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1、微机调速器 程序开发 微机调节器自动调节部分框图 Kf 机组 频率 Kf Kf Kpg Ef Kp KdS 1+TivS Ki/S Ey/p bp/ep L A1 D/A DRI PWM BUS A/D DI BUS D/A DRI PWM BUS A1 Ky Kpg 电网 频率 频率 给定 开度 给定 功率 给定 机组 功率 协联 接力器行程 中间接力器行程 水头 机组功率 (u/N)ga (u/N)ru 人工设定水头 开环增量 Fg Fn Fc Yc Pc Pg Ypid Yp Yd Yi 人工频 率死区 永态差 值环节 人工开 度功率 死区 闭环调节的调节模式 频率调节模式 人工频率死区
2、环节切除时，Ef=0；人工开度/功率死 区环节切除时，Ey/p=0； 采用PID调节规律，即Tn0或Kd0； 在闭环调节中，将微机调节器内的导叶接力器开度值 Ypid做为反馈值，并构成调速器的静态特性 积分输入项I的表达式： I F+bpYc-Ypid 适用于机组空载运行、机组并入小电网或孤立电网运 行、机组在并入大网以调频方式运行等情况 在频率调节模式下，微机调节器的功率给定Pc（在这 种模式下，它不参与自动闭环调节）实时跟踪机组实 际功率Pg值，使得当由本调节模式切换至“功率调节 模式”时实现无扰动切换。 闭环调节的调节模式 开度调节模式（并网后的调节模式） 人工频率死区环节和人工开度/功
3、率死区环节均投入 工作，即Ef0和Ey/p0； 采用PI调节规律，即令微分环节参数Tn=0或Kd0； 在闭环调节中，将微机调节器内的导叶接力器开度值 Ypid做为反馈值，并构成调速器的静态特性 积分输入项I的表达式： I F+bpYc-Ypid 开度调节模式适用于机组并网运行、带基本负荷的情 况 在开度调节模式下，微机调节器的功率给定Pc（在这 种模式下，它不参与自动闭环调节）实时跟踪机组实 际功率Pg值，使得当由本调节模式切换至“功率调节 模式”时实现无扰动切换。 功率调节模式 闭环调节的调节模式 功率调节模式（PM） 人工频率死区环节和人工开度/功率死区环节均投入 工作，即Ef0和Ey/p
4、0； 采用PI调节规律，即令微分环节参数Tn=0或Kd0； 在闭环调节中，将被控水轮发电机组的功率Pg做为 反馈值，并构成调速器的静态特性 积分输入项I的表达式： I F+EpPc-Pg 开度调节模式适用于机组并网运行、受水电站AGC （自动发电控制）系统控制工况； 在功率调节模式下，微机调节器的开度给定Yc（在这 种模式下，它不参与自动闭环调节）实时跟踪机组的 导叶接力器开度值Yga值，使得当由本调节模式切换 至“频率调节”模式或“开度调节”模式时实现无扰 动切换。 调节模式间的转换 转换 FM 频率调节 YM 开度调节 PM 功率调节 机组开机 油开关合 功率调节 开度调节 功率传感器故障
5、 功率调节 频率超差 频率调节、油开关分 模式转换条件 机组开机进入“空载”，工况，调速器在“频 率调节”模式下工作 机组油开关投入，并入电网工作时，调速器自 动进入“功率调节”模式工作； 机组在并入电网工作的情况下，可以人为的使 调速器工作于三种中的任一种 调速器工作于“功率调节”模式时，若检测出 机组功率传感器故障，则自动切换至“开度调 节”模式下工作； 调速器工作于“功率调节”或“开度调节”模 式时，若电网频差偏离额定值过大，且持续一 段时间，则调速器自动切换至“频率调节”模 式。 微机调速器的工作状态 根据水轮机微机调速器对水轮发电机组的调节 与控制情况，可将其分为几个工作状态： 停机
6、等待 发电机组在停机状态，接收电站二次回路或机组LCu 的开机指令后，转至开机过程 内部状态：电气开限L为0（全关），导叶接力器yga 0（全关），不调用PID计算子程序；实时读入水 头H、机组功率Pg、接力器行程的信息；人机交互界 面（数字显示、发光二极管、模拟指示仪表、触摸屏、 按钮、开关等）均在正常工作状态；机械开度限制机 构一般处于全开位置。 微机调速器的工作状态 开机过程 机组在停机等待状态，在无关机指令的情况下，一接收到开机指令，即进入 开机过程 设定t=0时，接收到开机指令，则令桨叶接力器由启动开度Yru0按指定速度 关闭到全关位置（yru=0）； 导叶接力器开度yga和电气开度
