水轮机调速系统的故障诊断与容错控制研究

摘要

水资源是基础性的自然资源，水力发电是一种可再生的清洁能源，在电力生产中具有不可替代的重要作用.近年来国家进一步发展水利事业，支持小水电发展，集中整改大中型水电站。但是，由于电力系统的日益庞大对水力发电在频率和有功功率调节与控制上有更高的要求，所以需要引进水轮机自动调速系统，水轮机调速系统包括PID控制算法部分，电液伺服系统，水轮机机组，测量电路，它处于水力发电设备层级的最前端，直接负责对转速和功率进行调节。从它的作用可以看出，水轮机调速系统是水力发电的核心装置之一，它的好坏直接影响到水电机组跟随性能指标和抗扰性能指标是否合格，随着电气，电子，计算机技术的快速发展，微机型调速系统已经成为主流，它除了完成机组调速这一基本任务以外功能有了较大扩展，尤其是微机调速系统可实现各种复杂的控制功能，调速系统已成为一个多功能的智能控制系统。由于调速系统结构的复杂化，造成了水轮机调速系统故障的模糊性、随机性以及不确定性的增加，一个故障的发生往往是多个因素引起的，这使得整个水轮机调速系统的运行可靠性被拉低。在现代水力发电领域中，因为调速系统故障而造成的发电事故频频发生，这些故障轻则影响发电效率降低产能，重则造成人员伤亡，机组烧毁等重大事故。以测频故障为例，测频不准确时容易造成调速系统出现过调现象，过调现象轻则影响发电产能，重则会造成电网解列，这些故障都对经济发展和社会生产带来了很大的负面影响，不容忽视。故障诊断与容错控制技术的出现为解决这一难题带了新的途径，将这项技术应用到水轮机调速系统中可以对同一故障进行多层次、多角度的分析，及时准确的发现故障、处理故障，并且可以利用一定的容错机制使调速系统可以在故障条件下维持正常运行，大大提高了调速系统的可靠性，有效减少了各种发电事故的发生。　　本文将着重从测频故障的解决方法、递阶融合诊断方法在水轮机液压系统故障诊断与容错控制中的应用以及双系统硬件冗余容错机制等方面探讨调速系统的故障诊断与容错控制办法，并进行相应的软件、硬件设计和MATLAB仿真试验对所提出的水轮机调速系统的故障诊断和容错控制办法在水轮机调速系统中加以实现。

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1绪论

1.1水轮机调节系统的地位与作用

1.2故障诊断与容错控制的研究历程与发展趋势

1.3水轮机调速系统故障诊断与容错控制研究的意义和目的

2 水轮机调速系统故障诊断与容错控制综述

2.1水轮机调速系统的工作原理及其特点

2.2水轮机调速器常见故障及其处理方法

2.3水轮机调速系统故障诊断的方法

2.4 水轮机故障容错控制方法

3基于双微机冗余的水轮机调速系统研究

3.1水轮机双微机调速器结构设计

3.2基于DSP的双微机调速器

3.3双微机调速器故障诊断策略探讨

3.4双微机调速器容错控制策略探讨

4水轮机调速器测频单元的故障诊断与容错控制研究

4.1测频方法分析

4.2调速器测频电路常见故障及其诊断与容错控制方法

4.3卡尔曼滤波在调速器测频中的应用

4.4卡尔曼滤波在水轮机调速器中应用的优点总结

5水轮机调速器液压系统故障诊断与容错控制研究

5.1数字阀微机调速器液压系统结构及其常见故障

5.2基于递阶融合模型的在线智能故障诊断的探讨和研究

5.3调速器液压系统递阶融合故障诊断与容错控制策略

5.4双微机液压系统的实现

6 结论与展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果