一种水轮机调速器控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109445273A(43)申请公布日2019.03.08(21)申请号201811239592.7(22)申请日2018.10.23(71)申请人国网四川省电力公司电力科学研究院地址610000四川省成都市青羊区青华路24号25栋1-7号申请人国家电网有限公司(72)发明人陈刚史华勃韩晓言常晓青王曦张华王亮刘畅(74)专利代理机构成都行之专利代理事务所(普通合伙)51220代理人陈蒋玲(51)Int.Cl.G05B11/42(2006.01)F03B15/08(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种水轮机调速器控制方法(57)摘要本发明公开了一种水轮机调速器控制方法，包括以下步骤：1)收集信息；2)计算机组在不同水头下出力为额定功率Pr时的水锤效应时间常数范围；3)根据水锤变化系数对水头进行分段。本发明提出的水轮机调速器控制方法，基于水锤效应是影响调速器阻尼特性的关键因素的基本认识，考虑水轮机工作水头和发电机出力水平对水锤效应的影响，并通过对水头和出力进行分段出力，为每一段分别设计调速器PID参数，并根据水轮发电机组的运行工况选择对应的调速器参数，从而使得高比例水电系统中调速器在满足抑制超低频振荡的阻尼水平的前提下，尽可能的兼顾频率调节能力。CN109445273ACN109445273A权利要求书1/2页1.一种水轮机调速器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)收集信息；2)计算机组在不同水头下出力为额定功率Pr时的水锤效应时间常数范围：3)根据水锤变化系数对水头进行分段；4)根据水轮发电机振动区间，将发电机出力分为两个区间，区间1为振动区以下，区间2为振动区以上；5)根据步骤3和4得到的t个水头区间和2个发电机出力区间按照排列组合的方式对调速器参数进行整定，可得到2t组调速器参数，每组参数在进行调速器参数整定时，考虑水头区间的下限和发电机出力区间的上限；6)建立调速器的模型，通过仿真分析，对步骤5中每组需要整定的调速器参数进行整定；7)将水轮机工作的水头和出力信号引入调速器，修改调速器控制逻辑，使得调速器可根据水轮机工作水头和出力水平，选择对应PID控制参数。2.根据权利要求1所述的水轮机调速器控制方法，其特征在于，所述收集信息具体为：(1)收集发电机组额定功率Pr；(2)机组不同水位下振动区间下限的最大值Pzmin；(3)机组正常工作水头范围，包括最大水头Hmax和最小水头Hmin；(4)在收集信息时，若调速器模型和参数已实测，则收集实测水锤效应时间常数以及实测时机组的出力P0和工作水头H0。3.根据权利要求2所述的水轮机调速器控制方法，其特征在于，发动机出力区间中，区间1为[0，Pzmin]；区间2为[Pzmin,Pr]。4.根据权利要求2所述的水轮机调速器控制方法，其特征在于，收集信息时，若调速器模型和参数未实测，则应在开展调速器模型参数实测试验，获得一组调速器PID参数，并得到可准确模拟调速器特性的仿真模型和参数。5.根据权利要求2所述的水轮机调速器控制方法，其特征在于，水锤效应时间常数范围为最大水锤效应时间常数：最小水锤效应时间常数：6.根据权利要求1所述的水轮机调速器控制方法，其特征在于，步骤3)根据水锤变化系数对水头进行分段具体为：3-1)计算水锤变化系数：3-2)确定分段间隔b，b≤1；3-3)若a≤1+b，则不需要对水头进行分段处理；3-4)若a＞1+b，则需要对水头进行分段，按照分2、3、4，…，段的方式对区间[1,a]进行2CN109445273A权利要求书2/2页平均分段，确保每段区间长度小于等于b，设第i个区间为[m,n]，则要求n-m≤b，对应的水头区间为假设得到的分段数为t。7.根据权利要求1所述的水轮机调速器控制方法，其特征在于，步骤6)具体包括：6-1)根据所建立的模型，分别得到调速系统、水轮机的开环传递函数G调速、G水轮机；6-2)得到原动机输出机械功率ΔPm和调速器输出频率偏差Δω之间的开环传递函数G开环，即由调速器和原动机组织系统的开环传递函数，表示为下式：6-3)将s＝jω＝j2πf代入式(1)获得的开环传递函数可计算出调速器和原动机系统在各频率下的阻尼系数，在确保调速系统在超低频段0.01Hz～0.1Hz内提供正阻尼的前提下，尽可能增大调速器PID参数。8.根据权利要求6所述的水轮机调速器控制方法，其特征在于，步骤6)还包括：6-4)在实际操作过程中，为保持系统稳定性，设置微分环节常数Kd为0，设置积分环节常数Kp为一固定值，固定值取值范围为3～5，通过调整积分时间常数Ki，并保持比例环节常数与积分环节常数比值Kp/Ki>5。。3CN109445273A说明书1/5页一