第一章
1.水轮机调节的任务
根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速（频率）在规定范围内，或按某一预定的规律变化．
2.为什么要对水轮机进行调节？通过什么途径进行调节？
电网负荷一直在变化，负荷的变化导致频率的变化，要维持频率在一定范围内，必须对机组进行调整。利用调速器调整机组转速。
3.水轮机调节的特点
1．水轮机调速器必须具备有足够大的调节功
2．液压元件的调节滞后易产生过调节，不利于调节系统的稳定
3．水击的反调效应恶化调节系统品质,限制了接力器的开关操作速度
4．有些水轮机调速器还具有双重调节机构，从而增加了调速器结构的复杂性 5．具有越来越多的自动操作和自动控制功能
4.什么是水轮机调节系统，什么是水轮机控制系统，二者有什么区别？
水轮机调节系统是由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环控制系统；
水轮机控制系统是用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差，并将它们按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统．一般指由水轮机调速器与油压装置所构成的系统。
5.什么是水轮机调速器，调速器的典型系统结构有哪些？
由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称． 调速器通常由测量、综合、放大、执行和反馈等元件组成。
6.调速器有哪几种分类方法？具体是怎么分的？
1. 按工作容量分：
特小型调速器，小型调速器，中型调速器，大、巨型调速器 2. 按供油方式分： 1）通流式调速器
2）压力油罐式调速器，压力油罐式调速器又分为组合式和分离式 3. 按调节机构数目分：
单调节调速器，双重调节调速器 4.按元件结构不同分：
机械液压型和电气液压型，电气液压型又分为模拟型电气液压调速器和微机型电气液压调速
器
5.按调节规律不同分： PI调速器和PID调速器 6.按反馈位置不同分：
辅助接力器型中间接力器型和电子调节器型
第二章
1.衡量水轮机的动态性能指标有哪些？
(1)调节时间Tp: 从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进人新的平衡状态为止所经历的时间。△=±0.2%
(2)最大偏差△nmax: 第一个波峰值，常用相对值表示。
(3)超调量δ: δ为第一个负波峰值占最大偏差的百分比表示．
(4)振荡次数X:以调节时间内出现的振荡波峰波谷个数之和的一半表示。 (5)衰减度Ψ:以第二个波峰与第一个波峰幅值之差的相对值来表示。
2.水轮机的静特性为什么要实现有差和无差？有差静特性和无差静特性是怎么定义的？
采用无差静特性时，系统频率与各机组无差静特性没有一个明确的交点，增减任意一台机组的负荷会导致机组间负荷出现“拉锯现象”。
3.调节系统的调差率和永态转差系数各是如何定义的？两者之间有何区别和联系？
1.在一定范围内ep受bp控制，bp↑↓=>ep↑↓ 2.ep≠bp,一般有：ep 4.水轮机调速器的转速死区的基本含义是什么？过大的转速死区对水轮机调节系统的特性有何不利影响？ 死区的含义：指令信号恒定时，不引起调节作用的两个被调量（转速值）相对偏差的最大区 ix?x1?x2?间． 死区的影响： 会使调节系统保持频率恒定的质量下降 使机组间负荷分配误差加大 不利于调节系统的稳定 n1?n2nr5.当机组并网运行时，若系统负荷发生变化，各机组承担的 变动负荷和系统的同步转速变化有何规律？ 1.当系统机组台数、容量及调差率一定时，各台机组调节结束后承担的变动负荷与其额定出力成正比。 2.与其调差率成反比。 3.机组转速（系统频率）的变化与各机组的Pr/ep值之和成反比。 4.