RU51680U1

RU51680U1 - HYDROTURBINE ROTATION REGULATOR

Info

Publication number: RU51680U1
Application number: RU2005131477/22U
Authority: RU
Inventors: Дамир Раильевич Волков; Лидия Станиславовна Давыдова; Леонид Семенович Кудрявцев; Николай Николаевич Макаров; Михаил Юрьевич Сорокин
Original assignee: ОАО "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (ОАО "УКБП")
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2006-02-27

Abstract

Изобретение касается усовершенствования регулятора частоты вращения гидротурбины. Технический результат заключается в повышении точности и качества регулирования частоты вращения гидроагрегата. Предложен регулятор частоты вращения гидротурбины, содержащий датчик частоты вращения, датчик ускорения, интегратор, механизм управления, выходы которых соединены через сумматор с усилителем, распределительный золотник, соединенный с серводвигателем, датчик обратной связи положения штока серводвигателя (постоянный статизм), выход которого соединен с сумматором в который дополнительно введен блок коррекции, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - ко входу распределительного золотника. Сигнал интегратора комбинируется на сумматоре с сигналом отклонения частоты, сигналом ускорения, сигналом механизма управления и сигналом постоянного статизма. Результирующий сигнал с сумматора, усиленный усилителем и измененный блоком коррекции, приводит в действие распределительный золотник, управляющий серводвигателем системы клапанов. Положение серводвигателя системы клапанов определяет расход воды через гидротурбину, частота вращения которой определяется величиной расхода.The invention relates to the improvement of the speed controller of a hydraulic turbine. The technical result is to increase the accuracy and quality of regulation of the frequency of rotation of the hydraulic unit. A speed turbine speed controller is proposed, comprising a speed sensor, an acceleration sensor, an integrator, a control mechanism, the outputs of which are connected through an adder to an amplifier, a spool valve connected to a servomotor, a servo motor rod position feedback sensor (constant statism), the output of which is connected to the adder into which an additional correction block is introduced, the input of which is connected to the output of the amplifier, and the output to the input of the distribution valve. The integrator signal is combined on the adder with a frequency deviation signal, an acceleration signal, a control mechanism signal, and a constant static signal. The resulting signal from the adder, amplified by the amplifier and changed by the correction unit, actuates the distribution valve, controlling the servomotor of the valve system. The position of the servomotor of the valve system determines the flow rate of water through a hydraulic turbine, the speed of which is determined by the flow rate.

Description

Заявленная полезная модель относится к регуляторам частоты вращения гидротурбин.The claimed utility model relates to speed controllers of hydraulic turbines.

Существует достаточно большое многообразие регуляторов частоты вращения гидротурбин с различной степенью их усовершенствования.There is a fairly large variety of speed regulators for hydraulic turbines with varying degrees of improvement.

В международном руководстве по испытанию регуляторов частоты вращения для гидравлических турбин (JEC 308/1970) [1] приведено несколько типов возможного построения регуляторов, схемы которых представлены на фиг.1, 2, 3. На указанных фигурах использованы следующие обозначения:In the international manual for testing speed controllers for hydraulic turbines (JEC 308/1970) [1], several types of possible construction of controllers are given, the schemes of which are shown in Figs. 1, 2, 3. The following notation is used in these figures:

х - относительная частота вращения гидротурбины,x is the relative frequency of rotation of the turbine,

у - относительная величина положения штока серводвигателя,y is the relative value of the position of the actuator rod,

с - относительная величина сигнала управления.c is the relative magnitude of the control signal.

Так на фиг.1 показан регулятор, воздействующий по скорости.So figure 1 shows the controller, acting on speed.

Работа регулятора осуществляется следующим образом. Сигнал с датчика частоты вращения 1 комбинируется на сумматоре 7 с сигналом управления 5 и сигналом обратной связи постоянного статизма 6, пропорциональным положению штока серводвигателя системы клапанов 4. Сигнал с сумматора 7, усиленный усилителем 2, приводит в действие распределительный золотник 3, управляющий серводвигателем 4.The operation of the regulator is as follows. The signal from the speed sensor 1 is combined on the adder 7 with a control signal 5 and a constant static feedback signal 6 proportional to the position of the valve servomotor rod 4. The signal from the adder 7, amplified by the amplifier 2, drives the distribution valve 3 controlling the servomotor 4.

