CN102156045A - 水轮机调速器主接力器反应时间常数测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水轮机调速器主接力器反应时间常数测试方法，按照如下步骤：在水轮机静止状态情况下，设置调速器调节参数；调速器自动方式下，施加其绝对值逐次增加的正负阶跃频率扰动信号，调速器主接力器将以一速度匀速开启或关闭，主配压阀从中间位置移动至开启或关闭方向的一定位置，记录主接力器速度和主配压阀位移；根据上述步骤得到的数据，计算主接力器反应时间常数T_y。本发明测试过程简单，只需要进行一系列的正负频率阶跃扰动试验，试验中需要的数据包括主接力器行程、主配压阀位移、调节器输出y_PID都能够容易的采集到。

Description

水轮机调速器主接力器反应时间常数测试方法

技术领域

本发明涉及用于电力系统分析计算的水轮机调速器模型中主接力器反应时间T_y的测试方法。

背景技术

水轮机调速器是水力发电机组最重要的控制部件，主接力器作为调速器的执行机构，主接力器反应时间常数T_y作为执行机构最重要的参数，参数的正确性和准确性直接关系到电力系统仿真计算的结果，要求在模型仿真计算中采用实测值。自90年代以来水轮机调速器发展迅速，各大中型水电厂机组由早期的机械缓冲式调速器更换为微机型调速器，结构一般为微机调节器+执行机构，与机械缓冲式调速器结构相差较大。

目前水轮机调速器主接力器反应时间常数的测试方法有两种：

(1)要求切除主接力器反馈，把主配压阀整定在不同的位置，按开启(关闭)方向逐次使主配压阀从中间位置迅速移动至整定位置，测试主配压阀位移与相应的主接力器相对速度，绘制主阀相对位移与主接力器相对速度的关系曲线。此种方法存在实际操作问题。一方面对于现场调速系统已调试完毕投入运行的机组不宜采用，因为调速器开关机时间已整定，此方法需要频繁调整主配压阀开关机时间调节螺母，在试验后需要重新对开关机时间进行整定，增加了现场工作。另外对于实际目前的微机调速器，切除反馈以后调速器检测不到反馈信息将报反馈故障，即使通过外面输入一个伪反馈信号调速器检测不到变化，也将报伺服故障，调速器将切换至手动运行，不具有实际操作性。

(2)施加其绝对值逐次增加的正负阶跃频率扰动信号，测量频率和主接力器速度的相对值，绘制调速器主接力器相对速度dy/dt与相对频率的关系曲线，对曲线进行拟合，其斜率的倒数即为主接力器反应时间常数T_y的。仿真和参数辨识结果表明此值是不正确的，此方法不适用目前“微机调节器+随动系统”控制结构调速器的参数测试。

因此，需要对测试方法进行改进，改进方法过程简单、具有通用性，并且所测参数值正确。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于水轮机调速器主接力器反应时间常数现场实测的技术方法，解决了目前的水轮机调速器主接力器反应时间常数测试方法不适合现代微机调速器的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

水轮机调速器主接力器反应时间常数仿真方法，按照如下步骤：

(1)在水轮机静止状态情况下，将调速器调节参数设置如下：比例增益系数K_P、微分增益系数K_D置为0，积分增益系数K_I置为1或其它整数，永态转差系数b_p设为0，人工频率死区设置为E_f＝0.0Hz；

(2)在调速器自动方式下，施加其绝对值逐次增加的正负阶跃频率扰动信号(直到调速器主接力器开启和关闭方向上的速度达到最大)，调速器主接力器将匀速开启或关闭，同时主配压阀从中间位置移动至开启或关闭方向的位置，即主接力器速度与主配压阀的位置是一一对应的，记录试验过程中微机调节器输出y_PID、调速器主接力器行程Y、主配压阀行程S；

(3)根据上述步骤(1)和步骤(2)得到的数据，计算方法一：计算试验过程中调速器主接力器相对速度dy/dt，其中主接力器相对行程y＝Y/Y_max，以试验中得到数据(y_PID-y)为横坐标，以dy/dt为纵坐标，绘制曲线，对曲线进行一元线性拟合得到直线方程y₁＝a₁x₁+b₁，其中a₁为直线方程斜率，b₁为直线方程截距，计算主接力器反应时间常数T_y＝1/a₁。

