CS_10控制系统的计算机仿真应用实例解析.ppt

水电机组在电网中的作用，主要担负发电、调相、调峰、调频以及事故备用任务。这些机组的运行特点是开、停频繁，要求自动化程度高，以满足电网的需要。因此对机组控制系统的要求较高，控制系统性能的好坏，直接影响机组能否正常稳定运行。同时由于科学技术的进步，广泛采用新技术、新材料、新工艺，对机组进行了技术改造，运行可靠性也有了很大的提高。使得对机组控制系统乃至整个系统开展状态检修成为可能。 水轮机调速系统主要由压力引水系统、调速器电气部分、液压随动系统、水轮机、发电机、电网组成如下图所示。它是一个集水、机、电一体的综合控制系统。 水轮机调速系统计算机仿真 水轮机调速系统计算机仿真 调速器电气部分：主要实现系统的控制规律和控制算法，针对不同的过程有不同的控制策略。主要体现在不同的控制规律和不同的控制参数上，控制参数主要包含比例系数(Kp)、积分系数(Ki)、微分系数(Kd)、永态转差系数(bp)。 液压随动系统：实现电气信号向机械液压信号的转变和放大。主要包括电气-液压信号转换装置、液压放大、(导叶操作)机械手臂和位置反馈等部分，如下页图所示。 水轮机：将水能转换为机械能。 发电机：将机械能转换为电能 电网：主要是提供其他用电部门需要的能量。 水轮机调速系统计算机仿真 水轮机调速系统计算机仿真 液压随动系统分析 就液压随动系统而言，它主要由电气－液压信号转换装置、液压放大、（导叶操作）机械手臂和位置反馈等部分组成。其结构有多种形式。在此以清江隔河岩水电站1号机组的液压随动系统为例，来分析其工作原理和故障情况。 电液伺服阀是将电气信号转换成具有一定操作能力的机械液压信号，它是液压随动系统的关键部件，一般情况下以调速系统中电液伺服阀出现的故障频率最高。 电液伺服阀作为将电气信号转变为机械液压信号的装置，它有很多种类型，其中清江隔河岩水电站1号机组使用的是一种双面喷嘴挡板式电液转换器。其输出为具有一定压力的流量信号，它具有良好的动态性 能，不需要通过杠杆、引导阀等直接控制主配压阀的移动，进而控制进入主接力器的流量。 水轮机调速系统计算机仿真 电液伺服阀是一个带有死区、饱和、间隙的一阶惯性环节。Tdd电液转换器的时间常数，一般情况下Tdd很小，可以忽略不计，故可以看成一个比例环节。 主配压阀用来直接控制导叶接力器。其是一个一阶惯性环节，包含一个死区环节。 主接力器作为驱动机构，它将调速器输出的控制信号直接作用在水轮机的导叶上，控制导叶的开与关。其是一个积分环节。 电液伺服阀建模 电液转换器是将电气信号转换为阀芯的位移信号，进而转化为有一定压力的流量信号。它是调速系统中较为薄弱的环节，故障萌发率较高，故障模式如上表所示。在建模时对系统进行适当地简化。主要包含比例环节、死区、饱和、间隙和故障切换与设置函数等环节。其中可以设置故障类型，故障时间。输入为PID控制器输出的控制信号，输出为有一定压力的流量信号。其封装如下：(a) 内部模型(b) 外部封装(c) 模型外部特性图 9 电液转换器模型及其外部特性 水轮机调速系统计算机仿真 (a) 内部模型 (b) 外部封装 (c) 模型外部特性 图 9 电液转换器模型及其外部特性 主配压阀 主配压阀将阀芯的位移信号转换为过流孔的流量信号，有一定的压力，主要包含比例环节、死区、饱和、间隙和故障切换与设置函数等环节。其中可以设置故障类型，故障时间。输入信号简化为电液转换器的输出开口的大小即阀芯的位移信号。输出为有一定压力的流量信号，用于驱动主接力器。其封装如下：(a) 内部模型(b) 外部封装(c) 模型外部特性图 10 主配压阀模型及其外部特性  水轮机调速系统计算机仿真 (a) 内部模型 (b) 外部封装 (c) 模型外部特性 图 10 主配压阀模型及其外部特性 主接力器 主接力器是将压力油信号转换为机械手臂的位移信号，用于驱动导叶的开关。主要包含积分环节、饱和、间隙和故障切换与设置函数等环节。其中可以设置故障类型，故障时间。输入信号简化为主配压阀输出的压力油。输出为机械手臂的位移信号，用于驱动导叶的开关。其封装如下: (a) 内部模型(b) 外部封装(c) 模型外部特性图 11 主接力器模型及其外部特性 水轮机调速系统计算机仿真 (a) 内部模型 (b) 外部封装 (c) 模型外部特性 图 11 主接