各台机组调节结束后承担的变动负荷与系统频率变化成正比。 6.当机组并网运行时，若系统频率发生变化，各机组承担的变动负荷会如何变化？ 7.何为一次调频，何为二次调频，简述调节过程。 一次调频：电网中各机组调速器根据频率变化自动调整机组的有功功率输出并维持电网的有功功率平衡，使电力系统的频率保持基本稳定。 二次调频：在一次调频基础上重新分配各机组承担的负荷，使电网频率保持在规定范围内。 调速器的作用：接受来自电网调度中心的负荷指令，通过一次调频和二次调频来平移调频机组的静态特性，调节水轮机组有功功率输出，维持机组转速基本恒定，或转速波动保持在规定范围内。 8.Td、bt、bp、Tq等的定义与物理含义。 Td:缓冲时间常数，为缓冲装置将来自主接力器位移的反馈信号按指数衰减的时间常数。 bt:暂态转差系数（缓冲强度），假定缓冲器不起衰减作用,主接力器走完全行程引起的反馈 量折算为转速变化的相对值。 bp:永态转差系数，调速器静特性斜率的负数.接力器走完全程，通过调差机构引起的针塞位 移量，折算成转速变化的百分数。 Tq:接力器不动时间,被调量或指令信号按规定形式变化起至引起主接力器开始移动时刻止 的时间． 第三章 1.水轮机微机调速器的主要特点是什么？ (1)调节规律由软件实现，不仅可以实现PI、PID调节规律，还可实现其它复杂的调节规律，如前馈控制、预测控制、自适应控制与最优控制等，为水轮机调节系统性能的进一步提高创造了条件。 (2)采用了性能优越、可靠性高的计算机硬件，再加上灵活的的控制规律，保证了水轮机调节系统具有更加优良的静态、动态特性和高的可靠性。 (3)控制功能日益完善，具有灵活性大、调试维护方便、调节性能好、控制功能强等特点。除常规的频率跟踪、功率跟踪、无扰动手自动切换功能外，还有按水位设定启动开度、空载 开度功能、容错控制功能、故障诊断功能等。 (4)采用了新型的电液转换元件，解决了电液转换器因油污而发卡的问题、提高了抗油质污染的能力，机组运行的可靠性得到很大提高。 (5)电液随动系统取消机械杠杆机构，消除了死行程，定位精度高、响应速度快、结构紧凑简单和维护方便。 (6)易于实现与厂站级计算机监控系统的通讯接口和远方控制，可实现全厂的综合控制，提高水电厂的综合自动化水平。 优点：⑴.采用先进的控制策略，使水轮机调节系统具有更加优良的静态，动态性能；⑵.软件实时性与灵活性强，从而使微机调速器功能完善；⑶.参数调节方便，运行状态显示清晰直观；⑷.稳定性好，可靠性高；⑸.可以实现全厂的综合控制，提高水电厂自动化水平。 2.水轮机微机调速器的主要功能有哪些？ ① 接受操作命令，实现水轮发电机组的开机控制。 ② 频率测量与调节功能。测量水轮发电机组的频率（转速），并与给定的频率值（转速） 进行比较，实现对机组频率（转速）的闭环控制。 ③ 接受控制命令，实现对机组频率（转速）的调整。 ④ 测量电网的频率，实现对开机并网过程中机组频率的自动调节，以达到快速满足同 期并网的条件。 ⑤ 自动调整与分配负荷的功能。机组并网后，按照永态差值系数的大小，根据机组频 率与给定频率的差值自动调整水轮发电机组的出力，实现电网的一次调频。 ⑥ 接受控制命令，实现对机组所带负荷的调整。 ⑦ 接受操作命令，实现水轮发电机组的停机控制。 ⑧ 接受操作命令，实现水轮发电机组的发电转调相控制。 ⑨ 接受操作命令，实现水轮发电机组的调相转发电控制。 ⑩ 测量导叶开度，实现对导叶反馈断线的判断与容错；或/和根据实际导叶开度与计算 出的控制输出的差值对电液随动系统进行控制，实现对导叶开度的调整，达到改变机组频率或出力的目的。 ? 对双重调整的调速器，测量浆叶角度，实现对浆叶反馈断线的判断与容错；或/和根 据实际浆叶角度与计算出的控制输出的差值对电液随动系统进行控制，实现对浆叶角度的调整。 ? 测量水轮机的水头，根据当前水头实现开机过程的最优控制与负荷限制（按水头自 动修正启动开度、空载开度和最大开度限制）。