计算方法二：计算试验过程中调速器主接力器相对速度dy/dt，其中主接力器相对行程y＝Y/Y_max，主配压阀相对行程s＝S/S_max，S为主配阀实际行程，S_max为主配压阀最大行程，主配压阀最大行程定义为：在线性条件下，输入信号相对偏差为1时的主配压阀行程，以试验中得到数据s为横坐标，以dy/dt为纵坐标，绘制曲线，对曲线进行一元线性拟合得到直线方程y₂＝a₂*x₂+b₂，其中a₂为直线方程斜率，b₂为直线方程截距，计算主接力器反应时间常数T_y＝1/a₂。

本发明的优点是：

1、本测试方法测得的水轮机调速器主接力器反应时间常数是正确的，与设备实际特性相符，可提高水轮机调速系统模型仿真精度；

2、测试过程简单，只需要进行一系列的正负频率阶跃扰动试验，试验中需要的数据包括主接力器行程、主配压阀位移、调节器输出y_PID都能够容易的采集到。

附图说明

图1水轮机调速器结构示意图

图2水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt与频率扰动的关系曲线图

图3水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt与(y_PID-y)的关系曲线图

图4测试过程水轮机调速器主接力器、主配压阀调节过程示意图

图5水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt与主配压阀相对行程s的关系曲线图

具体实施方式

图1为水轮机调速器结构示意图，现代水轮机调速器主要由微机调节器、随动系统两大部分构成，微机调速器是水轮机调速器的控制部分，接受指令调节调速器输出。随动系统是水轮机调速器的执行机构，一般包括功放环节、电/液转换环节、主配压阀、主接力器几个部分，接受来自调节器的输出，控制主接力器动作。

图2水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt与频率扰动的关系曲线图，横坐标为输入调速器的频率偏差相对值，频率基准值为50Hz，纵坐标为在输入的对应频率偏差下水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt，对曲线进行线性拟合得到图中的直线方程。

图3水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt与(y_PID-y)的关系曲线图，横坐标为水轮机调速器主接力器时间常数测试试验中在输入频率偏差信号下调节器输出y_PID与主接力器相对行程y之差，纵坐标为在输入的对应频率偏差下水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt，对曲线进行线性拟合得到图中的直线方程。

图4测试过程水轮机调速器主接力器、主配压阀调节过程示意图，在调速器输入频率偏差信号或对随动系统输入扰动信号下，调速器主接力器和主配压阀调节过程。

图5水轮机调速器主接力器相对速度dy/dt与主配压阀相对行程s的关系曲线图，横坐标为调速器输入频率偏差信号或对随动系统输入扰动信号下主配压阀相对值s，纵坐标为在对应调速器输入频率偏差信号或对随动系统输入扰动信号下调速器主接力器相对速度dy/dt，对曲线进行线性拟合得到图中的直线方程。

本发明的一种水轮机调速器主接力器反应时间常数测试方法，具体包括以下步骤：

(1)在水轮机静止状态情况下，将调速器调节参数设置如下：比例增益系数K_P、微分增益系数K_D置为0，积分增益系数K_I置为1或其它整数，永态转差系数b_p设为0，人工频率死区设置为E_f＝0.0Hz；

(2)在调速器自动方式下，施加其绝对值逐次增加的正负阶跃频率扰动信号(直到调速器主接力器开启和关闭方向上的速度达到最大)，调速器主接力器将匀速开启或关闭，同时主配压阀从中间位置移动至开启或关闭方向的位置，即主接力器速度与主配压阀的位置是一一对应的，记录试验过程中微机调节器输出y_PID、调速器主接力器行程Y、主配压阀行程S；

步骤3：数据分析

(1)计算方法一：根据上述步骤1和步骤2得到的数据，分别计算在一系列的频率阶跃扰动下调节器输出y_PID-主接力器相对行程y与主接力器速度dy/dt，试验数据如表1所示，绘制(y_PID-y)与主接力器速度dy/dt关系曲线，如图3所示。对曲线进行线性拟合得到拟合直线方程，其直线方程斜率的倒数即为主接力器反应时间常数T_y，得到的水轮机调速器主接力器反应时间常数T_y将用于水轮机调速系统建模仿真。

表1主接力器反应时间常数测试方法一

序号	频率阶跃(Hz)	频率阶跃量x	(yPID-y)	主接力器速度dy/dt
					1	50.00→50.30	0.006	0.089	0.102
2	50.00→50.25	0.005	0.071	0.099
					3	50.00→50.20	0.004	0.046	0.080
4	50.00→50.15	0.003	0.039	0.060
					5	50.00→50.10	0.002	0.032	0.040
6	50.00→50.05	0.001	0.018	0.020
					7	50.00→50.03	0.0006	0.012	0.011

