的时间为15.0s；因此，比例增益KP值愈大(暂态差 值系数bt值愈小)，在同样的负荷 扰动之下的动态频率下降值小。 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择 3

12、.被控机组在小（孤立）电网运行(1). 曲线3(点画线，KI= 0.25(1/s)的最低 频率为49.05Hz，频率恢复到49.8 Hz以 上的时间为36.5s； (2).曲线2(实线，KI= 0.55(1/s)的最低频 率为49.14Hz，频率恢复到49.8 Hz以上 的时间为16.5s； (3).曲线1(虚线，KI= 0.85(1/s)的最低频 率为49.20Hz，频率恢复到49.8 Hz以上 的时间为11.5s； 因此，积分增益KI值愈大(速动时间常数 Tx= btTd值愈小)，在同样的负荷扰动之 下的动态频率下降值小、频率恢复到 50Hz的速度快，但是容易出现调节的超 调现象；积分增益

13、KI值愈小(速动时间常 数Tx= btTd值愈大)，在同样的负荷扰动 之下的动态频率下降值大、频率恢复到 50Hz的速度慢，趋近50Hz的调节时间 长。 水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行(1).曲线1(虚线，KD= 6.0s)的 最低频率为49.19Hz，频率恢 复到49.8 Hz以上的时间为 17.0s； (2).曲线2(实线，KD= 3.0s) 的最低频率为49.14Hz，频率 恢复到49.8 Hz以上的时间为 16.5s； (3). 曲线3(点画线，KD= 0.0s)的最低频率为49.06Hz ，

14、频率恢复到49.8 Hz以上的 时间为15.5s； 因此，微分增益KD值愈大 (Tn/bt值愈大)，在同样的负 荷扰动之下的动态频率下降 值小、频率恢复到50Hz的速 度快；微分增益KD值愈小 (Tn/bt值愈大)，在同样的负 荷扰动之下的动态频率下降 值大、频率恢复到50Hz的速 度较快。水轮机调节系统PID参数选择 3.被控机组在小（孤立）电网运行水轮机调节系统水轮机调节系统PID参数选择水轮机数字式（微机）调速器对调 速器主要 要求适应式 运行 项目 工况调节 规律PID参数永态 插值 系数 bp（ep ）（ ）人工死区 Ef、 Ep 、 Ey调 节模 式开环功率 给定增量 P（y ）电

15、气开限 Lmax转速（频率） 调节 器；频率 摆动 小，便于 并网空载PID式(3- 166)和 (3-167)26Ef0 Ep0 Ey 0频率 调 节适应水头 的空载开 限L0（H）机组功率控制 器；以快速、 单调 受控于水 电厂AGC并入 大电 网( 一次 和二 次调 频)带 指定 负 荷PI式(3- 122)45Ef 0.033Hz Ep0 Ey0功率 （开 度） 调 节适应水头 的特性 P（H） y（H）适应水头 的最大开 限Lmax（H ）转速（频率） 调节 器；受控 于水电厂AGC的 机组功率控制 器承担 调 频 任 务PID式(3- 122)12Ef 0.033Hz Ep0 Ey 0频率 调 节适应水头 的特性 P（H） y（H）适应水头 的最大开 限Lmax（H ）转速（频率） 调节 器并入小电网 或单机带负 荷PID式(3- 168)12Ef0 Ep0 Ey 0频率 调 节适应水头 的最大开 限Lmax（H ） 在机组运行范 围内，使机组 在允许加速度 范围内，机组 转速快速单调 到达额定值， 转入空载机组 开机两段 开机开环 程序 控制适应水头 的两段开 机开度 ykj1（H） 和ykj2（H ） 加速 度三 段 闭 环 开机闭环 机