水轮机调速器研究概述
２００９年第６期液压与气动
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水轮机调速器研究概述
张海明，林义忠，莫代新
ＳｕｍｍａｒｙｏｆＨｙｄｒｏ—ｔｕｒｂｉｎｅＧｏｖｅｒｎｏｒＲｅｓｅａｒｃｈ
ＺＨＡＮＧＨａｉ—ｍｉｎｇ，ＬＩＮＹｉ－ｚｈｏｎｇ，ＭＯＤａｉ—ｘｉｎ
（广西大学机械工程学院，广西南宁５３０００４）
摘要：水轮机调速器是水电站重要的基础控制设备，对电能品质和电站安全经济运行有直接影响。水轮机调速器的研究对水电事业的发展具有重要的现实意义。该文介绍了水轮机调速器的发展历程、研究现状、目前存在的主要问题及发展趋势。
关键词：水轮机；调速器；概述
中图分类号：ＴＨｌ３７
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０００－４８５８（２００９）０６－０００３－０３
１水轮机调速器的发展及现状
到２０世纪８０年代初世界各国都开始研制微机调速水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的器。瑞典ＡＳＥＡ公司８０年代中叶推出的ＨＰＣ６１０／６２０机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称，它调节器代表了当时国外微机调速器的发展水平，该调是水轮机控制系统的主体，它可分为机械液压调速器、速器具有优良的性能和较高的可靠性。在国内华中科电气液压调速器和数字式电液调速器等几种，数字式技大学和天津水电控制设备厂合作，率先研制成功了电液调速器又常称为微机调速器。
适应式变参数微机调速器，于１９８４年１１月在湖南欧阳最早的水轮机调速器都是机械液压调速器，它是海水电站进行了试验并投入运行，其后又与有关单位合随着水电建设发展而在２０世纪初发展起来的。它能作，开发生产了双微机单调节微机调速器和双微机双调满足带独立负荷和中小型电网中运行的水轮机发电机节微机调速器。进入９０年代，在我国新建或更新改造组调节的需要，有较好的静态特性和动态品质，可靠性的大、中型水电站中，已普遍采用微机调速器。
较高。但是，面临大机组、大电网提出的高灵敏度、高目前，国际和国内的数字式电液调速器都是采用性能和便于实现水电站自动化等要求，机械液压调速ＰＩＤ和以ＰＩＤ为基础的适应式变参数调节规律。微机器固有的采用机械液压方法进行测量、信号综合和稳调速器调节规律由ＰＩＤ型发展到多种ＰＩＤ改进型，其定调节的功能就显露出明显的缺陷。现在，新建的大发展经历了Ｚ８０单板机、单片机、ＳＴＤ总线、ＰＬＣ、工业型水轮发电机组已经不采用机械液压调速器，只有中ＰＣ等微机系列的应用过程，而单板机、单片机型逐渐小型机组特别是小型机组仍有相当一部分采用机械液被淘汰，占据市场的主要是ＳＴＤ总线和ＰＬＣ机型。
压调速器。
２０世纪８０年代以来，我国数字式电液调速器的世界上第一台电气液压型调速器于１９４４年在瑞技术性能和功能都与水轮机调节技术的国际先进水平士问世。２０世纪５０年代以后，电气液压调速器获得保持同步。在率先采用带功率开环增量环节的功率调了较广泛的应用。从采用的元件来看，它又经历了电节模式、水轮机调节系统的适应式变参数调节、伺服／子管、磁放大器、晶体管、集成电路等几个发展阶段。步迸马达电／机转换器等方面，更具有我国特色并处于调节规律由比例积分型（ＰＩ）发展到比例、积分、微分世界领先水平。国内主要的研究机构有华中科技大型（ＰＩＤ）。随着计算机技术的发展，又逐步结合经典、学、西安理工大学、重庆大学等高校科研团队和各地的
现代及智能等控制理沦。２０世纪８０年代末期，随着收稿日期：２００８—１２．１５
水轮机微机调速器的广泛采用，现在已很少生产电气基金项目：广西大学科研基金项目（Ｘ０６１１７９）
液压调速器。
作者简介：张海明（１９８１一），湖南永州人，硕士研究生，主要
第一台数字式调速器诞生在２０世纪７０年代初，
研究方向：机电控制及自动化。
万
方数据
４
液压与气动２００９年第６期
大型水电控制设备企业的研究院所。其中华中科技大学的魏守平教授所带领的团队尤为突出，１９９５年华中科技大学等单位联合研制的高可靠智能微机调速器，在国内外首次实现了调速器参数自优化和机组智能开机等功能，目前正在研制基于现场总线的全数字式电液调速器。
２调速器存在的主要问题与研究方向