7、限制L均同步开启至第一开机开度ykj1（开机 开度）（A点），导叶接力器开度yga=ykj1，并维持不动，经过一段时间， 至B点（这时频率可以可靠的测量），开始测量机组频率。一般取延时区段 515s。 设机组频率在图中C点已联系12s大于45Hz，则将电气开度限制由ykj1关至 ykj2（空载开度），调速器投入PID运算即调节，接力器在其控制下稳定于 空载开度Y0，开机过程结束，并已转入空载状态。 在开机过程中，如果出现下列情况，调速器将转入停机过程，最后进 入停机等待 开机过程中接收到停机指令 开机过程中，机组频率fg长时间小于45Hz。 运行水头变化，则相应的空载开度y0也会有变化，高水头
8、对应于小的 空载开度，低水头对应于大的空载开度。为了在水头变化时，使机组 有基本一致的开机特性，应使开机开度的取值与水头有关系。做一条 曲线，差值计算所用的开度。 微机调速器的工作状态 空载状态 空载状态由下列状态或过程转换而来 开机过程，机组频率大于45Hz 甩负荷过程，电气开限L减少至ykj2； 调相状态，发电机出口断路器断开 空载状态可以转换至其他状态 断路器合，转入负载状态 接收到停机令，转入停机过程 空载状态下，调速器的工作情况 PID投入工作 在频率调节模式下运行 电气开限L=ykj2，但可以手动增加或减少 微机调速器的工作状态 负载状态 负载状态由下列状态转换而来 空载状态，油开
9、关合 调相状态，调相指令解除 负载状态可以转换成下列状态或过程 油开关断，转至甩负荷过程 接收到调相指令，转至调相状态 接收到停机指令，转至停机过程 负载状态，调速器的工作情况 PID投入工作，可以在频率调节、开度调节、功率调节 模式下运行 由空载转来时，电气开限L立即增大至全开或运行水头 下的最大值Lm，可手动增加或减少。 微机调速器的工作状态 甩负荷过程 甩负荷过程是在负载状态下，油开关断开转 换而来。 可转换至下列状态 转至空载状态（进入本状态，首先使电气开限L等 于导叶接力器开度yga，再以一定速度使L减小， 当L=ykj2时，转至空载状态） 若接收到停机指令，则转至停机过程 甩负荷过
10、程中调速器的工作情况 PID投入工作 在频率调节模式下运行 微机调速器的工作状态 调相状态 调相状态由负载状态，接收到调相指令转换而来 可转至下列状态或过程 转至负载状态（调相指令解除，导叶接力器将导叶开启 至空载开度y0，转至负载状态） 转至停机状态（接收到停机指令，先转至负载状态，再 进入停机过程） 调相状态下，调速器的工作情况 电气开限L=0； 开度给定Yc0，且不能进行人工调整； PId投入工作 在频率调节模式下工作 微机调速器的工作状态 停机过程 各种状态或过程接收到停机指令，均转至停机过程 可转停机等待状态（电气开限L和导叶接力器开度yga 均关闭至0时，转至停机等待状态） 停机过
11、程中，调速器的工作情况 PId投入工作 在频率调节模式下工作 一般的停机特性 导叶接力器开度的关闭过程可以以直线关闭或者两段关 闭，由需要确定。 在导叶接力器按规律关闭时，桨叶接力器按协联曲线规 律朝关闭方向运动。当导叶接力器关闭至全关位置时， 调速器进入停机等待状态，桨叶接力器开始至启动开度。 微机调速器的运行方式 自动运行方式 在此运行方式下，水轮机微机调速器的闭环自动调节、被 控机组负荷的增加、减少、调节模式的选择及切换、运行 人员对调速器的监视和操作等，都是由微机调节器自动完 成的。 其机械液压系统，都是根据调节器程序运算结果，通过电/ 机转换装置，最终实现主接力器行程yga对微机调节
