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1、3.1 中间再热汽轮机的控制特点,采用中间再热的汽轮机，被再热器分成高压部分和中、低压部分，其原则性系统图如下图所示：,第1讲 汽轮机功频电液控制的基本原理,中间再热汽轮机原则性系统图,（1）中间再热容积的影响,特点一：贮存的蒸汽量容易引起甩负荷时汽轮机超速；,特点二：中间再热容积的存在导致机组总输出功率滞后；,中间再热汽轮机输出功率,（2）汽轮机与锅炉的协调配合,在设计选择汽轮机和锅炉的运行与控制方式时，应综合考虑机组负荷响应速度和机组运行的安全可靠性。,3.2 功频电液控制原理与各环节数学模型,（1）功频电液控制系统工作原理,电控部分：测功单元、测速单元、控制器PID、功放、给定。 液压控
2、制部分：油动机。 接口装置：电液转换器。,功频电液控制系统的特点：,（1）可以消除主蒸汽压力变化对汽轮机输出功率的影响，使频 率偏差与功率变化保持一定比例关系，保证机组一次调频 能力不变。 （2）可以补偿由于中间再热容积引起的汽轮机输出功率滞后。,功频电液控制系统原理方框图,（2）功频电液控制系统的静态特性,在转速反馈回路中，测速单元输出的电压信号Uf 与汽轮机转子转速成正比：,在功率反馈回路中，测功单元输出的电压信号UN 与汽轮机输出功率成正比：,在稳态时，两个反馈回路信号满足 ，因此：,两式相除,两式相除,所以转速不等率可以表示为：,根据转速不等率的计算公式，可以得出功频电液控制系统的静态
3、特性曲线如下图所示：,静态特性曲线的倾斜程度代表了机组的一次调频能力，只与测功单元和测速单元的输出信号有关。因此可以方便的对功频电液控制系统静态特性曲线的倾斜程度和机组的一次调频能力进行调节。,（3）功频电液控制系统主要组成单元,测速（测频）单元,磁阻发讯器是用来将被测转速信号转换为相应频率信号或感应电动势信号的测量元件，其工作原理如下：,频率信号：,感应电动势信号：,测速齿轮,线圈,铁芯,NS,永久磁铁,输出信号,测功单元,目前功频电液控制系统中的测功单元广泛采用霍尔效应测功器，其工作原理如下：,B,Is,VH,Is,R,Is,B,VH,U,霍尔元件,VHA,VHB,VHC,VH,IA,IB
4、,IC,UA,UB,UC,I,单相有功功率：,霍尔电势：,单相霍尔测功器：,直流分量,交流分量,在单相霍尔测功器中，使控制电流Is与被测电压U成正比，磁感应强度B与被测电流I成正比，则霍尔电势VH为：,三相霍尔测功器：,在三相霍尔测功器中，发电机输出端的各相电流通过激磁绕组产生感应磁场，各相电压经过电压互感器降压后送往各测功单元产生控制电流，将三个测功单元输出的霍尔电势串联相加，其总和即代表三相功率：,电液转换器,电液转换器也是一种控制元件。用它将电子控制部分和液动控制部分联系起来，同时又把微弱的电信号放大为液压信号，由液压动力去控制油动机。下面以动铁式电液转换器为例，对其工作原理进行介绍：,
5、由电液转换器、油动机、线性位移变送器（LVDT）、比较器和功放构成的液压伺服控制回路完成阀位控制任务，其原理方框图如下：,（4）汽轮发电机组动态特性,汽轮发电机组通过蒸汽在高中低压缸中膨胀做功推动转子转动，并带动发电机输出电功率，其工作流程和动态特性原理方框图分别如下图所示：,汽轮发电机组工作流程,汽轮发电机组动态特性原理方框图,（5）电网传递函数,电力系统是一个极为复杂的被控对象，下面给出的传递函数表示负荷扰动下电网的频率偏差：,静态偏差,如果考虑电网中机组控制系统参与一次调频的作用，则在负荷扰动下电网的频率偏差为：,静态偏差,动态偏差,动态偏差,因此电网中的机组参与一次调频，可以有效减小在
6、负荷扰动下电网的动态频率偏差和静态频率偏差。,3.3 功频电液控制系统分析,（1）稳定性分析,如果用发电机功率代替汽轮机功率作为反馈信号，由于发电机功率为扰动量，会影响系统的稳定性，以发电机功率为反馈信号的控制系统原理图如下：,分别绘制调节器和其余部分的对数频率特性曲线，根据串联叠加原理可得控制系统的频率特性曲线如下图所示：,采用发电机功率反馈的汽轮发电机组动态特性原理方框图,在控制系统中采用比例积分调节器，只要合理选择积分时间Ti，就可以使控制系统的频率特性曲线中增益裕量和相角裕量均为正值，即保证控制系统的稳定性。,（2）负荷适应性分析,功频电液控制系统具有使调节阀门动态过开，克服由于中间再
7、热容积造成的机组功率滞后，以提高机组负荷适应性的能力。通过改变调节器的放大系数K，可以调整调节阀门动态过开的倍数，减少功率滞后的影响。,（3）甩负荷特性分析,反调现象采用发电机功率作为反馈信号的功频电液控制系 统在机组甩负荷时，在过渡过程的初始阶段，调节器 输出的控制指令不是关小汽轮机调节阀门，而是开大 调节阀门，造成转子转速上升，只有在转速升高到一 定数值后才能克服发电机功率反馈信号的影响。,机组甩负荷时，发电机功率反馈信号uNL、转子转速反馈信号u 和汽轮机功率反馈信号uNt 的变化曲线如下图所示：,克服反调现象的方法,汽轮发电机组的力矩平衡方程式为：,根据上式可知，汽轮机功率信号等于发电
8、机功率信号与转子加速度信号之和。为了克服在机组甩负荷时出现的反调现象，可以采取以下方法：,在转子转速反馈回路中加入实际微分环节,在发电机功率反馈回路中加入惯性环节,在发电机功率反馈回路中加入负的微分环节,在功频电液控制系统中的发电机功率反馈回路中加入惯性环节，同时在转子转速反馈回路中加入实际微分环节，此时控制系统如下图所示：,发电机功率反馈信号经过惯性环节后相对变化的拉氏变换为：,转速反馈信号经过实际微分环节后相对变化的拉氏变换为：,为克服反调现象，需要使转速微分信号可以抵消发电机功率信号，即要求：,克服反调的条件,为克服反调现象，还可以在发电机功率反馈回路中加入负的微分环节，此时控制系统如下图所示：,加入负微分环节后的控制系统,在负微分回路中采用单向带死区的函数模块，使负微分作用只在负荷大幅下降时起作用，同时可以在发电机功率正常下降或出现小幅度波动时，使负微分回路输出信号为零，不产生调节作用，避免阀门的误动。,单向带死区函数模块,