对双调整的调速器还根据当前水头实现协联工况运行。 ? 根据运行方式的不同，对带基荷的机组，在并网时实现开度控制。 ? 测量机组的出力，根据运行方式的不同，对带基荷的机组，在并网时实现有功负荷 控制。 ? 手动运行时，自动跟踪当前的导叶开度值，实现从手动到自动的无扰动切换。 ? 对主要器件和模块进行检测与诊断，实现容错控制功能与故障自诊断功能。 ? 紧急停机功能。遇到电气和水机故障时，上位机发出紧急停机命令，实现紧急停机。 ? 主要技术参数的采集和显示功能。自动采集机组和调速器的主要技术参数，如机组 频率、电力系统频率、导叶开度、调节器输出值和调速器调节参数等，并有实时显示功能。 ? 对于多机系统，完成相互的自动跟踪与无扰动切换。 3.简述水轮机微机调速器的硬件构成？ 主机系统，模拟量输入通道与接口，模拟量输出接口与通道，开关量输入通道及接口，开关量输出通道及接口，频率信号测量回路，人机接口，通信接口与供电电源模块等几部分。 4.在水轮机微机调速器中，常用的有哪几种频率测量方法，各有何特点？ １．频率变送器法 ２．直接数字测频法 （１）计数法:在设定时间内测量被测信号的脉冲个数。 （２）计时法:通过对基准时钟信号进行计数，测出两个相邻被测信号脉冲的时间间隔，即被测信号的周期进行间接测频。 （３）计时计数法:当被测信号周期较短时，采用计时法误差大。可采用多周期测量方法以提高测量精度。 5.在水轮机微机调速器中，为什么采用PID控制算法，比例、积分、微分对动态与静态过程有何影响？ 静态： 在系统稳定的前提下，加大Kp可以减少静态误差，但不能消除静态误差。 积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度，但若KI太大，系统可能会产生震荡，影响系统的稳定性。 KD的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的 修正作用，有助于增加系统的稳定性。 动态： KP加大，将使系统响应速度加快，KP偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；KP偏 小时，又会使系统的响应速度缓慢。 对于合适的KI值，可以减小系统的超调量，提高了稳定性，引入积分环节的代价是降低系统的快速性。 KD的增加可以改善系统的动态特性，加快系统响应速度，减少调节时间。 6.微机调速器有哪几种工作状态？ 停机状态、空载状态、发电状态、调相状态 7.微机调速器有哪几种调节模式？各有何特点？ 1.频率调节模式（转速调节模式）（FM） 频率调节模式适用于机组空载自动运行，单机带孤立负荷或机组并入小电网运行，机组并入大电网作调频方式运行等情况。 ① 人工频率死区，人工开度死区和人工功率死区等环节全部切除； ② 采用PID调节规律，即微分环节投入； ③ 调差反馈信号取自PID调节器的输出y，并构成调速器的静特性； ④ 微机调速器的功率给定实时跟踪机组实时功率P，其本身不参与闭环调节。 ⑤ 在空载运行时，可选择系统频率跟踪方式，图中K1置于下方，bp值取较小 值或为0。 2.开度调节模式（YM） 开度调节模式是机组并入大电网运行时采用的一种调节模式。主要用于机组带基荷动运行工况。 ① 人工频率死区，人工开度死区和人工功率死区等环节均投入运行； ② 采用PI控制规律，即微分环节切除； ③ 调差反馈信号取自PID调节器的输出y，并构成调速器的静特性； ④ 微机调节器通过开度给定cy变更机组负荷，而功率给定不参与闭环负荷调 节，功率给定cP实时跟踪机组实际功率，以保证由该调节模式切换至功率调节模式时实现无扰动切换。 3.功率调节模式（PM） 功率调节模式是机组并入大电网后带基荷运行时应优先采用的一种调节模式。 ① 人工频率死区，人工开度死区和人工功率死区等环节均投入运行； ② 采用PI控制规律，即微分环节切除； ③ 调差反馈信号取自机组功率P，并构成调速器的静特性； ④ 微机调节器通过功率给定cP变更机组负荷，故特别适合水电站实施AGC功 能。