水輪機自動調(diào)節(jié)

前言

自詹姆斯·瓦特發(fā)明蒸汽機離心式調(diào)速器以來，水輪機調(diào)速器經(jīng)歷了100多年的發(fā)展歷史。特別是電子技術(shù)與計算機技術(shù)的采用，使水輪機調(diào)速器的實現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)生了很大的變化；同時也為新的控制理論與方法提供了很好的手段與平臺。近20年來，微機調(diào)速器已在水電站中得到了廣泛的應(yīng)用。為適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，為貫徹落實教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》的精神，加強教材建設(shè)，在教育部高等學(xué)校能源動力學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會的組織與指導(dǎo)下，新編了本教材。隨著教育體制的改革，近幾年高等學(xué)校在不斷調(diào)整和設(shè)置新的學(xué)科專業(yè)，努力拓寬專業(yè)口徑，適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展對人才的需求，對相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)安排作了很大變動。為滿足新形勢下水利水電類專業(yè)和能源動力類專業(yè)對水電機組控制課程的需要，本書反映了水電控制設(shè)備設(shè)計、制造和運行的新技術(shù)與新進(jìn)展，介紹了水輪機控制系統(tǒng)的研究成果。在專業(yè)術(shù)語和符號定義上除少量沿用習(xí)慣外，盡量采用IEC和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的定義?，F(xiàn)代水輪機微機調(diào)速器可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，除完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)外，還可實現(xiàn)開度控制、功率控制、水位控制、流量控制、效率控制、開停機過程控制等功能?，F(xiàn)在的調(diào)速器與其字面上的“調(diào)速”功能已相差甚遠(yuǎn)。因此，在國際電工委員會IEC61362-1997《水輪機控制系統(tǒng)規(guī)范導(dǎo)則》新的規(guī)范中，把原來的“水輪機調(diào)速系統(tǒng)”更名為“水輪機控制系統(tǒng)”，我國最新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T9652-2007也將原來的“水輪機調(diào)速器與油壓裝置”改為“水輪機控制系統(tǒng)”。但是，“水輪機控制系統(tǒng)”又與“水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)”容易發(fā)生混淆，所以本教材仍沿用傳統(tǒng)的“調(diào)速器”名稱，它簡單明確地表明了“水輪機控制系統(tǒng)”的基本作用就是“調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)速”，又便于區(qū)分、符合習(xí)慣。同時，現(xiàn)代水輪機的調(diào)節(jié)任務(wù)又是由控制裝置自動完成的。因此，本書定名為“水輪機自動調(diào)節(jié)”。

內(nèi)容概要

本書全面介紹了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)、組成與工作原理，深入分析了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作特性與機組并列運行特性；詳細(xì)討論了水輪機微機調(diào)速器的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、頻率測量方法、控制算法、調(diào)節(jié)模式與實現(xiàn)方法，介紹了不同型式的液壓隨動系統(tǒng)與油壓裝置；建立了水輪機系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型；討論水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性與分析方法及參數(shù)整定，調(diào)節(jié)保證計算與調(diào)速設(shè)備選擇，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)整試驗與常見故障分析；引入MATLAB及其工具箱，介紹了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)計算機仿真與大波動過渡過程計算?！　”緯勺鳛槟茉磩恿︻惻c水利水電類專業(yè)的本科生教材，也可供其他相關(guān)專業(yè)和從事水電控制設(shè)備研究、設(shè)計、制造、安裝調(diào)試與運行的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

