导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统

摘要

导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统，该系统查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块一，循环自减模块，限幅模块二，选择器模块，循环自加模块二，加法器。该系统基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表，开环控制与闭环控制相结合的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制。

说明书

技术领域

本发明属于水电站计算机监控技术领域，具体涉及一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法及系统。

背景技术

目前，水轮发电机组运行过程中，开度模式下监控系统通常采用功率闭环常规脉冲调节方式，通过中间继电器，输出开度增减脉冲给调速器电控系统，以实现控制水轮发电机组开度控制。控制方法详见中国发明专利《一种水电站机组LCU有功脉冲调节系统》，(专利号：ZL201610327273.6)。该方法采用插值算法和修正比例算法改善了水电站机组有功脉冲调节系统在开度调节模式下的功率调节的时效性和可靠性，但由于此种方式从结构上采取的是闭环比例脉宽调制方式，依然存在导叶开度和有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法及系统，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式时，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响，以及纯开环控制方式下水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题。实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，提高调节品质。

本发明采取的技术方案为：

方案一：

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法，包括以下步骤：

S1：监控系统的控制参数△D、△D2、自加转换系数k以及水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表数据初始化，进入S2；

S2：监控系统采集有功功率给定值G

S3：检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入S 4；否则，继续检测；

S4：监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G

S5：监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

若W

D

D

D

S6：控制变量D1

S7：D1

S8：如果D1

S9：若∣D

S10：控制变量D2

S11：D2

S12：D

S13：监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制系统，包括：

查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块,循环自加模块二，加法器；

查表计算模块，用于采集有功功率给定G

循环自加一模块，用于监测有功功率给定G

限幅模块，用于采集查表计算模块输出的D

加法器，用于采集限幅模块输出的D1’

方案二：

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法，包括以下步骤：

第1步：监控系统控制参数△D、△D1、△D2、自加转换系数k及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第2步；

第2步：监控系统采集变量有功功率给定值G

第3步：检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入第4步；否则，继续检测。

第4步：监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G

第5步：监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G

水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示，表1中p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度。

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

若W

D

D

D

第6步：若∣D

第7步：控制变量D1

第8步：D1

第9步：如果D1

第10步：控制变量D1

第11步：D1

第12步：如果D1

第13步：若∣D

第14步：控制变量D2

第15步：D2

第16步：D

第17步：监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括：

查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块一，循环自减模块，限幅模块二，选择器模块，循环自加模块二，加法器；

查表计算模块，用于采集有功功率给定G

循环自加模块一，用于监测有功功率给定G

限幅模块一，用于采集查表计算模块输出的D

循环自减模块，用于监测有功功率给定G

限幅模块二，采集查表计算模块输出的D

选择器模块，监测∣D

循环自加模块二，监测∣D

加法器，采集选择器模块输出的D1’

方案三：

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、监控系统控制参数△D、△D1、△D2、△D3、自加转换系数k1、k2及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入步骤2。

步骤2、监控系统采集变量有功功率给定值G

步骤3、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入步骤4；否则，继续检测。

步骤4、监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G

步骤5、监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G

水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示，表1中p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度；

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

若W

D

D

D

步骤6、若∣D

步骤7、控制变量D1

步骤8、D1

步骤9、如果D1

步骤10、控制变量D1

步骤11、D1

步骤12、如果D1

步骤13、若∣D

步骤14、控制变量D2

步骤15、如果∣D

步骤16、D2

步骤17、D

步骤18、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括：查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块一，循环自减模块，限幅模块二，选择器模块一，循环自加模块二，选择器模块二，加法器；

查表计算模块，采集有功功率给定G

循环自加模块一，监测有功功率给定G

限幅模块一，采集查表计算模块输出的D

循环自减模块，监测有功功率给定G

限幅模块二，采集查表计算模块输出的D

选择器模块一，监测∣D

循环自加模块二，监测∣D

选择器模块二，监测∣D

加法器，采集选择器模块一输出的D1’

本发明的技术效果如下：

1)：本发明的控制方法既有开环控制快速的特点，又有分段开环控制超调量小的优势，还有监控系统闭环控制不具备而调速器PID闭环控制具有的精准的长处，从而同时满足了调节过程速动性好、超调量小，调节稳定后无静差的要求，提高了动态和静态调节品质。

2)：本发明的方案一：一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法具有①、②、③三个优点：

优点①、具有开环控制快速的特点，从而提高了调节过程速动性。

优点②、具有闭环控制精准的优点，调节稳定后无静差，提高了动态和静态调节品质。优点③、通过分段开环控制可以避免了调节速度过快导致的超调量过大的问题，从而提高了调节过程的调节品质。

3)：本发明的的方案二：一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法具有①、②、③、④四个优点：

优点①、具有开环控制快速的特点，从而提高了调节过程速动性。

优点②、具有闭环控制精准的优点，调节稳定后无静差，提高了动态和静态调节品质。优点③、通过分段开环控制可以避免了调节速度过快导致的超调量过大的问题，从而提高了调节过程的调节品质。

优点④、通过变积分闭环控制可以提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质。

4)：本发明的的方案三：一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法具有①、②、③、④、⑤五个优点；

优点①、具有开环控制快速的特点，从而提高了调节过程速动性。

优点②、具有闭环控制精准的优点，调节稳定后无静差，提高了动态和静态调节品质。优点③、通过分段开环控制可以避免了调节速度过快导致的超调量过大的问题，从而提高了调节过程的调节品质。