12、器中 Ypid的成比例跟随的。 一般情况下，机械液压开度机构，应置于全开或允许的最 大开度位置。 此时，由机械液压开度限制机构所构成的机械液压手动运 行机构处于“浮空”和不起作用的状态。 手动运行方式机械液压手动 电气手动 微机调速器的运行方式 机械液压手动运行方式 在此运行方式下，水轮机微机调速器的调节器已不再 对机械液压系统起闭环调节和控制作用，靠机械液压 手动机构（机械液压开度限制机构）来实现对机组的 控制 微机调节器对调速器手动状态进行跟踪的能力，跟踪 功能的特点如下： 实时读入导叶接力器实际行程所对应的yf值，并使PID 运算中的开度给定yc=yf，从而使得积分换的输入量为0 值 根
13、据yc=yf，对PID调节程序中的有关量赋合适的值，此 时Ypid值与实际的yf值相当。 根据这个特点，调速器由手动方式切换至自动运行方 式时，微机调速器就可以实现无扰动、平滑切换。当 然，在切换至自动运行方式时，应将机械液压开度限 制机构开启至最大开度。 程序总体框图 首次运行初始化 中断服务程序 调用通讯子程序 调用显示子程序 调用PID调节子程序 调用增加、减少子程序 调用模式、状态子程序 调用协联插值子程序 调用检错子程序 特殊模块输入输出 频率测量处理 总体框架程序 采样计算 状态识别 开 机 空 载 大 系 统 孤 网 甩 负 荷 停 机 备 用 试 验 桨叶开度计算 控制输出 进
14、入 退出 软件概要主控程序（定时 2040ms） 实现采样 控制运算 输出控制信号 软件概要人机界面程序（定 时100ms） 显示机组主要工况参数，如转速、导叶开度、桨叶开度、水头、功率 等； 显示调速系统当前工况，如大系统、孤网和空载等； 显示故障信息； 显示和修改调速器参数，如4组PID参数、永态转差系数、导叶起动开 度、桨叶起动开度、空载开度、投主控频率，人工死区等； 显示和修改关闭规律参数，如第一段关闭速度、第二段关闭速度、分 段点开度、动态最小开度等； 显示和修改协联关系参数； 显示和增减调速器给定值，如频率给定、导叶开度给定、功率给定、 导叶开度限制等； 显示和率定模拟量换算参数，
15、如导叶开度、桨叶开度和功率的变换系 数和偏差系数、导叶控制比例增益和桨叶控制比例增益等； 读入面板扳键状态，如调速器各种给定增减、孤网运行设定、手动设 定、功率调节设定等； 读入面板操作信号，如开机和停机等。 软件概要上电初始化程序 输出继电器初始化 环境检测和状态判断，主要检测导叶开 度、机组频率、发电机出口断路器状态、 面板扳键状态； 初始化前一时段变量，一般设置为零， 但Y_LAST、UI_LAST设为当前Y值， F_LAST设为当前F值，E_LAST， UD_LAST设为零； 参数初始化。 软件概要故障诊断与处理程序 测频信号消失：判断：频率信号的突变超过允许值或根 据硬件判断；处理：
16、若发电机断路器在合闸状态，发电 机频率信号消失，转用系统频率；若发电机断路器在断 开状态，发电机频率信号消失，转手动或停机或将开度 限制减少到比空载开度小的数值，保证机组处于不超过 额定转速运行；在发电机断路器处于合闸状态，且两路 频率信号均消失，转随动方式运行，即令频差为零。 导叶反馈信号消失：判断：导叶信号的突变超过允许值 或根据硬件判断；处理：若机组处于大系统运行，令D/A 输出为零，保持导叶开度不变；若机组处于空载运行， 转手动或停机。 其它故障诊断和处理。 软件概要辅助程序 事故记录程序：在发电机断路器合闸后，循环 记录转速、导叶开度等参数，在发电机断路器 跳闸后继续记录，并在一定时
17、间后停止记录。 调速器静特性试验程序：设定KP=5，KI=5， KD=0，BP=0.06，FC=1.0，C=0.5；投入主控； 用外接频率发生器进行静特性试验。 导叶转换系数率定：将导叶开至0.2附近，令 A/D读数，输入导叶开度；再将导叶开至0.8附 近，令A/D读数，输入导叶开度；程序据此确 定导叶变换系数和偏差系数。 其它转换系数率定同上。 控制流程开机 电气开限设置 MU 人工控制输出 （开机、停机、甩负荷 和备用）PID未投入 起动开度 主控频率45Hz 频率给定 开度给定 功率给定 Bp设置 频差计算公式 PID运算 积分环节输入量 进入空载状态的 Y_LIMIT=Y_START