Недостаток регулятора - наличие статической ошибки регулирования. На фиг.2 показан регулятор, воздействующий как по скорости, так и по ускорению, который определяет кроме частоты вращения 1 угловое ускорение 2 турбины и комбинирует этот сигнал на сумматоре 8 с другими сигналами механизма управления 6 и сигналом обратной связи постоянного статизма 7. Сигнал с сумматора 8 усиленный усилителем 3 приводит в действие распределительный золотник 4, управляющий серводвигателем системы клапанов The drawback of the controller is the presence of a static control error. Figure 2 shows a controller that acts both in speed and in acceleration, which determines, in addition to speed 1, the angular acceleration 2 of the turbine and combines this signal on the adder 8 with other signals of the control mechanism 6 and a feedback signal of constant statism 7. The signal with the adder 8 is reinforced by an amplifier 3 drives the distribution valve 4, which controls the servomotor of the valve system

5. Данный регулятор обладает более высоким быстродействием, но также имеет статическую ошибку регулирования.5. This controller has a higher speed, but also has a static control error.

На фиг.3 показан регулятор, воздействующий по скорости с переходным статизмом. В нем сигнал переходного статизма 6 пропорциональный скорости перемещения серводвигателя 4 комбинируется на сумматоре 8 с сигналом отклонения частоты 1, сигналом управления 5 и сигналом постоянного статизма 7. Результирующий сигнал с сумматора 8 усиливается усилителем 2 и приводит в действие распределительный золотник 3, управляющий серводвигателем 4.Figure 3 shows the controller, acting on speed with transitional statism. In it, a transitional static signal 6 proportional to the speed of the servomotor 4 is combined on the adder 8 with a frequency deviation signal 1, a control signal 5, and a constant static signal 7. The resulting signal from the adder 8 is amplified by an amplifier 2 and drives a distribution valve 3 controlling the servomotor 4.

Такой регулятор называют еще изодромным регулятором, см. например, В.А.Пивоваров "Проектирование и расчет систем регулирования гидротурбин" Ленинград "Машиностроение" 1973 г. стр.212 рис.92. [2]Such a regulator is also called an isodromic regulator, see, for example, V.A. Pivovarov "Design and Calculation of Hydroturbine Regulation Systems" Leningrad "Mechanical Engineering" 1973 p. 212 fig. 92. [2]

При использовании этого типа регулятора можно в совокупности с сигналом по ускорению и скорости получить регулятор, сочетающий в себе способ регулирования по ускорению и скорости со способом регулирования по переходному статизму. В [2] на рис.106 стр.241 приведена структура такого регулятора, который по сравнению с описанными выше структурными схемами регуляторов скорости обладает более высоким быстродействием, но в тоже время имеет статическую ошибку регулирования.When using this type of controller, in combination with the signal for acceleration and speed, you can get a controller that combines the method of regulation of acceleration and speed with the method of regulation of transitional statism. In [2], Fig. 106 p. 241 shows the structure of such a controller, which, in comparison with the structural schemes of speed controllers described above, has a higher speed, but at the same time has a static control error.

В [2] описан также регулятор скорости с воздействием по интегралу от регулируемой величины (см. стр.243÷248). Такой регулятор по сравнению с описанными выше регуляторами обладает рядом достоинств, а именно: получить максимально возможное быстродействие системы по внешним управляющим сигналам; значительно увеличить статическую и динамическую точность и повысить надежность. Недостаток этих регуляторов заключается в отсутствии упреждающего воздействия при формировании управляющего сигнала.In [2], a speed controller is also described with an action over the integral of the controlled variable (see pages 244 ÷ 248). Such a regulator, in comparison with the regulators described above, has a number of advantages, namely: to obtain the highest possible system speed by external control signals; significantly increase static and dynamic accuracy and increase reliability. The disadvantage of these controllers is the absence of a proactive effect when generating a control signal.

В настоящее время широкое распространение получили регуляторы частоты вращения гидротурбины с воздействием по скорости, ускорению и интегралу от регулируемой величины, что позволяет получить хорошие динамические At present, hydraulic turbine speed controllers are widely used with effects on speed, acceleration and integral of an adjustable value, which allows to obtain good dynamic

и статические характеристики регулятора. Такие регуляторы носят еще название ПИД-регуляторы (пропорционально, интегрально, дифференциальные).and static characteristics of the regulator. Such controllers are also called PID controllers (proportionally, integrally, differential).