水轮机调节系统是一个非线性、时变、非最小相位系统，要想保证系统在不同的工况下都具有优良的动态品质是非常困难的。近年来，研究探讨较多的也是水轮机调速器的控制策略，从常规ＰＩＤ调节，有级变参数ＰＩＤ，发展到微机调速器时代连续变参数适应式ＰＩＤ，以及自适应变结构时变参数自完善控制、模型参考多变量最优控制、最优ＰＩＤ控制、人工神经网络控制、预测控制及基因控制等新型控制策略。这些控制策略都是以经典ＰＩＤ控制为基础加以改进的，在理论研究和工程实践中对调速器的发展均起着积极的推动
作用。
２．１存在的主要问题
国内水轮机微机调速器主要有基于单片机、工控机和可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）３种类型。目前微机调速器存在的主要问题表现在以下几个方面：基于单片机的微机调速器一般均采用单片机实现，其硬件为自行设计且小批量生产制造，故元件检测、筛选、老化处理、焊接及生产工艺等都受到限制，对电磁干扰十分敏感，造成调速器可靠性难于提高。基于工控机的微机调速器，其硬件标准化程度高，软件资源丰富，有实时
操作系统支持，运行速度快，实时陛强，图文显示方便，
但装置访问时问较长，体积大，且成本高，仅适合大型机组。基于ＰＬＣ的微机调速器，虽然ＰＬＣ本身的可靠性很高，但其测频装置一般由单片机实现，由于该类调速器的测频装置存在与基于单片机的微机调速器同样的问题，从而使其可靠性受到影响。２．２调速器研究的主要方向
（１）提高可靠性调速器的可靠性一直是关注的重点，研究工作主要集中在以下几个方面：一是进一步研究各种抗干扰技术，提高硬件的可靠性；二是加强计算机软件的可靠性研究，发展软件容错技术；另外就是研究设计可靠性更高的电液随动系统。
（２）提高控制性能基于现代控制理论，加强新型控制策略的应用研究，由传统的固定参数的ＰＩ、ＰＩＤ控制发展为变参数、变结构的自适应控制规律，开发相
万
方数据角控制、非最小相位控制、大波动控制、开机过程优化控制策略，并开始探索智能控制技术在调速器中的应用，增强水轮机调节系统的稳定性和适应性，使调速器的性能更优越。
（３）增强功能，实现多目综合标控制水轮机调速器不但要能够有效的调节和控制机组，还要扩展和开发出故障自诊断功能、容错功能、内置式智能化调试试验功能等，具有运行状态在线自动监测和多项计算机辅助试验功能。在系统中引入功率信号，则可直接控制机组的功率输出，有利于发电厂负荷自动分配和自动发电控制，引入电网电压与机组电压的相位差信号，则可进行相位控制，提高机组的快速并网能力；引入水库的水头信号，则可根据当前水头信号进行负荷控制。多目标综合控制是未来调速器的必然发展趋势。
３
总结
水轮机调速器经历了机械液压调速器、电气液压调速器和数字式电液调速器三个发展阶段，基于现场总线的全数字式电液调速器是今后的发展方向。我国数字式电液调速器的技术性能和功能都与水轮机调节技术的国际先进水平保持同步，近年来研究探讨的重点是水轮机调速器的控制策略，目前，国际和国内的数字式电液调速器都是采用ＨＤ和以ＨＤ为基础的适应式变参数调节规律。新型智能调节规律的研究也在逐步展开，但至今尚处在实验研究阶段。
参考文献：［１］
魏守平．水轮机控制工程［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，２００５．
［２］魏守平，等．我国水轮机数字式电液调速器评述［Ｊ］．水
电自动化与大坝监测，２００３（５）：１—７．
［３］
魏守平，等．数字式电液调速器的微机调节器［Ｊ］．水电
自动化与大坝监测，２００３（３）：３５—３８．
［４］魏守平，等．水轮机调速器的ＰＬＣ测频方法［Ｊ］．水电能
源科学，２０００（４）：３１—３３．
［５］魏守平，等．水轮机调节系统的适应式变参数控制［Ｊ］．
水电能源科学，２００３（３）：６４—６６．［６］
魏守平，等．基于ＣＣ—Ｌｉｎｋ总线的水轮机调速器辅助控制的实现［Ｊ］．水电能源科学，２００５（８）：８１—８３．
［７］
魏守平，等．水轮机调速器的ＰＩＤ调节规律［Ｊ］．水力发电学报，２００３（４）：１１２—１１８．
［８］
于洋，等．水轮机调节系统计算机仿真研究发展综述
［Ｊ］．广西水利水电，２００４（３）：５４—５７．
［９］
南海鹏，等．基于可编程控制器的水轮机调速器［Ｊ］．中国农村水利水电，２００１（５）：５５—５７．
２００９年第６期液压与气动
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常压潜水装具水下作业工具研究
汤国伟，邱中梁，杨申申，王磊
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＴｏｏｌｓｉｎＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＤｉｖｉｎｇＳｕｉｔ
ＴＡＮＧ
Ｇｕｏ—ｗｅｉ，ＱＩＵＺｈｏｎｇ—ｌｉａｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｅｎ—ｓｈｅｎ，ＷＡＮＧ
（中国船舶科学研究中心，江苏无锡２１４０８２）
Ｌｅｉ
摘要：介绍了一种常压潜水装具，简述了它的历史发展和水下作业的几种情况，分析了其水下作业工具的类型和应用，以及研究现状，最后展望了将来水下作业工具的发展趋势。
关键词：常压；潜水装具；水下；作业工具
中图分类号：Ｕ６７６．６＋３
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０００－４８５８（２００９）０６－０００５－０３
１前言
常压潜水，即人潜人水下不受静水压的影响，装具内始终处于常压。近几年来，随着科技的飞速进步，单人常压潜水装具（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
ｄｉｖｉｎｇ
成多种水下工作，完全可以替代传统的潜水员，完成许多先前只有潜水员才能完成的复杂的水下作业。其中水下作业工具系统是ＡＤＳ工作的核心，没有它，ＡＤＳ充其量只是个观察台架而已。
２２．１
ｓｕｉｔ，以下简称
ＡＤＳ）地位Ｅｔ益提高。该类装具的特点是潜水员处于常压潜水和常压工作状态下，省去了非常压潜水装具加压、减压过程，安全可靠、事故率低。由于潜水员是处于常压和处在铝合金壳体里，故安全性更好，避免了非常压潜水因受高压环境作用而引起的各种潜水疾病和高压神经综合征，同时具有可潜深度大、环境适应性强等特点。ＡＤＳ对援潜救生、水下打捞救助、海洋调查考察、海底石油开采、江河水库堤坝检修等的发展将有深远的影响。
随着近年材料技术的发展，单人常压潜水装具的重量大大减轻，灵活性显著增强。机械手的灵敏度也有所提高，从而使潜水员进行精细程度较高的水下作业成为可能。头盔能见度清淅，视野开阔，ＡＤＳ水下能行走、俯卧和爬行。机械手配合各种专业工具能完
ＡＤＳ水下作业工具研究
水下作业情况介绍
ＡＤＳ的发展，最早从１６９０年开始的概念设计，到
１９３０年开发出比较成功的ＪＩＭ型潜水装具，直至１９９４年开发出性能优越的ＨＡＲＤＳＵＩＴ型潜水装具，已经有了３００多年的发展历史。到２００２年，美国海军已装备４套潜深达６００ｍ的ＡＤＳ，为美国海军下一代潜艇援救系统执行“快速水下评估作业”使命。
从世界各海军强国援潜救生系统的配置和多次海上援潜救生演习的情况来看，美国、英国、日本等国家
收稿日期：２００８—１２－０８
作者简介：汤国伟（１９７９一），男，江苏溧阳人，工程师，学士，主要从事水下液压技术和机械结构方面的研究、设计及开发工作。
［１０］刘毅力．基于Ｓ７－２００ＰＬＣ水轮机微机调速器的研究与开
发［Ｄ］．西安：西安理工大学，２００４．
［１５］周铁龙．水轮机调节系统建模及神经元控制研究［Ｄ］．重
庆：重庆大学，２００６．
［１１］刘明华．基于ＰＣＣ的高速开关阀控制的水轮机调速器的
研制［Ｄ］．西安：西安理工大学，２００５．
［１２］周若．水轮机微机调速器的开发和研究［Ｄ］．武汉：华中
科技大学，２００５．
［１６］黄业华．基于ＤＳＰ水轮机微机调速器的研究［Ｄ］．武汉：
武汉大学，２００５．［１７］ＩＥＥＥ
ｇｕｉｄｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｕｒｂｉｎｅｇｏｖｅｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ
ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ
ｆｏｒｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｕｎｉｔｓ［Ｃ］．ＩＥＥＥ
Ｓｔｄ１２０７—
［１３］赵彬彬．全数字式电液调速器的研究与设计［Ｄ］．武汉：
华中科技大学，２００４．
［１４］申敏．水轮机调速器的智能控制策略研究［Ｄ］．重庆：重
庆大学，２００３．
２００４，２００４：０—１—１２１．
［１８］Ｒｏｎａｔｏ
ｇｅｎｅｔｉｃ
ＡＫｒｏｈｌｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎｏｆ叩ｄｌｌｌａｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｕｓｉｎｇ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ［ｃ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＣｏｍｕｔａ－
