現代水輪機調節(jié)技術.doc

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1、現代水輪機調節(jié)技術2004年5月一水輪機調節(jié)系統控制理論的發(fā)展水輪機調節(jié)系統是一個水、機、電的綜合控制系統，是一個本質非線性、快時變與慢時變并存、集中參數與分布參數兼有的多輸入多輸出的復雜系統，系統中含有死區(qū)、時滯，呈現出非最小相位特性。同時，水輪機調節(jié)系統還有各種各樣的約束條件，如接力器行程、甩負荷時的轉速上升率和水壓上升率、關機速度等，這就使水輪機調節(jié)系統控制策略的研究比較復雜，有必要不斷尋求更好的控制策略，以滿足日益擴大的電力系統更高的要求。水輪機調節(jié)系統控制策略的發(fā)展是與自動控制理論的發(fā)展緊密聯系的，隨著現代控制理論、人工智能和計算機技術的發(fā)展，水輪機調節(jié)系統控制策略

2、的研究也得到不斷的發(fā)展?？刂撇呗詮腜I控制，逐漸發(fā)展成PID控制、最優(yōu)PID控制、適應式變參數PID控制，到自適應控制、魯棒控制、預測控制、變結構控制、模糊控制、神經網絡控制以及各種基于PID控制的智能控制，正朝著智能化方向發(fā)展。這些研究成果無論是在理論上，還是在工程實際上，對于調速器的發(fā)展均起著積極的推動作用。1PID控制按轉速偏差進行比例積分調節(jié)的調速器稱為PI型調速器。比例控制的作用是快速消除偏差，使被調節(jié)量盡快達到預定值。積分控制是一種隨著時間增加逐漸增大控制值的控制方式，只要偏差存在，控制值就不斷增大，直到偏差消除，其作用是消除靜差，比較緩慢地使調節(jié)平穩(wěn)。對于水輪發(fā)

3、電機組來說，PI型調速器能夠提供必要的穩(wěn)定調節(jié)作用，并可達到無差調節(jié)，如果合理整定其調節(jié)參數，可以基本滿足水輪機調節(jié)的要求。但是，當電網頻率要求更多地減少在動態(tài)過程中的頻率偏差時，需要調節(jié)得更迅速；另一方面，在被控對象的動態(tài)特性惡劣，例如引水壓力管道的Tw較大時，PI型調速器就很難保證調節(jié)系統的穩(wěn)定性和動態(tài)品質。為此，在調速器中采用按轉速偏差及加速度調節(jié)，或除了轉速偏差和加速度外，還引入速度的二次導數即加加速度的比例積分微分型調速器(即PID調速器)。和PI型調速器相比，PID型調速器增加了一個用于測加速度的微分回路，使調速器不僅按轉速偏差進行調節(jié)，還按轉速偏差的加速度進行調

4、節(jié)。微分控制是一種有預見性的控制或提前作用的控制，根據偏差變化的速度來確定控制值，偏差變化速度越快，其控制量就越大，即使偏差很小，只要偏差變化速度快，微分控制作用也很強。因此在擾動出現之初，轉速剛偏離規(guī)定值，雖然轉速偏差值還很小，但這時轉速偏差的加速度相當大，這樣就可以有足夠的調節(jié)信號促使調速器去改變導水機構的開度。也就是說，采用微分回路就可以使調速器提前加大動作，即所謂超前作用，這能夠使調節(jié)過程中轉速最大偏差減小，提高了調節(jié)系統的穩(wěn)定性，減少了調節(jié)時間。對于PID型調速器，根據不同的被控對象，適當整定其比例、積分和微分控制部分的參數，可以使調節(jié)系統具有良好的動態(tài)特性，獲得較

5、為滿意的控制效果。2適應式變結構、變參數PID控制傳統的PI、PID型調速器除了能區(qū)分空載與負載兩大工況外，一般根據某一工況點(通常是額定工況點)的小波動線性定常模型的特性確定調速器參數，當調速器的參數被整定后，它們將運行于整個工作區(qū)域。由于水輪機調節(jié)系統的工作點經常發(fā)生較大的變化，并且水輪機、壓力引水系統以及電網具有明顯的非線性特性，因此在整個工作工況上，采用固定的調節(jié)模式和調節(jié)參數顯然不合理，不能保證當對象工況發(fā)生變化后，控制系統仍具有良好的控制性能。因此，在微機調速器中多采用適應式變結構、變參數的PID控制規(guī)律。這種變結構、變參數PID控制就是將水輪機調節(jié)系統的代表性工

6、況整定一組最優(yōu)參數，并存貯在計算機內，構成一個具有專家系統功能的數據庫，當系統工況改變時，根據系統參數調用調速器參數，以達到最優(yōu)控制。這種方法雖然簡單，但當水輪機工況較多時，不僅占用大量的存貯空間，而且參數尋找比較復雜、費時，在應用中受到一定的限制。第37頁共38頁3自適應控制自適應控制是傳統控制技術發(fā)展的高級形態(tài)。當被控對象或過程的動力學參數或干擾發(fā)生變化時，設計一控制序列，使控制系統的性能能夠適應特性和過程信號的變化，自動地校正控制作用，使控制系統仍然具有比較滿意的性能。自適應控制系統的適應性表現在：對于被控對象或過程的參數或性能連續(xù)不斷地進行辨識，根據獲得的信息并按照一

7、定的準則進行性能判別，以消除對象特性時變和環(huán)境干擾波動等不確定性因素的影響，為確定控制器的算法及其參數或所需的控制信號進行決策。自適應控制的工作方式實際上是一種啟發(fā)式的。自適應控制方法一般有兩種形式：一是用系統辨識理論來建立對象的數學模型，然后根據所辨識的對象模型修改控制器的結構和參數；一是設定一個參考模型過程，以期達到優(yōu)化系統的響應。目前關于水輪機調節(jié)系統的自適應控制研究有如下幾種方案：(1)模型參考自適應控制系統：模型參考自適應控制就是利用可調系統的輸入量、狀態(tài)量和輸出量來度量某個性能指標，根據實測