Типовая структура таких регуляторов, принятая за прототип, приведена на фиг.4 [3]. В них сигнал интегратора 3 комбинируется на сумматоре 9 с сигналом отклонения частоты 1, сигналом ускорения 2, сигналом механизма управления 4 и сигналом постоянного статизма 8. Результирующий сигнал с сумматора 9 усиленный усилителем 5 приводит в действие распределительный золотник 6, управляющий серводвигателем системы клапанов 7.The typical structure of such regulators, adopted as a prototype, is shown in figure 4 [3]. In them, the integrator signal 3 is combined on the adder 9 with a frequency deviation signal 1, an acceleration signal 2, a control mechanism signal 4, and a constant static signal 8. The resulting signal from the adder 9 amplified by the amplifier 5 drives the distribution valve 6, which controls the servomotor of the valve system 7.

При проектировании регуляторов гидравлического типа для установленного комплекса гидроэнергетического оборудования в первую очередь определяются требования к золотниковым устройствам. Так для обеспечения заданных гарантий регулирования, например, по времени открытия/закрытия направляющего аппарата назначается с некоторым запасом максимальный потребный расход рабочей жидкости при максимальном управляющем сигнале на входе распределительного золотника.When designing hydraulic-type regulators for an installed complex of hydropower equipment, requirements for spool devices are primarily determined. So, to ensure the given guarantees of regulation, for example, according to the opening / closing time of the guide vane, the maximum required flow rate of the working fluid is assigned with a certain margin with the maximum control signal at the inlet of the distribution valve.

Для обеспечения заданной точности и качества регулирования частоты вращения турбины или отдаваемой мощности, как правило, ориентируются на распределительные золотники пропорционального типа с приемлемой зоной нечувствительности.To ensure the specified accuracy and quality of regulation of the turbine rotation speed or power output, as a rule, they are guided by proportional-type distribution spools with an acceptable deadband.

Предварительная отработка функционирования регулятора с гидроагрегатом проводится разработчиком регулятора на математическом и полунатурном стендах с заданными характеристиками распределительных золотников.Preliminary working out of the functioning of the regulator with the hydraulic unit is carried out by the developer of the regulator at the mathematical and semi-natural stands with the specified characteristics of the distribution spools.

По результатам математического и полунатурного моделирования устанавливаются оптимальные параметры регулятора и сервопривода направляющего аппарата, которые обеспечивают заданные: точность, качество и гарантии регулирования (частоты вращения турбины/отдаваемой мощности).Based on the results of mathematical and semi-natural modeling, the optimal parameters of the regulator and servo drive of the guide apparatus are established, which provide the specified: accuracy, quality and guarantee of regulation (turbine speed / power output).

На практике из-за возможных ошибок производства, вызванных сложностью изготовления золотниковых устройств, характеристики их могут отличаться In practice, due to possible production errors caused by the complexity of manufacturing spool devices, their characteristics may vary

от заданных. Это отличие может проявляться в увеличении или уменьшении зоны нечувствительности, а также в увеличении или уменьшении крутизны выходного сигнала (расхода рабочей жидкости) в зависимости от управляющего сигнала.from given. This difference can be manifested in an increase or decrease in the deadband, as well as in an increase or decrease in the steepness of the output signal (flow rate of the working fluid) depending on the control signal.

Отработка и настройка регуляторов с такими распределительными золотниками при запуске гидроагрегатов на гидроэлектростанциях представляет значительные трудности, требует неоправданно много времени и не всегда позволяет обеспечить должное качество регулирования.Testing and adjusting regulators with such distribution spools when starting hydraulic units at hydroelectric power plants presents significant difficulties, requires unreasonably long time and does not always allow to ensure the proper quality of regulation.

Задачей, на выполнение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание регулятора скорости гидротурбины, обладающего значительно большими регулирующими возможностями по сравнению с известными, что позволяет использовать в регуляторе золотниковые устройства с пониженными техническими характеристиками по сравнению с заданными.The task to which the claimed technical solution is directed is to create a hydraulic turbine speed controller that has significantly greater regulatory capabilities compared to the known ones, which allows the use of spool devices with reduced technical characteristics in comparison with the specified ones.

Технический результат заключается в повышении точности и качества регулирования частоты вращения гидроагрегата.The technical result is to increase the accuracy and quality of regulation of the frequency of rotation of the hydraulic unit.

