武汉三联水电控制设备有限公司
(1)．内部计算值：频差 △F(K)=F电网－F机组 分辨率500/HZ，25000对应50HZ PID计算最大值32767对应100％输出，计算系数 32767/25000=1.31 (2)．输入值： bp扩大100倍 bp=bp′/100
bt扩大100倍 bt=bt′/100 Tn扩大10倍 Tn=Tn′/10 Td扩大1倍 Td=Td′
(3)．算法： 运算周期取 T＝0.04秒，微分时间常数T1V取7*T 即T1V =7*0.04=0.28
比例项：△YP(K) ＝1.31(Td+Tn)*[ △F(K)- △F(K-1)]/( bt*Td)
＝13.1(10Td′+Tn′)*[ △F(K)- △F(K-1)]/( bt′*Td′)
积分项：△YI(K) ＝1.31 T *{ △F(K)＋bp*[YYG(K)－Y(K－1)]/ 1.31}/( bt*Td)
＝5.24*{ △F(K)＋bp′*[YG(K)－Y(K－1)]/ 131}/( bt′*Td′)
微分项：YD(K)＝T1V* YD(K-1) /{( T+ T1V)+1.31 Tn/ [bt*( T+ T1V)]} *[ △F(K)-
△F(K-1)]
＝(7/8)* YD(K-1) +(41Tn′/ bt′)*[ △F(K)- △F(K-1)]
开度给定项：△YG(K) ＝YG(K) - YG(K-1)
PID控制输出：Y(K)=YPIYG(K-1)+ 13.1(10Td′+Tn′)*[ △F(K)- △F(K-1)]/( bt′
*Td′)
+5.24*{ △F(K)＋bp′*[YYG(K)－Y(K－1)]/
131}/( bt′*Td′)
+(7/8)* YD(K-1) +(41 Tn′/ bt′)*[ △F(K)- △
F(K-1)]
+ [YG(K) － YG (K-1)]
当△F(K) >Ef为频率调节，当△F(K) 其中： KP为以比例阀电转控制的系统放大系数（开、关的放大系数不同） K1为比例阀电转的主配位置放大系数 KD为以数字阀电转控制的系统放大系数（开、关的放大系数不同） Y(K)为当前PID控制输出值，Ya(K) 为当前实际导叶开度值 Yz(K) 为以比例阀电转控制的主配位置反馈值 第 31 页 武汉三联水电控制设备有限公司 多点偏差增益控制法：利用高速开关非线性控制PWM方式，将系统状态的运动轨迹驱动 到预先确定的滑行面（开关面）上，系统状态在这个滑行面上滑行至系统的平衡点。 基本原理：根据系统状态和某些预先确定的超平面之间的关系来改变系统控制结构，当系统（受控对象）状态穿越系统状态方向空间的预先设定的切换超平面时，控制系统从一个结构自动转向另外一个确定的结构，以保证系统状态变量达到并约束在给定的滑模流形上，并使之自始自终沿着滑模流形滑行至系统状态空间的平衡点，从而使系统达到某个期望的指标。 依据偏差和偏差变化率来调整输出的多点偏差增益控制法；系统的运行特性表征为系统偏差及偏差变化率的大小。将系统偏差及偏差变化率的大小各自进行分类。这样的组合变化就有多种情况,每种情况都代表系统的一种工况。根据工况的不同采用相应的控制策略。根据这些由偏差、偏差变化率的组合而形成的多种工况采取相应的控制策略, 及时向控制对象进行增益增加 或减少,从而达到控制目的和跟 踪性能要求。而每一时刻仅对应一种控制策略;因此根据偏差和偏差率实时变化所确定的工况,不断在多种控制策略中切换,直至系统的偏差被控制在预定的范围内。 浆叶协联函数发生器 调速器可预置15条水头的协联曲线，每条曲线按导叶开度间隔10%取11点，按水头大小从小到大将协联曲线关系图中选定的15条水头列于表中，按当前水头值和当前导叶开度采用插值计算浆叶协联开度。 若机组设计协联曲线不足15条，不足部分按最高水头曲线处理。 四 典型调速器产品介绍 根据不同的标准，有很多种调速器类型。在此我们主要根据电液转换环节的区别， 第 32 页 武汉三联水电控制设备有限公司 主要介绍几种基本的调速器类型。 4.1 数字式调速器 数字式调速器广泛应用于小型混流式水轮机组和冲击式水轮机组。本系列调速器的额定（常规）工作油压为2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa；高油压为16.0 MPa。采用换向阀结构作为液压放大级，有16mm、25mm通径两个型号，根据最大通油量的不同来对不同容量的接力器进行控制；对于大型的数字式调速器，采用插阀装阀结构作为液压放大级，一般为32mm通径。 采用全数字高速电子球阀组成机械液压系统的手动或者自动的前置级，高速电子球阀可实现手动调节和自动控制。其速动性好、机械防卡性能好、对油质要求低、油过滤>140μ，静态无油耗、无机械零位调整和飘移。性能可靠、死区小、灵敏度高、安装调试方便、免维护。 采用脉冲控制控制电磁数字球阀，输出高电平和低电平控制线圈动作和复位，从而控制油路（包括开方向和关方向）的通和断。 