8	50.00→49.97	0.0006	0.010	0.012
					9	50.00→49.95	0.001	0.017	0.020
10	50.00→49.90	0.002	0.030	0.040
					11	50.00→49.85	0.003	0.039	0.056
12	50.00→49.80	0.004	0.066	0.075
					13	50.00→49.75	0.005	0.066	0.076

(2)计算方法二：根据上述步骤1和步骤2得到的数据，在频率阶跃扰动下主接力器以一定的速度向开启或关闭方向动作，主配压阀将从中间位置达到以一稳定位置，如图4所示。在一系列频率阶跃扰动下，主接力器开启或关闭速度与主配压阀行程一一对应，测试结果见表2。根据主配阀的相对行程s与主接力器相对速度dy/dt绘制关系曲线，，如图5，其曲线斜率的倒数即为主接力器反应时间常数，得到的水轮机调速器主接力器反应时间常数T_y将用于水轮机调速系统建模仿真。

其中主配压阀相对行程s＝S/S_max，S为主配阀实际行程，S_max为主配压阀最大行程，主配压阀最大行程是一个定义量，并不是实际最大工作行程。主配压阀最大行程定义为：在线性条件下，输入信号(转速或中间主接力器行程)相对偏差为1时的主配压阀行程。实际测试计算中调速器调节参数K_P、K_D置0，K_I置1，b_p设为0，人工死区设置为E＝0Hz，施加0.5Hz(对应1％转速变化)的频率阶跃扰动下的主配压阀行程S*100即为主配压阀最大行程。

表2主接力器反应时间常数测试。

序号	频率阶跃(Hz)	主配压阀相对行程s	主接力器相对速度dy/dt
				1	50.0→49.80	0.029	0.053
2	50.0→49.85	0.026	0.039
				3	50.0→49.90	0.02	0.0262
4	50.0→49.93	0.015	0.0185
				5	50.0→49.95	0.011	0.0132
6	50.0→49.97	0.007	0.008
				7	50.0→50.03	0.005	0.0088
8	50.0→50.05	0.011	0.0127

9	50.0→50.07	0.015	0.0178
				10	50.0→50.10	0.021	0.026
11	50.0→50.15	0.03	0.039
				12	50.0→50.20	0.035	0.054

本发明原理：

本发明测试方法主要是对水轮机调速器主接力器反应时间测试方法的改进，对调节参数的设置、主配压阀相对行程测试和计算方法和数据分析计算方的改进，用于现场测试主接力器反应时间常数。本方法关键是测试过程简单、使用范围广，试验需要采集的测点容易测得，解决了传统测试方法不适用于现代微机调速器的测试问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (1)

1.水轮机调速器主接力器反应时间常数测试方法，其特征在于，按照如下步骤：

(1)在水轮机静止状态情况下，将调速器调节参数设置如下：比例增益系数K_P、微分增益系数K_D均置为0，积分增益系数K_I置为1或整数，永态转差系数b_p设为0，人工频率死区设置为E_f＝0.0Hz；

(2)在调速器自动方式下，施加其绝对值逐次增加的正负阶跃频率扰动信号，直到调速器主接力器开启和关闭方向上的速度达到最大，调速器主接力器将匀速开启或关闭，同时主配压阀从中间位置移动至开启或关闭方向的位置，即主接力器速度与主配压阀的位置是一一对应的，记录试验过程中微机调节器输出y_PID、调速器主接力器行程Y、主配压阀行程S；

(3)根据上述步骤(1)和步骤(2)得到的数据，计算方法一：计算试验过程中调速器主接力器相对速度dy/dt，其中主接力器相对行程y＝Y/Y_max，以试验中得到数据(y_PID-y)为横坐标，以dy/dt为纵坐标，绘制曲线，对曲线进行一元线性拟合得到直线方程y₁＝a₁x₁+b₁，其中a₁为直线方程斜率，b₁为直线方程截距，计算主接力器反应时间常数T_y＝1/a₁。

计算方法二：计算试验过程中调速器主接力器相对速度dy/dt，其中主接力器相对行程y＝Y/Y_max，主配压阀相对行程s＝S/S_max，S为主配阀实际行程，S_max为主配压阀最大行程，主配压阀最大行程定义为：在线性条件下，输入信号相对偏差为1时的主配压阀行程，以试验中得到数据s为横坐标，以dy/dt为纵坐标，绘制曲线，对曲线进行一元线性拟合得到直线方程y₂＝a₂*x₂+b₂，其中a₂为直线方程斜率，b₂为直线方程截距，计算主接力器反应时间常数T_y＝1/a₂。

Images