ｔｉｏｎ，ＲｅｊｅｃｔｉｏｎＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ２００１，５（１）：７８—８２．
万方数据
水轮机调速器研究概述
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
张海明， 林义忠， 莫代新， ZHANG Hai-ming， LIN Yi-zhong， MO Dai-xin广西大学,机械工程学院,广西,南宁,530004液压与气动
CHINESE HYDRAULICS & PNEUMATICS2009(6)1次
参考文献(18条)
1.魏守平 水轮机控制工程 2005
2.魏守平 我国水轮机数字式电液调速器评述[期刊论文]-水电自动化与大坝监测 2003(05)3.魏守平 数字式电液调速器的微机调节器[期刊论文]-水电自动化与大坝监测 2003(03)4.魏守平 水轮机调速器的PLC测频方法[期刊论文]-水电能源科学 2000(04)5.魏守平 水轮机调节系统的适应式变参数控制[期刊论文]-水电能源科学 2003(03)
6.魏守平 基于CC-Link总线的水轮机调速器辅助控制的实现[期刊论文]-水电能源科学 2005(08)7.魏守平 水轮机调速器的PID调节规律[期刊论文]-水力发电学报 2003(04)
8.于洋 水轮机调节系统计算机仿真研究发展综述[期刊论文]-广西水利水电 2004(03)9.南海鹏 基于可编程控制器的水轮机调速器[期刊论文]-中国农村水利水电 2001(05)10.刘毅力 基于S7-200PLC水轮机微机调速器的研究与开发[学位论文] 200411.刘明华 基于PCC的高速开关阀控制的水轮机调速器的研制[学位论文] 200512.周若 水轮机微机调速器的开发和研究[学位论文] 200513.赵彬彬 全数字式电液调速器的研究与设计[学位论文] 200414.申敏 水轮机调速器的智能控制策略研究[学位论文] 200315.周铁龙 水轮机调节系统建模及神经元控制研究[学位论文] 200616.黄业华 基于DSP水轮机微机调速器的研究[学位论文] 2005
17.IEEE Std 1207-2004.IEEE guide for the application of turbine governing systems for hydroelectricgenerating units 2004
18.Ronato A Krohling Design of optimal disturbance using genetic algorithms 2001
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3. 江涛 国产大型冲击式机组专用调速器的研制[期刊论文]-中国农村水利水电2007(1)4. 我国水轮机调速器行业产品概况及发展趋势[期刊论文]-电器工业2002(9)
5. 尤振科 谈专用调速器在冲击式水轮机上的应用[期刊论文]-中国新技术新产品2009(2)
6. 毛羽波.朴秀日.MAO Yu-bo.PIAO Xiu-ri 三峡左岸电站调速器机械液压部分分析[期刊论文]-大电机技术2008(2)
7. 彭小东.鞠小明.Peng Xiaodong.Ju Xiaoming 水电站蜗壳当量管一种新的计算方法[期刊论文]-四川水利2010,30(3)
8. 赵喜成.燕京.Zhao Xicheng.Yan Jing 浅析调速器调节参数设定对系统稳定性的影响[期刊论文]-四川电力技术2010,33(4)
9. 回士光 水轮机调速器知识问答(七)[期刊论文]-中国水能及电气化2009(8)
10. 李红.胡梦蛟.LI Hong.HU Meng-jiao 水轮机调速器液压控制型主配压阀的自动复中[期刊论文]-水电自动化与大坝监测2006,30(1)
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1.邵宜祥.蔡晓峰.蔡卫江.张新龙 中国水轮机调速器行业技术发展综述[期刊论文]-水电自动化与大坝监测2009(6)
引用本文格式：张海明.林义忠.莫代新.ZHANG Hai-ming.LIN Yi-zhong.MO Dai-xin 水轮机调速器研究概述[期刊论文]-液压与气动 2009(6)