随着液压技术的发展，高速数字球阀成为近年来液压传动领域中发展起来的一种新的液压元件，它具有工作压力高，密封性能好，换向频率高（≤3ms），可靠性高，寿命长。 它采用钢球线接触形式密封，抗油污和防卡能力强它是一般先导控制和小功率液压控制回路最理想的元件。因此用它作为前置级控制的调速器机械液压系统由三联公司在98年率先推出，并获得国家专利，它采用非线搭叠窗口和脉冲补偿的结构，无油压冲击，动作平稳可靠。 高油压型数字式调速器压力油源采用蘘式蓄能器蓄能，不需要另设高压压缩空气系统对调速器进行充气和补气，高压气罐引进美国巴克公司技术。油压装置、调速器电气、机械液压部分组合成一体。调速器的性能优良、可靠性高、检修维护方便，能够适合大、小电网等各种运行工况。 4.2 步进式调速器 4.2.1 产品简介 步进式水轮机调速器适用于大中型混流式、轴流式、贯流式水轮发电机组的自动调节与控制。本系列调速器的额定工作油压为2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa，主配压阀直径为80mm、100mm、150mm、200mm、250 mm。它能使水轮发电机组在各种工况下稳定运行， 第 33 页 武汉三联水电控制设备有限公司 可实现机组的自动或手动开、停机，并网运行，调节机组负荷，事故紧急停机等。 机械部分主要包括无油电－位移转换机构、机械手动操作机构、引导阀、主配压阀、紧急停机电磁阀组成无明管、静态无油耗的PWM脉宽控制型式。 BWT型为单调节型。只有导叶控制部分,BW(S)T型为双重调节型，具有导叶控制和桨叶控制两部分，二者之间由电气协联。机械部分不设协联装置，二者原理和结构基本相同。其中导叶控制部分具有紧急停机装置，并可根据用户要求提供分段关闭装置。而桨叶控制部分没有紧急停机装置和分段关闭装置。 其工作原理如下： 电信号与接力器位置反馈信号在综合放大器内比较并放大，输出PWM信号，步进电转旋转的角度使滚珠丝杆付产生与其成比例的位移，由于电液转换器与引导阀直接连接，引导阀同时产生位移并通过液压放大器使主配压阀活塞也产生相应的位移，主配压阀因此向主接力器配油并使之移动，直到主接力器位置信号与电气的信号数值相等为止。 4.2.2系统结构 1）结构说明 机械部分主要包括电转机构、机械手动操作机构、引导阀、主配压阀、紧急停机电磁阀等组成无明管、无杠杆、静态无油耗、切换无扰动、直连结构型的机械液压随动系统。 2）无油单簧自复中电-位移转换器 电-位移转换器是水电站调速器中联接电气部分和机械液压部分的关键元件。将电机的转矩和转角转换成为具有一定操作力的位移输出，并具有断电自动复中回零的功能。它的作用是将调节器电气部分输出的综合电气信号转换成具有一定操作力和位移量的机械位移信号，从而驱动末级液压放大系统，完成对水轮发电机组进行调节的任务。 该装置包括筒体，与筒体连接的电机，电机轴通过连结装置与滚珠丝杆副穿入筒体中，滚珠丝杆通过丝杆螺母与联结套连接。联结套穿过两彼此分开的具有一段行程的弹簧套，复 中弹簧设在弹簧套中，筒体设有两弹簧套的限位装置。电一位移转换过程由纯机械传动 第 34 页 武汉三联水电控制设备有限公司 完成，滚珠丝杆运动灵活、可靠、摩擦阻力小，并且能可逆运行。传动部分无液压件，无油耗。 采用弹簧力直接作用在高精度大导程滚珠丝杆上，当电源消失后,能迅速使联接套回到中位,使与之相连的主配引导阀自动准确回复到中间位置,保持接力器在原开度位置不变。复中机构仅为一根弹簧, 结构简单,动作可靠,调节维护方便。 3) 步进电机与驱动器 (1) 连线 驱动器与步进电机的连线必须按图接好，线的颜色不能接错。 (2）驱动器供电 驱动器的供电电源为＋24V,电流为3A，当驱动器的供电电源消失后，步进电机处于自由状态，复中弹簧张力作用于上、下弹簧套限位复中。这时，可以 人为操作电机上的手柄来控制机组接力器的开、关。 (3）电机的控制 由调速器电气系统输出高、低电平开关信号到驱动器的正转/反转端，使步进电机正、反方向的旋转控制接力器的开或关。输出脉宽调制信号占空比PWM到驱动器的停止/运行端，控制步进电机的旋转角度来调节接力器的速度。驱动器的速度控制端加一恒定的电压2V-3.5V控制步进电机的最高转速。 (4）驱动器的调整 调整驱动电流的拨码开关出厂已经调好不需要调整。 * 运行电流：顺时针逐渐增大，决定步进电机旋转时的扭力，一般调到8刻度左右。 * 停止电流：顺时针逐渐增大，决定步进电机停止时的扭力，一般调到8刻度左右。 * 高速：顺时针逐渐增大，决定步进电机的高速特性，一般调到4刻度左右。 * 低速：顺时针逐渐增大，决定步进电机的低速特性，一般调到4刻度左右。 * 响应：顺时针逐渐增大，决定步进电机由静止到最高速的时间，一般调到2－4刻度。 在稳态接力器不动的工况下，微调驱动器低速及响应电位器使得步进电机上的操作手柄有明显的微微颤动，以克服机械响应的滞后和死区。 第 35 页