低噪声变速恒压调速系统
技术领域
本实用新型涉及一种汽轮发电机组调速控制系统，尤其是一种低噪声变速恒压调速系统。
背景技术
调速系统影响到汽轮发电机组的运行稳定性以及安全可靠性，是汽轮发电机组的重要组成部分。调速系统主要包括高压油动机、液压油站、油站出口组件、油泵、电机、蓄能器、测量仪表等组成。其中液压油站作为高压油动机的供油单元是调速系统的重要组成部分，它能提供7～16MPa的液压油，且压力可调，液压油站能适应5～70℃的环境温度，液压油站采用电机驱动泵，电机泵不间断工作，为机组高压用油单元提供液压油。
现有的汽轮发电机组液压油站主要有如下两种形式：
第一种是是低压电液调速系统，如图1所示。其调节油压仅作为动力油，因其调节油压来自动力油，由汽发机组电动油泵和机组自带油泵产生，所以随着转速的变化，会产生油压脉冲，油压会产生波动，约为1MPa。该系统的机械液压机构复杂度较小，加工精度要求高，由于其前压校正、功率校正等采用电信号实现，因此其零部件数量大幅减少。同时调速控制采用软件实现，不仅机械结构简单且可以实现更为复杂的功能，而制造和调试的周期缩短。
第二种是恒速恒压高压电液调速系统，如图2所示。其调节油压仅作为动力油。液压油站是油动机的供油单元，能提供9～16MPa液压油，且压力可调。液压油站能适应5～60℃的环境温度，液压油站采用电机驱动泵，电机泵不间断工作，为机组高压用油单元提供液压油。其中电机采用ABB M2BAX系列产品，油站油泵采用伊顿公司PVQ系列产品，油站上泵出口设定了溢流阀，当系统压力高于14MPa时，溢流阀打开，起到过压保护的作用。高压电液调速系统的机械液压部分取消了错油门，仅保留油动机，因此其结构形式进一步简化。
但是，上述调速系统仍然存在一些弊端，主要包括：
一、采用低压电液调速系统，调节油压易受到油压脉冲的影响，致油压波动，调速系统存在不稳定的因素。
二、恒速恒压的高压电液调速系统采用电机驱动泵，电机泵不间断工作，其中电动机泵结构会引起振动噪声，也是机组的重要噪声源，影响到机组的振动噪声指标的实现。同时电机本身消耗较多电量，节能效果不是非常理想。
因此，上述调速系统作为当前汽轮发电机组的主要形式，仍需要进行大量的优化和调整。采用小型集成化设计、低噪声设计的先进调速系统是汽轮发电机组的重要需求。
发明内容
本实用新型是要提供一种低噪声变速恒压调速系统，实现调速系统小型集成化设计、低噪声设计、节能效果良好、操作方式人性化、实现优良的人机交互界面，提升汽轮发电机组的运行稳定性及安全可靠性。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种低噪声变速恒压调速系统，包括高压油动机、液压油站、油站出口组件、油泵、伺服电机、蓄能器、测量仪表，所述液压油站的液压油站油箱上面装有两个小型集成化的蓄能器，两个伺服电机及油泵，所述油泵的进油口与液压油站油箱中的过滤器连接，油泵的出油口与液压油站油箱侧面安装的油站出口组件连接，所述油站出口组件与蓄能器连接，使油泵的出油口出来的压力油，经过油站出口组件进入蓄能器，即向蓄能器充油；所述伺服电机与油泵连接，所述油泵为低噪声电动油泵，由伺服电机驱动低噪声电动油泵，可减小电动油泵对机组振动噪声的影响；所述伺服电机连接智能运动控制板，所述智能运动控制板连接油站出口组件上的测量仪表，由智能运动控制板控制伺服电机的转速，使液压油站的输出油压维持在设定值，并通过测量仪表实时监测液压油站的油压值，实现油压续航能力的优化，可降低电动油泵启停频率并减少开启状态时间。
进一步，所述智能运动控制板连接液压油站油箱中的油箱液位检测模块，用于检测液压油站油箱中的油箱液位，当监测到液位低或调节油压低时，使伺服电机停机保护，可以避免空载使用过热烧坏伺服电机。
进一步，所述变速恒压的高压电液调速系统为闭环控制系统，所述智能运动控制板作为控制器，驱动伺服电机工作，控制器通过编码器采集伺服电机转速以及压力传感器采集调节油压，并根据编码器和压力传感器反馈回来的伺服电机转速与油压数据进行分析，采用模糊PID算法控制，驱动伺服电机，通过控制伺服电机的转速以保持液压油站油压恒定。