Для повышения эффективности отработки регуляторов с характеристиками распределительных золотников отличающихся от заданных, авторы предлагают управляющий сигнал с усилителя 5 известного регулятора показанного на фиг.4 предварительно скорректировать в блоке коррекции, включив его между усилителем 5 и распределительным золотником 6.To improve the efficiency of testing regulators with distribution spool characteristics different from the set, the authors propose a control signal from the amplifier 5 of the known controller shown in FIG. 4 to be pre-adjusted in the correction block by switching it between the amplifier 5 and the distribution spool 6.

Суть заявляемого технического решения заключается в том, что в известный регулятор, показанный на фиг.4., содержащий датчик частоты вращения, датчик ускорения, интегратор, механизм управления, выходы которых соединены через сумматор с усилителем, распределительный золотник, соединенный с серводвигателем, датчик обратной связи положения штока серводвигателя (постоянный статизм), выход которого соединен с сумматором дополнительно введен блок коррекции, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к входу распределительного золотника.The essence of the claimed technical solution lies in the fact that the well-known controller shown in figure 4., containing a speed sensor, acceleration sensor, integrator, control mechanism, the outputs of which are connected through an adder to an amplifier, a distributor valve connected to a servomotor, a reverse sensor connection of the position of the servomotor rod (constant statism), the output of which is connected to the adder, an additional correction unit is introduced, the input of which is connected to the amplifier output and the output to the distribution gold input ika.

На фиг.5 показан регулятор в соответствии с заявляемым техническим решением, где:Figure 5 shows the regulator in accordance with the claimed technical solution, where:

1 - датчик частоты вращения гидротурбины;1 - speed sensor of a turbine;

2 - датчик ускорения;2 - acceleration sensor;

3 - интегратор;3 - integrator;

4 - механизм управления;4 - control mechanism;

5 - усилитель;5 - amplifier;

6 - распределительный золотник;6 - distribution valve;

7 - серводвигатель системы клапанов;7 - a servomotor of the valve system;

8 - постоянный статизм;8 - constant statism;

9 - сумматор;9 - adder;

10 - блок коррекции.10 - correction block.

Функционально блок коррекции 10 должен быть таким, чтобы в зависимости от управляющего сигнала на входе блока, в совокупности с реальной характеристикой распределительного золотника 6, обеспечить заданную характеристику расхода рабочей жидкости, т.е. такую характеристику, при которой по результатам математического и полунатурного моделирования были установлены оптимальные параметры регулятора и сервопривода и достигнуты наилучшие показатели регулирования частоты/мощности рассматриваемого гидроагрегата.Functionally, the correction unit 10 should be such that, depending on the control signal at the input of the unit, in conjunction with the actual characteristic of the distribution valve 6, provide a given characteristic of the flow rate of the working fluid, i.e. such a characteristic, in which, according to the results of mathematical and semi-natural modeling, the optimal parameters of the controller and servo drive were established and the best frequency / power regulation parameters of the considered hydraulic unit were achieved.

На фиг.6 представлены графики определения функциональной зависимости блока коррекции, где:Figure 6 presents graphs of determining the functional dependence of the correction unit, where:

- относительный сигнал на входе блока коррекции; - relative signal at the input of the correction block;

- относительный сигнал на выходе блока коррекции; - relative signal at the output of the correction block;

Q_ф - фактическая характеристика расхода рабочей жидкости распределительного золотника от управляющего сигнала;Q _f - the actual characteristic of the flow rate of the working fluid of the distribution valve from the control signal;

Q_з - заданная характеристика расхода рабочей жидкости распределительного золотника от управляющего сигнала.Q _s - a given characteristic of the flow rate of the working fluid distribution valve from the control signal.

Для установления функциональной зависимости выходного сигнала с блока коррекции 10 от входного определяется фактическая характеристика To establish the functional dependence of the output signal from the correction unit 10 from the input, the actual characteristic is determined

расхода рабочей жидкости распределительно золотника 6 от управляющего сигнала при фиксированном перепаде давления. Далее на графике в одном и том же масштабе строятся фактическая Q_ф и заданная Q_з характеристики распределительного золотника в зависимости от относительного управляющего сигнала . Для упрощения показана лишь одна ветвь расходной характеристики распределительного золотника, т.е. при положительном сигнале на его входе. Технология определения функциональной зависимости блока коррекции 10 при отрицательном сигнале на входе распределительного золотника аналогична.the flow rate of the working fluid distribution valve 6 from the control signal at a fixed pressure drop. Further, on the graph, on the same scale, the actual Q _f and the given Q _s characteristics of the distribution valve are plotted, depending on the relative control signal . For simplicity, only one branch of the flow characteristic of the distribution spool is shown, i.e. with a positive signal at its input. The technology for determining the functional dependence of correction block 10 with a negative signal at the input of the distribution valve is similar.

