第 ２８卷 第 ３期
２００５年 ６月
水 电 站 机 电 技 术
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ８Ｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．３
Ｊｕｎ已２００５ ２３
基于 ＭＡＴＬＡＢ的水轮机调节系统仿真
罗 旋，魏 守平
（华中科技大学水电与数字化工程学院 ，湖北 武汉 ４３００７４）
摘 要：对 水轮机调 节系统建立数学模 型，利 用美 国 Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ公 司 的 ＭＡＴＬＡＢ软件，对通常的水轮机调 速器 水
电站试验项 目（空载频率波 动、空载扰动、甩负荷）进 行初 步的仿真。
关键 词 ：水轮 机调 节系统；ＭＡＴＬＡＢＩ仿真
中图分类号 ：ＴＰ３９１．９ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１６７２—５３８７（２００５）０３－－００２３－－０４
水轮机调 节系 统 由引水 系统 、水轮 机 、发 电机 、
和调速器等组成 ，是一 个包 含 水力 、机械 、电气 的复
杂的控制系统 。在分析 、综合水 轮机 调节系统时，希
望求 出调 节系统 的动态 过程 ，并通 过对 动态 过程 的
分析确定 调速器的最佳参 数 。利用 ＭＡＴＬＡＢ软件
对水 轮机调节系统 进行 仿 真 ，能够 克 服现场的种种
限制 ，具有直观 、方便 、迅速的优点 ，对实际的操作进
行指 导 。
１ 水轮机调 节 系统数学模型
１．１ 水轮 机调节 系统 的结构
水轮机调节系统是由水轮机 控制设备 （系统）和
被控 制系统组 成 的闭环 系统 。水 轮机 、引水 和泄 水
系统 、装有 电压调节 器 的发 电机 所并 人 的 电网称 为
水 轮机调节 系统 中 的被控 制 系统 ；用 来 检测 被控 制
参 量（转 速 、功率、水位 、流 量等）与给定量 的偏差 ，并
将其 按一定 特性转成主接力器行程偏差 的一些装 置
组合 ，称为水轮机控制 设备 （系统）。（１３
水轮机 调节系统结构 图（图 １）：
图 １
１．２ 水轮 机调速器 的 ＰＩＤ调节模块
Ｙ ｔ ￣ ＝ ｋ
，
＋ ＋
Ｙ 一Ａ厂＋ （户 一 ）
ｌ— ｌｔ— ｌ
ｆ０ ｌＡｆｌ＜ｅ
．ｆ
ｆ一 ｌ—ｅ｜ Ａｆ＞ｅ｜
Ｉａｆｑ－ｅｚ △ －－ｅ．ｆ
Ｙｅａ
． 一 ± ＋ 垒！： ＋
Ｙ ６ Ｔ 。０．２８Ｓ＋ １ 。 Ｓ
Ｙ —Ａ／＋ （户 一户）
ｌ— ｌ ｃ— ｌ
ｒＯ Ｉ△ｆ｛＜ｅ／
ｆ一 ｌ—ｅ｜ Ａｆ＞ｅ｜
【ａｆｑ－ｅｚ Ａ －－ｅ．ｆ
式 中 ：ｂ 为暂 态转差系数，Ｏ～１．０
（１）
（２）
１ 为 缓 冲 时 Ｉ司常 效 ，整 定 范 围 为 ：２～ ２０ ｓ；
为加速度 时间常数 ，整定范 围为 ：Ｏ～２ ｓ；
Ｋ，为 比例增益 ，整定范 围为 ：Ｏ．５～２Ｏ；
Ｋ 为积分增益 ，整定 范围为：０．Ｏ５～ １０（１／ｓ）；
Ｋ 为微 分增益 ，整定范 围为 ：Ｏ～５ｓ；
两种调节参数表达形式的换算关系为：
Ｋ，一 １
Ｋ 一
｝ ３
Ｋ 一
Ｉ
收稿 日期 ：２００５－０３－０７
作 者简 介 ：罗旋（１９７８一 ），男 ，硕 士研究 生 ，主要研 究方 向为水轮机
调速器控 制 系统和 仿真．
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