进一步，所述智能运动控制板作为伺服电机调速系统的核心，通过模拟命令输入的方式控制伺服电机，伺服电机驱动器的速度命令输入范围为-10～10V，代表-n～n r/min的转速命令。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型实现了调速系统小型集成化设计、低噪声设计、节能效果良好、操作方式人性化、以及实现了优良的人机交互界面，提升汽轮发电机组的运行稳定性及安全可靠性。
附图说明
图1为现有的低压电液调速器示意图；
图2为现有的高压电液调速系统示意图；
图3为本实用新型的变速恒压的高压电液调速系统示意图；
图4为高压油动机伺服控制原理框图；
图5为模糊—PID控制器结构图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如图3所示，一种低噪声变速恒压调速系统，包括高压油动机、液压油站、油站出口组件4、伺服电机3及油泵、蓄能器2、测量仪表等。液压油站的液压油站油箱1上面装有两个蓄能器2，两个伺服电机3及油泵，伺服电机3与油泵连接，油泵进油口与液压油站油箱中的过滤器连接，油泵出油口与液压油站油箱侧面安装的油站出口组件4连接，油站出口组件4与蓄能器2连接。
该系统首次将液压油站油箱1、蓄能器2进行小型集成化设计，液压油站通过选用伺服电机3，电动油泵的低噪声设计，尽最大可能的减小了电动油泵对机组振动噪声的影响，同时进行了调速控制系统油压续航能力的优化，以降低电动油泵启停频率并减少开启状态时间。
调速系统的伺服电机3采用智能运动控制板，能使液压油站油压维持在设定值，支持油压调节并实时监测液压油站油压。伺服电机3的驱动器本身消耗较少电量，基于STM32的运动控制卡是低功耗设备，节能效果良好。同时，因为伺服电机运行的噪音很小，再加上电机本身的隔声措施，系统具备显著的低噪声性能。运动控制板有油箱液位检测模块，能检测到液压油站里油箱液位，当监测到液位低或调节油压低时停机保护，可以避免空载使用过热烧坏电机，操作方式人性化，实现优良的人机交互界面。
该调速系统中采用的是一个闭环控制系统，采用运动控制板作为控制器，驱动伺服电机3工作，通过编码器采集电机速度，压力传感器采集调节油压，根据反馈回来的速度与油压数据进行分析，采用模糊PID算法控制，驱动伺服电机，通过控制伺服电机的转速以保持液压油站油压恒定。运动控制板作为伺服电机调速系统的核心，通过模拟命令输入的方式控制伺服电机，伺服电机驱动器的速度命令输入范围为-10～10V，代表-n～n r/min的转速命令。
综上所述，通过采用变速恒压的高压电液调速系统，进一步提升调速系统的调节精度和快速性，同时最大可能减小了电动油泵对机组振动噪声的影响。电液伺服阀接收到控制指令，驱动油缸活塞动作，从而带动调节汽阀开度改变。高压油动机伺服控制原理框图，如图4所示，当负载增加时，DEH给定开调门或加负荷指令，经运算比较后输出正偏值信号，并作用在电液伺服阀上，电液伺服阀动作，从而驱动高压油动机动作并往上开启调节阀。此时油动机位移经由LVDT反馈回DEH进行比较运算，直至其偏值为零后，调节阀停止移动，并停留在一个新的工作位置上。当负载减小时，作用过程与上相反。
其中液压油站作为高压油动机的供油单元是调速系统的重要组成部分。液压油站用于贮存和处理液压油，通过对伺服电机转速的控制，电动油泵将液压油站内的滑油增压后，为高压油动机提供所必需的工作介质(液压油)，整个系统配备两台，其中一台作为备用，当油泵1发生故障时切换为油泵2工作；当系统油压或流量不足时，两台油泵同时工作。油泵启动后(最大流量约为7L/min)，经过吸油滤油器，从液压油站中吸入液压油。从油泵出来后的压力油，经过油站出口组件(截止阀、单向阀、滤油器、溢流阀)进入蓄能器，即向蓄能器充油；在充油过程中，系统流量会逐渐减少，油压开始升高，当油压升到高于设定的系统工作压力时，驱动器控制伺服电机减速，调节油压降低，当油压低于设定的系统工作压力是，驱动器控制伺服电机增速，调节油压升高，最终通过伺服电机的变速控制，保证调节油压稳定。
在调节系统调节油压的控制策略方面，将PID控制和模糊控制方法、结合起来，构成互补、兼有这两种控制优点的模糊—PID控制器，见图5所示。
本系统通过采用变速恒压的高压电液调速方式，实现了高效的低噪声和节能效果，同时进一步提升了调速系统的调节精度和快速性，获得了更优异的静、动态调速特性。