На фиг.6а фактическая расходная характеристика распределительного золотника имеет большую по сравнению с заданной зону нечувствительности и увеличенный расход рабочей жидкости при максимальном относительном управляющем сигнале . Функциональная зависимость выходного сигнала блока коррекции 10 от входного находится следующим образом: проводятся прямые линии, параллельные оси , до пересечения с фактической и заданной расходными характеристиками распределительного золотника для расходов Q_i соответствующих положениям 1, 2, 3. При построении функциональной характеристики блока коррекции 10 входному значению управляющего сигнала соответствует выходной сигнал , соответствует и соответствует сигнал , при этом , , представляют собой пересечение прямых 1, 2 и 3 с фактической расходной характеристикой распределительного золотника , а значения сигналов , , соответствуют пересечениям указанных прямых с заданной расходной характеристикой распределительного золотника .On figa actual flow characteristic of the distribution valve has a large compared to a given dead zone and increased flow rate of the working fluid at the maximum relative control signal . Functional dependence of the output signal correction block 10 from the input is as follows: straight lines are drawn parallel to the axis , to the intersection with the actual and specified flow characteristics of the distribution valve for flow rates Q _i corresponding to positions 1, 2, 3. When constructing the functional characteristics of the correction unit 10, the input value of the control signal match output , corresponds to and signal corresponds , wherein , , represent the intersection of lines 1, 2, and 3 with the actual flow characteristic of the distribution valve , and the signal values , , correspond to the intersections of these lines with a given flow characteristic of the distribution valve .

Для положения 1 координате на входе блока коррекции 10 должна соответствовать координата выходного сигнала с блока коррекции 10. Для положения 2 координата на входе блока коррекции 10 равна координате на его выходе. Для положения 3 координате на входе блока коррекции For position 1 coordinate at the input of the block correction 10 must correspond to the coordinate output signal from the correction unit 10. For position 2 coordinate at the input of correction block 10 is equal to the coordinate at his exit. For position 3 coordinate at the input of the correction block

10 должна соответствовать координата на его выходе. На фиг.6а для рассматриваемого случая показана функциональная зависимость блока коррекции 10 , которая представляет собой кусочно-линейную функцию.10 must match the coordinate at his exit. On figa for the case under consideration shows the functional dependence of the block correction 10 which is a piecewise linear function.

На фиг.6б фактическая расходная характеристика распределительного золотника 6, хотя по зоне нечувствительности совпадает с заданной, но по сравнению с ней она имеет низкую крутизну выходного сигнала при малых управляющих сигналах, при средних большую и увеличенный потребный расход рабочей жидкости при максимальном входном сигнале .On figb actual flow characteristic distribution valve 6, although the deadband coincides with the specified, but compared with it it has a low slope of the output signal with small control signals, with medium large and increased flow rate of the working fluid at the maximum input signal .

Технология определения функциональной зависимости блока кореекции 10 для данного отличия аналогична. Входным координатам на входе блока коррекции 10 , , , должны соответствовать координаты , , , на его выходе. На фиг.6б для данной фактической расходной характеристики распределительного золотника построена функциональная зависимость блока коррекции 10 , которая также представляет собой кусочно-линейную функцию.Technology for determining the functional dependence of the correction block 10 for this difference is similar. The input coordinates at the input of the correction block 10 , , , must match the coordinates , , , at his exit. On figb for a given actual flow characteristics distribution valve built functional dependence of the correction block 10 , which also represents a piecewise linear function.

На фиг.6в приведена функциональная зависимость блока коррекции 10 для приведенного на фиг.6в различия фактической и заданной расходных характеристик распределительного золотника.Fig.6c shows the functional dependence correction block 10 for the difference in actual figure 6b and given flow characteristics of the spool.

Если фактическую расходную характеристику распределительного золотника аппроксимировать прямолинейными участками, то функциональная зависимость блока коррекции 10 также будет представлять собой кусочно-линейную функцию , причем точность аппроксимации зависит от количества прямых линий, которыми производится деление расходных характеристик и .If the actual flow characteristic of the distribution spool is approximated by straight sections, then the functional dependence of the correction block 10 will also be a piecewise linear function moreover, the accuracy of the approximation depends on the number of straight lines that divide the flow characteristics and .