18、MU=MU+DY_START MU=Y_START FC=1;YC=Y_NOLOAD;PC=0;BP=0 E=F-FC;PID运算;UI_LAST=Y-UP-UD; START_TO_IDLE=TRUE ISOLATED_TO_NETWORK=TRUE MUY_START FF_CONTROL CU=MU;F_LAST=F yes no yes no 进入 退出 控制流程空载 F_FOLLOW_ON FC=F_SYSTEM+DF_SYNC E=FC-F_GENERATOR MUNUAL_TO_AUTO AU=Y;UI=AU-UP-UD;UI_LAST=UI-KII*DT*E MANUAL_TO
19、_AUTO=FALSE CU=AU UI_LAST=UI;E_LAST=E; F_LAST=F PID运算(KPI,KII,KDI) yes no no 进入 退出 yes 频率测量、跟踪 偏差计算 PID运算 自动运行参数赋值（无 扰动切换） AUPID控制器 输出 UI积分控制量 UI_LAST前一 时段积分控制量 CU导叶控制器输 出 下一周期循环前的赋值 控制流程孤网 频率测量、跟踪 频差计算 NF_IS 孤网参数计数 （检错标志） E偏差 转自动运行状态，一些 参数设置，无扰动切换 F_GENERATOR_OFF DF=FC-F_GENERATORDF=FC-F_SYSTEM NF_
20、IS=0 ABS(DF)DF_NET NF_IS=NF_IS+1 E=BP*(YC-UI)+DF PID运算(KPS,KIS,KDS) CU=AU,UI_LAST=UI, E_LAST=E,F_LAST=F AU=Y,UI=Y-UP-UD,UI_LAST=UI-KIY*DT*E, MANUAL_TO_AUTO=FALSE MANUAL_TO_AUTO 退出 进入 yesno yes no yes no 控制流程并网 频率测量、跟踪 频差计算（方式） NF_NET 大网参数计 数（检错标志） E偏差 检测调速器控制模式 （积分输入量的计数不 同） 手动转自动无扰动切换 F_GENERATOR_O
21、FF DF=FC-F_GENERATORDF=FC-F_SYSTEM NF_NET=NF_NET+1 ABS(DF)DF_NET ABS(DF)DF_DEAD NF_NET=0 DF=0 POWER_ON E=BP*(YC-UI)+DF PID运算(KPY,KIY,KDY) E=BP*(PC-P)+DF PID运算(KPP,KIP,KDP) CU=AU,UI_LAST=UI, E_LAST=E,F_LAST=F AU=Y,UI=Y-UP-UD,UI_LAST=UI-KIY*DT*E, MANUAL_TO_AUTO=FALSE MANUAL_TO_AUTO 退出 进入 yesno yes no
22、yes no yes no yes no 控制流程停机 断路器状态 电气开限按一定规律 （关机规律）变化， PID控制器的输出即为 变化的电气开限 Y_LIMIT=Y_LIMIT-DY_STOP Y_LIMITYNOLOAD yes yes no no 控制流程甩负荷 两段关闭（分别有导叶 关闭速度） Y_MIN甩负荷后最 小导叶开度 F_EPS甩负荷转 为空载的频率偏差 YY12 MU=MU-DY1_REJECTIONMU=MU-DY2_REJECTION MUY_MIN MU=Y_MIN F-F_LAST0 F-F_RATEDY_LIMIT CU=Y_LIMIT CU=-0.05 CU-0.05 按CU和水头H，根据协联 关系(式1）计算ZU DY=CU-YY_DEF， DZ=ZU-Z 按Y根据式2求Y_DEF UYDA=DY*K_Y_INC+K_Y_DEV, UZDA=DZ*K_Z_INC+K_Z_DEV no no 进入 yes yes Y_LAST=Y, Y_DEF_LAST=Y_DEF 退出 ST_READY=FALSE yes ZU=Z_START no 控制流程运算公式 协联关系计 算公式 导叶反馈微 分计算公式 PID运算公式