而开度给定不参与闭环负荷调节，开度给定cy实时跟踪导叶开度值，以保证由该调节模式切换至开度调节模式或频率调节模式时实现无扰动切换。 4.调节模式间的相互转换 8.为什么要进行桨叶与导叶的协联？ 为了使系统稳定，高效，对可以调节的部分进行调节时符合的一定关系。作用:增加水轮机的高效率区的宽度，以适应负荷的变化。 第五章 1.分别写出辅助接力器，中间接力器与调节器型接力器的数学模型？ Gr(s)?Tds?1Ty1TyTdb??T?s3??y1?Td?Tys2?[Ty?(bt?bp)Td]s?bp?b??辅助接力器： 若令Ty1?0，则有中间接力器：若令Ty1?0，则有 Gr(s)?Tds?1TyTds2?[Ty?(bt?bp)Td]s?bp， Gr(s)?(Tds?1)/{Ty1TyTds3?[Ty1Td?Ty1Ty?(bp?bt)TdTy]s2?[Ty1?(bp?bt)Td?bpTy]s?bp}Gr(s)?Td(s)?1[(bt?bp)Tds?dp](Tys?1) ， 调节器型接力器： KDs2?Kps?KIGr(s)?1bp[KDs2?(Kp?)s?KI](Tys?1)bp 2.开度调节模式下调速器的数学模型与频率调节模型下有什么不同？ 开度调节模式采用采用PI控制规律，即微分环节节除，微机调节器通过开度给定cy变更机组负荷，而功率给定不参与闭环负荷调节。频率调节模式采用PID调节规律，即微分环节投入，微机调速器的功率给定实时跟踪机组实时功率P，其本身不参与闭环调节。 3.缓冲型调速器与并联PID调速器的参数间有何关系？ KP?Td?TnT1，KI?，KD?dbTbTbttdtd 4.引水系统的数学模型？何为水流惯性常数？其对调节系统有何影响？ Gh(s)?H(s)??hwTrs??Tws Q(s)Tw? 压力引水管道中的水流在额定水头Hr作用下，流量从零增加到Qr所需的时间，也就是表示压力引水管道中水流惯性的大小.是指在额定工况下，表征过水管道中水流惯性的特征时间常数，反应了水击的严重程度。 在压力管道内引起压力上升或降低，这种现象称为水击。 L0QrgAHr5.水轮机的数学模型？其中的各传递系数是何意义？ ey??mt?mt(M2?M1)Mr???y?y(a2?a1)aM：表示转速和水头不变时，水轮机相对力矩与相 对开度关系曲线的导数。 eqy??q?q(Q2?Q1)Qr???y?y(a2?a1)aM：表示转速和水头不变时，水轮机相对流量与相 对开度关系曲线的导数。 ex??mt?mt(M4?M3)Mr???x?x(n4?n3)nr：表示导叶开度和水头不变时，水轮机力矩与转 速关系曲线的导数。 eqx??q?q(Q4?Q3)Qr???x?x(n4?n3)nr：表示导叶开度和水头不变时，水轮机流量与转 速关系曲线的导数。 ?mt?mt(M4?M3)Mreh????h?h(H4?H3)Hr头关系曲线的导数。 ：表示导叶开度和转速不变时，水轮机力矩与水 eqh??q?q(Q4?Q3)Qr???h?h(H4?H3)Hr：表示导叶开度和转速不变时，水轮机流量与水头 关系曲线的导数。 6.理想水轮机的数学模型？ 理想水轮机：ey?1,eh?1.5,eqy?1,eqh?0.5 Gty(s)?1?Tws1?0.5Tws 7.发电机的数学模型？何为机组惯性时间常数？其对调节系统有何影响？ 发电机运动方程： Tadx?mt?mgdt，发电机及负载传递函数：Gg(s)?1 Tas?enTa?J?rMr，反应转子加速快慢的时间常数，发电机组惯性时间常数越小，说明转子越 易加速，超速可能性越大。 8.en的定义与物理意义？ 水轮机发电机组综合自调节系数en?eg?ex，即为发电机负载自调节系数与水轮机自调节系数之差， 第六章 1.调节系统的动态响应特性与哪些参数相关，PID参数对动态特性有什么影响？ 