优点④、通过变积分闭环控制可以提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质。

优点⑤、通过开环控制避免调节过程中受到水锤反作用和机组惯性作用的影响，降低整个控制系统发散振荡的风险。

附图说明

图1是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制系统图。

图2是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法流程图。

图3是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统图。

图4是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图。

图5是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制系统图。

图6是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图。

具体实施方式

实施例一：

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法及结构。该方法基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表，开环控制与闭环控制相结合的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，提高调节品质。

导叶开度开环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的大幅度快速调整的情形。开环控制可以有效避免水轮发电机组调节过程中受到引水管路水锤反作用和机组惯性作用的影响，降低整个控制系统出现导叶开度和有功功率发散振荡的风险。

导叶开度闭环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端或末端精确调整的情形。分段开环控制与闭环控制切换条件为查表计算导叶开度D

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法详细过程步骤如下：

S1：监控系统的控制参数△D、△D2、自加转换系数k以及水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表数据初始化，进入S2；

S2：监控系统采集有功功率给定值G

S3：检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入S 4；否则，继续检测；

S4：监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G

S5：监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

若W

D

D

D

S6：控制变量D1

S7：D1

S8：如果D1

S9：若∣D

S11；否则，进入S12；

S10：控制变量D2

S11：D2

S12：D

S13：监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制系统，包括：

查表计算模块1，循环自加模块一2，限幅模块3,循环自加模块二4，加法器5；

查表计算模块1，用于采集有功功率给定G

循环自加一模块2，用于监测有功功率给定G

限幅模块3，用于采集查表计算模块1输出的D

循环自加模块二4，用于监测∣D

加法器5，用于采集限幅模块3输出的D1’

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法流程图如图2所示。

实施例二：

为了进一步提高调节过程速动性，同时避免调节速度过快导致的超调量过大的问题，在一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法及结构基础上进行优化改良，实现分段开环控制，形成一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法及结构。该方法基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表，分段开环控制与积分闭环控制相结合的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，同时抑制调节速度过快产生严重超调现象，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，提高调节品质。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法采用先分段开环控制，后闭环控制的控制方法。

导叶开度分段开环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的大幅度快速调整的情形，通常分为两段，前一段增益系数K1通常大于1，目的是提高机组导叶开度和有功功率调节的速度，后一段增益系数通常等于1，目的是防止机组导叶开度和有功功率调节过程出现严重超调，提高改善调节品质。分段切换条件为查表计算导叶开度D

导叶开度闭环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端精确调整的情形。分段开环控制与闭环控制切换条件为查表计算导叶开度D

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法，详细过程步骤如下：

第1步：监控系统控制参数△D、△D1、△D2、自加转换系数k及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第2步；

第2步：监控系统采集变量有功功率给定值G

第3步：检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入第4步；否则，继续检测。

第4步：监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G

第5步：监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G

水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示，表1中p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度)

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

若W

D

D

D

第6步：若∣D

第7步：控制变量D1

第8步：D1

第9步：如果D1

第10步：控制变量D1

第11步：D1

第12步：如果D1

第13步：若∣D

第14步：控制变量D2

第15步：D2

第16步：D

第17步：监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括：

查表计算模块1，循环自加模块一2，限幅模块一6，循环自减模块7，限幅模块二8，选择器模块9，循环自加模块二4，加法器5；

查表计算模块1，用于采集有功功率给定G

循环自加一模块2，用于监测有功功率给定G

限幅模块一6，用于采集查表计算模块1输出的D

循环自减模块7，用于监测有功功率给定G

限幅模块二8，采集查表计算模块1输出的D

选择器模块9，监测∣D

循环自加模块二4，监测∣D

加法器5，采集选择器模块9输出的D1’

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图如图4所示。

实施例三：

为了进一步提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质，在一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法及结构基础上进行优化改良，实现分段开环控制，形成一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法及结构。

该方法基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表，分段开环控制与变积分闭环控制相结合的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，同时抑制调节速度过快产生严重超调现象，提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，提高调节品质。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法采用先分段开环控制，后变积分闭环控制的控制方法。

导叶开度分段开环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的大幅度快速调整的情形，通常分为两段，前一段增益系数K1通常大于1，目的是提高机组导叶开度和有功功率调节的速度，后一段增益系数通常等于1，目的是防止机组导叶开度和有功功率调节过程出现严重超调，提高改善调节品质。分段切换条件为查表计算导叶开度D

导叶开度闭环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端精确调整的情形。导叶开度分段变积分闭环控制可以提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质。变积分闭环控制切换条件为查表计算导叶开度D

分段开环控制与闭环控制切换条件为查表计算导叶开度D

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法，详细过程步骤如下：

步骤1、监控系统控制参数△D、△D1、△D2、△D3、自加转换系数k1、k2及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入步骤2。

步骤2、监控系统采集变量有功功率给定值G

步骤3、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入步骤4；否则，继续检测。

步骤4、监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G

步骤5、监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G

水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示，表1中p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度；

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

若W

D

D

D

步骤6、若∣D

步骤7、控制变量D1

步骤8、D1

步骤9、如果D1

步骤10、控制变量D1

步骤11、D1

步骤12、如果D1

步骤13、若∣D

步骤14、控制变量D2

步骤15、如果∣D

步骤16、D2

步骤17、D

步骤18、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括：查表计算模块1，循环自加模块一2，限幅模块一6，循环自减模块7，限幅模块二8，选择器模块一10，循环自加模块二4，选择器模块二11，加法器5；

查表计算模块1，采集有功功率给定G

循环自加模块一2，监测有功功率给定G

限幅模块一6，采集查表计算模块1输出的D

循环自减模块7，监测有功功率给定G

限幅模块二8，采集查表计算模块1输出的D

选择器模块一10，监测∣D

循环自加模块二4，监测∣D

选择器模块二11，监测∣D

加法器5，采集选择器模块一10输出的D1’

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图如图6所示。