На фиг.6г фактическая расходная характеристика распределительного золотника отличается от заданной тем, что она не имеет зоны нечувствительности, обладает чрезмерно высокой чувствительностью при On fig.6g the actual flow rate characteristic of the distribution valve differs from the given the fact that it does not have a dead zone, has an excessively high sensitivity with

малых управляющих сигналах и завышенным расходом рабочей жидкости при максимальном входном сигнале .low control signals and overestimated flow rate of the working fluid at the maximum input signal .

Отсутствие зоны нечувствительности и высокая крутизна расходной характеристики такого распределительного золотника нежелательны с точки зрения влияния различного рода помех на качество регулирования. Для получения заданной расходной характеристики распределительного золотника в данном случае необходимо обеспечить функциональную зависимость блока коррекции 10 приведенную на фиг.6г.The absence of a dead zone and the high slope of the flow characteristic of such a distribution valve are undesirable from the point of view of the influence of various kinds of interference on the quality of regulation. To obtain a given flow rate characteristic of the distribution valve in this case, it is necessary to provide a functional dependence of the correction unit 10 shown in Fig.6g.

Таким образом, располагая фактической расходной характеристикой распределительного золотника снятой на гидроэлектростанции до отладки регулятора с гидроагрегатом, нетрудно найти функциональную зависимость блока коррекции 10.Thus, having the actual flow rate characteristic of the distribution valve taken at the hydroelectric power station before debugging the controller with the hydraulic unit, it is easy to find the functional dependence of the correction unit 10.

Последовательно соединенные между собой блок коррекции 10 и распределительный золотник 6 обеспечат в совокупности заданную пропорциональную расходную характеристику , при которой по результатам математического и полунатурного моделирования определены оптимальные параметры регулятора и сервопривода и обеспечены надлежащая точность и качество регулирования по стабилизации частоты и отдаваемой мощности гидроагрегата.Consistently connected to each other, the correction unit 10 and the distribution valve 6 will provide together a predetermined proportional flow rate characteristic in which, according to the results of mathematical and semi-natural modeling, the optimal parameters of the controller and servo drive are determined and the proper accuracy and quality of regulation are provided to stabilize the frequency and power output of the hydraulic unit.

Реализация кусочно-линейной функции блока коррекции 10 не вызывает трудностей и в цифровых регуляторах может быть осуществлена программно. При совпадении фактической и заданной расходных характеристик распределительного золотника блок коррекции 10 представляет собой повторитель, т.е. .The implementation of the piecewise linear function of the correction unit 10 does not cause difficulties and in digital controllers can be carried out programmatically. If the actual and specified flow characteristics of the distribution valve coincide, the correction unit 10 is a repeater, i.e. .

Работа регулятора, выполняющего функции регулирования, например, частоты вращения турбины/генератора электрического тока, осуществляется следующим образом. С помощью механизма управления 4 дистанционно или вручную с панели стойки управления подается на сумматор 9 управляющий сигнал «с_хх», соответствующий выходу гидроагрегата (турбина/генератор) на холостой ход. Управляющий сигнал «с_хх» через усилитель 5, блок коррекции The operation of the controller, which performs the functions of regulation, for example, the speed of a turbine / electric current generator, is as follows. Using the control mechanism 4 remotely or manually from the control panel panel, a control signal “ _cxx ” is sent to the adder 9, which corresponds to the output of the hydraulic unit (turbine / generator) at idle. The control signal "with _xx " through amplifier 5, the correction unit

10 и распределительный золотник 6 приводит в движение шток серводвигателя системы клапанов 7, на открытие направляющего аппарата (на чертеже не показан), обеспечивая расход воды через турбину, соответствующий созданию момента на турбине, равного моменту холостого хода. Управляющему сигналу с=с_хх соответствует положение штока серводвигателя системы клапанов 7 у=у_хх. Это достигается в следящем приводе с помощью отрицательной обратной связи постоянного статизма 8.10 and the distributor valve 6 drives the actuator rod of the valve system 7 to open the guide vane (not shown), providing a flow rate through the turbine corresponding to the creation of a moment on the turbine equal to the idle time. The control signal c = c _xx corresponds to the position of the actuator stem of the valve system 7 y = y _xx . This is achieved in a servo drive using negative static feedback 8.