调节时间Tp，最大相对转速偏差xmax，振荡次数。 KP加大，将使系统响应速度加快，KP偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；KP偏 小时，又会使系统的响应速度缓慢。 对于合适的KI值，可以减小系统的超调量，提高了稳定性，引入积分环节的代价是降低系统的快速性。 KD的增加可以改善系统的动态特性，加快系统响应速度，减少调节时间。KD越大，抑制 超调的能力越强，但过大的KD可能使系统产生自激振荡。 2.调节系统的开环响应速度与哪些参数有关？ 响应时间TL?3bpKp?1bpK1?3bTtdbp 3.运行工况对调节系统的性能有什么样的影响？ ⑴．单机带负荷工况：此工况下，负荷容量小，有时有较大比例的纯电阻性负荷，所以负荷的自调系数eg较小，可能为负。负荷变动相对值较大，水轮机调节系统的稳定性较差。为保证系统稳定，需要整定较大的校正环节参数； ⑵．单机空载工况：水轮机传递系数小。引水系统水流惯性作用小，但有效负荷为零，机械惯性时间和自调整系数完全取决于机组自身。次工况在我国生产实践中被视为对稳定最不利工况； ⑶．并列带负荷工况：此工况较复杂。当电力系统很大时，其惯性也很大，在一台机组出力变动时，系统的频率几乎不变，转速反馈几乎不起作用，调节系统处于开环运行。即使把校正装置参数整定的很低，甚至切除，也不会发生不稳定现象。 综上，水轮机调速器参数整定应既能保证调节系统稳定，又能获得良好动态品质。 第七章 1.为什么要进行调节保证计算？调节保证计算的任务与标准是什么？ 为了保证机组设备的安全运行以及系统的稳定性，需要计算在一定的导叶关闭规律下，机组 最大转速上升值和压力引水系统的最大水击压力值是多少，采用何种导叶关闭规律和其它措施能保证最大转速上升值和最大水击压力值不超过允许值。 任务：计算出因甩负荷而引起压力上升的过程中最大转速的上升值和最大压力的上升值，保证压力和转速升高值都不超过允许值。 标准：在调节保证计算过程中，压力升高(最大压力)和转速升高都不能超过允许值。此允许值就是进行调节保证计算的标准。 2.调节保证计算的工况如何选择？为什么？ 选择计算设计水头和最大水头甩全负荷时的最大压力和速度上升，并取其大者。 一般来说，在设计水头下带满负荷时的导叶开度较大，此时会发生最大速率升高。 在最大水头下带满负荷时的导叶开度较小，其转速上升值一般都比设计水头下小，此时的水击压力上升值可能较设计水头下小，也可较设计水头下大，但因此时的初始水头较高，故往往在该工况下出现最大水压力。 3.何为直接水击，何为间接水击？二者有何区别？ 直接水击：阀门(导叶)关闭（开启）时间小于一相长（Tr=2L/a）而受直接水击波影响，称此种水击为直接水击。 间接水击：阀门(导叶)关闭（开启）时间大于一相长（Tr=2L/a）而受直接水击波和反射波迭加共同影响，称此种水击为间接水击。 4.间接水击又分几种？各有何特点？ 迭加后的压力升高最大值发生在第一相末，称为第一相水击；发生在末相，称为末相水击。 5.改善大波动过渡过程的措施有哪些？ 1.增加机组的GD2：转速较低的水轮发电机的GD2足够，转速较高的小型水轮发电机的GD2小，有时还要增加补充GD2的飞轮； 2.设置调压室：为了减少Tw, Tw≤3s时可不设； 3.装设调压阀：对于Tw≤12s的中小型电站可以考虑用调压室代替调压阀。设置调压室能减少压力上升值，但它会影响到调节系统小波动的稳定性，尤其是Tw大的情况下，这个问题更突出。 4.改变导叶关闭规律：也可达到降低水击压力和机组转速升高的目的。目前常在低水头电站用导叶的二段关闭来降低最大水击压力的上升，或用采用二段关闭规律来作为轴流式水轮机防抬机的措施之一。 5.装设爆破膜：爆破膜作为调压室的机械代替设备，在小型电站得到应用。爆破膜结构简单，投资少，设置爆破膜能减小压力上升值，但它也会影响到调节系统小波动的稳定性。