序 前言 第1章 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本原理 　1.1 水力發(fā)電控制 　1.2 水輪機調(diào)節(jié)動作原理 　1.3 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成與特點 　1.4 調(diào)速器的分類與發(fā)展 第2章 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作分析 　2.1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要元件特性 　2.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性及動作過程分析 　2.3 機組并列運行靜態(tài)分析 　2.4 調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)與靜態(tài)特性指標(biāo) 　2.5 電氣調(diào)速器主要環(huán)節(jié)特性 第3章 水輪機微機控制技術(shù) 　3.1 概述 　3.2 微機調(diào)速器硬件結(jié)構(gòu)與工作原理 　3.3 微機調(diào)速器的頻率測量 　3.4 微機調(diào)速器的控制算法 　3.5 微機調(diào)速器的調(diào)節(jié)模式與控制軟件 　3.6 微機調(diào)速器的實現(xiàn) 第4章 水輪機調(diào)速器伺服系統(tǒng)與油壓裝置 　4.1 液壓放大元件 　4.2 電液轉(zhuǎn)換器伺服系統(tǒng) 　4.3 電液比例閥伺服系統(tǒng) 　4.4 電機式伺服系統(tǒng) 　4.5 電磁換向閥伺服系統(tǒng) 　4.6 導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置 　4.7 事故配壓閥 　4.8 油壓裝置 第5章 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 　5.1 調(diào)速器數(shù)學(xué)模型 　5.2 引水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 　5.3 水輪機數(shù)學(xué)模型 　5.4 發(fā)電機負(fù)載數(shù)學(xué)模型 　5.5 水輪發(fā)電機組數(shù)學(xué)模型 第6章 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性 　6.1 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性 　6.2 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析 　6.3 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定 第7章 調(diào)節(jié)保證計算及設(shè)備選擇 　7.1 調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù)及標(biāo)準(zhǔn) 　7.2 水擊壓力上升計算 　7.3 轉(zhuǎn)速上升計算 　7.4 改善大波動過渡過程的措施 　7.5 調(diào)節(jié)保證計算步驟與實例 　7.6 調(diào)節(jié)設(shè)備選擇設(shè)計 第8章 水輪機謂葦系統(tǒng)計算機仿真 　8.1 MATLAB及其控制系統(tǒng)工具箱 　8.2 Simulink與水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真 　8.3 S—函數(shù)及其應(yīng)用 　8.4 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)大波動過渡過程仿真 第9章 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的試驗與故障分析 　9.1 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要試驗 　9.2 微機調(diào)速器的整機調(diào)整 　9.3 微機調(diào)速器的靜態(tài)特性試驗 　9.4 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性試驗 　9.5 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障分析 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（3）建立時間。建立時間是指從數(shù)字輸入端發(fā)生變化開始，到模擬輸出穩(wěn)定在額定值的±1／2LSB時所需的時間。在實際應(yīng)用中，要正確選擇D／A轉(zhuǎn)換器，使它的轉(zhuǎn)換時間小于數(shù)字輸入信號發(fā)生變化的周期。（4）轉(zhuǎn)換速率。D／A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率是指大信號工作狀態(tài)下模擬輸出電壓的最大變化率。轉(zhuǎn)換速率反映了電壓型輸出轉(zhuǎn)換器中輸出運算放大器的特性。（5）信噪比。轉(zhuǎn)換器輸出信號中的隨機干擾成分稱為噪聲，用規(guī)定頻率范圍內(nèi)的諧波總有效值來度量。在轉(zhuǎn)換器輸出端測得的信號與噪聲之比稱為信噪比（signal Noise Ratio，簡稱SNR）。這里信號指基波信號幅值的有效值。在微機調(diào)速器中，輸出的模擬信號為導(dǎo)葉開度控制信號，一般為經(jīng)控制規(guī)律計算后得出的導(dǎo)葉應(yīng)開至的位置；或計算出的導(dǎo)葉開度與實際導(dǎo)葉開度的偏差信號。對于雙調(diào)整的調(diào)速器，輸出的模擬信號還有槳葉角度控制信號，一般為經(jīng)協(xié)聯(lián)計算后得出的槳葉應(yīng)開至的位置；或計算出的槳葉角度與實際槳葉角度的偏差信號。具體情況與隨動系統(tǒng)形式有關(guān)，相關(guān)內(nèi)容見本書第4章。3.2.3.4頻率量測量回路發(fā)電機組頻率信號（轉(zhuǎn)速）是水輪機調(diào)速器的反饋控制參量。頻率測量是水輪機微機調(diào)速器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有關(guān)頻率信號的測量方法見3.3，這里主要介紹頻率信號測量的硬件處理電路。如圖3.7所示，在水輪機微機調(diào)速器中，測量的頻率信號有機組頻率與電網(wǎng)頻率，機組頻率信號可取自發(fā)電機機端電壓互感器（TV），稱為殘壓測頻；也可取自安裝在發(fā)電機主軸上的專用測速齒盤，稱之為齒盤測頻。電網(wǎng)頻率信號來自發(fā)電機出口斷路器外側(cè)的電壓互感器（TV）。

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