Разгон турбины осуществляется до номинальной или близкой к номинальной частоте вращения турбины, после чего к сумматору 9 подключатся блоки 1, 2, 3 ПИД-регулятора.The turbine is accelerated to the nominal or close to the nominal speed of the turbine, after which blocks 1, 2, 3 of the PID controller are connected to the adder 9.

Относительная частота вращения турбины «х», сформированная в чувствительном элементе (на чертеже не показан) производящем измерение регулируемой величины и ее сравнение с заданным значением, поступает на датчики 1, 2 и интегратор 3, составляющие ПИД-регулятор, выходы которых суммируются на сумматоре 9. При включении ПИД-регулятора в момент, когда частота вращения турбины меньше заданной, на выходе сумматора, 9 формируется сигнал положительного знака направленный на открытие направляющего аппарата, т.е. на увеличение «у», на увеличение расхода воды через турбину и увеличение частоты вращения турбины. При достижении заданной частоты вращения турбины сигнал с чувствительного элемента становится равным нулю, т.е. х=0 и открытие направляющего аппарата становится равным открытию холостого хода, т.е. у=у_хх.The relative frequency of rotation of the turbine "x", formed in a sensitive element (not shown) that performs the measurement of the controlled variable and its comparison with the set value, is fed to the sensors 1, 2 and integrator 3, which make up the PID controller, the outputs of which are summed on the adder 9 .When the PID controller is turned on at a time when the turbine speed is less than the specified one, a positive sign is generated at the output of the adder 9, aimed at opening the guide vane, i.e. to increase the "y", to increase the flow rate of water through the turbine and increase the frequency of rotation of the turbine. When the specified turbine speed is reached, the signal from the sensing element becomes equal to zero, i.e. x = 0 and the opening of the guide vane becomes equal to the open idle, i.e. y = y _xx .

При увеличении нагрузки на генератор, момент турбины становится меньше момента нагрузки, а частота вращения турбины становится меньше заданной, т.е. х>0. На выходе сумматора 9 формируется положительный сигнал на открытие направляющего аппарата у>у_хх, т.е. на увеличение расхода воды через турбину и увеличение момента до величины равной моменту нагрузки. Частота вращения турбины достигает заданной при х=0, а положение штока серводвигателя системы клапанов 7 «у» устанавливается в положение соответствующее положению заданной нагрузки у_наг на генераторе.With increasing load on the generator, the turbine moment becomes less than the load moment, and the turbine speed becomes less than the specified one, i.e. x> 0. At the output of the adder 9, a positive signal is generated to open the guiding apparatus y> y _xx , i.e. to increase the flow rate of water through the turbine and increase the moment to a value equal to the load moment. The turbine speed reaches the target when x = 0, and the position of the rod of the servo motor of the valve system 7, "y" is set in a predetermined position corresponding to the position at load on the generator _{is naked.}

При уменьшении нагрузки на генераторе или увеличении напора воды момент турбины становится больше момента нагрузки, частота вращения при этом увеличивается и превышает заданную частоту, относительная частота вращения становится меньше нуля х<0 и на выходе сумматора 9 формируется сигнал отрицательного знака. Усиленный усилителем 5 и преобразованный в блоке коррекции 10 отрицательный сигнал на выходе сумматора обеспечивает в распределительном золотнике 6 расход рабочей жидкости отрицательного знака и направлен на уменьшение хода штока серводвигателя системы клапанов 7 и уменьшение расхода воды через направляющий аппарат и турбину, а, следовательно, на уменьшение момента и частоты ее вращения. Это происходит до тех пор, пока момент на турбине не станет равным моменту нагрузки и частота вращения турбины не достигает заданной величины. Учитывая, что неравномерность расхода воды через направляющий аппарат и другие возможные факторы могут как увеличивать, так и уменьшать моменты турбины и нагрузки регулятор формирует на выходе сумматора 9 сигнал, который с помощью следящего сервопривода направляющего аппарата, состоящего из блоков 5, 6, 7, 8, 10 путем его открытия/закрытия уменьшает или увеличивает частоту вращения турбины относительно заданной, т.е. стабилизирует достижение х=0.When the load on the generator decreases or the water pressure increases, the turbine moment becomes greater than the load moment, the rotation frequency increases and exceeds the set frequency, the relative rotation speed becomes less than zero x <0 and a negative sign is generated at the output of the adder 9. The negative signal amplified by the amplifier 5 and converted into the correction unit 10 at the adder output ensures a negative flow rate of the working fluid in the distribution valve 6 and is aimed at decreasing the stroke of the servomotor of the valve system 7 and reducing the flow rate of water through the guide apparatus and turbine, and, therefore, to reduce moment and frequency of its rotation. This happens until the moment on the turbine becomes equal to the load moment and the turbine speed does not reach a predetermined value. Given that the uneven flow rate of water through the guide apparatus and other possible factors can both increase and decrease the moments of the turbine and the load, the controller generates a signal at the output of the adder 9, which, using the servo tracking servo of the guide apparatus, consisting of blocks 5, 6, 7, 8 , 10 by opening / closing it decreases or increases the frequency of rotation of the turbine relative to a given one, i.e. stabilizes the achievement of x = 0.

Необходимость введения блоков коррекции возникла при отладке регуляторов частоты вращения турбины или отдаваемой мощности трех одинаковых гидроагрегатов на Гунибской ГЭС с распределительными золотниками, имеющими различные расходные характеристики, из которых лишь один имел расходную характеристику, соответствующую заданной.The need for the introduction of correction blocks arose when debugging the regulators of the turbine rotation speed or the power output of three identical hydraulic units at the Gunib hydroelectric station with distribution spools having different flow characteristics, of which only one had a flow characteristic that corresponded to the given one.

Регулятор с таким распределительным золотником обеспечил получение требуемых показателей точности и качества регулирования одного из гидроагрегатов с оптимальными коэффициентами ПИД-регулятора и сервопривода, установленными в процессе проектирования и отработки на математическом и полунатурном стендах без блока коррекции.A regulator with such a distribution valve provided the required accuracy and control quality indicators for one of the hydraulic units with optimal PID controller and servo coefficients established during the design and development on mathematical and semi-natural stands without a correction unit.

Попытки достичь такого же результата без введения блоков коррекции на двух других гидроагрегатах с распределительными золотниками, фактические расходные характеристики которых существенно отличались от заданных характеристик, не увенчались успехом. Точность и качество регулирования при этом снизились.Attempts to achieve the same result without the introduction of correction units on two other hydraulic units with distribution spools, the actual discharge characteristics of which significantly differed from the specified characteristics, were unsuccessful. The accuracy and quality of regulation has declined.

Применение блоков коррекции с установленными функциональными зависимостями по указанной технологии и показанное включение этих блоков в регуляторы позволило получить необходимую точность и качество регулирования этих гидроагрегатов с теми коэффициентами регулятора и сервопривода, которые были найдены при математическом и полунатурном моделировании.The use of correction blocks with established functional dependencies according to the indicated technology and the shown inclusion of these blocks in the controllers made it possible to obtain the necessary accuracy and quality of regulation of these hydraulic units with those controller and servo coefficients that were found during mathematical and semi-natural modeling.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:INFORMATION SOURCES:

1. JEC 308/1970. Международное руководство по испытанию регуляторов частоты вращения для гидравлических турбин. Выпуск 308, первое издание, 1970 г. Центральное бюро Международной электротехнической комиссии, Швейцария. Перевод КН-03748. Всесоюзный центр переводов научно-технической литературы и документации, 1987 г.1. JEC 308/1970. International Test Guide for Speed Controllers for Hydraulic Turbines. Issue 308, First Edition, 1970 Central Office of the International Electrotechnical Commission, Switzerland. Translation of KN-03748. All-Union Center for the Translation of Scientific and Technical Literature and Documentation, 1987

2. В.А.Пивоваров «Проектирование и расчет систем регулирования гидротурбин», Ленинград, «Машиностроение», 1973 г.;2. V. A. Pivovarov “Design and calculation of hydraulic turbine control systems”, Leningrad, “Mechanical Engineering”, 1973;

3. «Методы классической и современной теории автоматического управления», учебник в 3-х томах, т.2, «Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления» под ред. Н.Д.Егупова, М. Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000 г.3. "Methods of the classical and modern theory of automatic control", a textbook in 3 volumes, vol. 2, "Synthesis of regulators and the theory of optimization of automatic control systems", ed. N.D.Egupova, M. Publishing House of MSTU. N.E.Bauman, 2000

Claims

A hydraulic turbine rotational speed controller comprising a rotational speed sensor, an acceleration sensor, an integrator, a control mechanism, the outputs of which are connected through an adder to an amplifier, a spool valve connected to a servomotor, a servo motor rod position feedback sensor (constant statism), the output of which is connected to the adder, characterized in that a correction unit is additionally introduced into it, the input of which is connected to the output of the amplifier, and the output to the input of the distribution valve.