CN102434373A - 一种基于抽水蓄能机组的调速器智能启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于抽水蓄能机组的调速器智能启动控制方法，包括以下步骤：1)在调速器接到开机令后，把导叶开到一个启动开度，将机组开起来；2)在机组转速上升到额定转速的30％时投入智能启动控制策略，不断的调节导叶开度，以保证机组不过速，所述智能启动控制策略的目标为：

其中Δf为转速偏差；3)当机组转速上升到额定转速的98％时，切除智能启动控制策略，切换到频率偏差的PID控制，维持空载转速的稳定。本发明的方法可以使机组的开机达到快速而不过速的要求。

Description

一种基于抽水蓄能机组的调速器智能启动控制方法

技术领域

本发明涉及一种抽水蓄能机组的调速器智能启动控制方法，属于电力系统自动控制技术领域。

背景技术

由于抽水蓄能机组在电力系统中承担着调峰填谷、调频调相和事故备用的任务，且开停机比较频繁，因此，如果能加速抽水蓄能机组的开机过程，实现快速并网，将大大改善电网的稳定性、动态特性和经济效益。开机过程时间取决于开机控制规律，在保证系统稳定性的前提下，选取最优的开机控制规律，就可以大大缩短开机过程时间，实现快速并网。

传统的开机过程都是开环开机，开环开机容易出现开机时间过长或转速过高。提出采用智能开机的闭环开机方式。即设置开机时的转速上升期望特性作为频率给定，依靠调速器闭环调节的能力，使机组实际转速上升跟踪期望特性。这种闭环开机规律不依赖于空载开度和启动开度，在整个开机过程中，调速系统始终处于闭环调节状态，实际频率跟踪频率给定曲线上升，通过设置合理的频率给定曲线，可以使机组的开机达到快速而不过速的要求。目前，常见的抽水蓄能电站水轮发电机组启动方式有：

(1)导叶大启动开度的启动方式。导叶启动开度约为空载开度的1.1到2倍，当机组转速约达额定转速的90％时切至比空载开度稍大的第二启动开度，当机组转速约达额定转速的95％时，调速器投入频率控制。

(2)导叶小启动开度的启动方式。导叶启动开度约为空载开度的0.6到0.7倍，当机组转速约达额定转速的80％时，切至比空载开度稍大的第二启动开度，当机组转速约达额定转速95％时，调速器投入频率控制。

(3)加速度控制的启动方式。从机组开始转动至额定转速的0.2倍，频率给定跟踪机组频率；机组转速约达额定转速的85％前，机组加速度设定为2Hz/s；机组转速约达额定转速的95％前，机组加速度设定为1Hz/s；机组转速达额定转速的95％后，机组加速度设定为0.5Hz/s，直至频率给定值达额定值。

综上所述，国内抽水蓄能机组的起动过程对于水头的依赖比较强，特别是与空载开度和空载导叶开度限制的设置有十分密切的关系，如果在该水头下的空载开度和开度限制设置不正确就有可能造成启动过程中机组的过速或者不能使机组达到额定转速，造成开机时间过长不能满足电网需求。在水电站运行初期，没有条件对所有水头下的空载开度和开度限制进行试验设置，这样相当部分的水头下的设置是凭经验，另一方面就是水头数据的来源不可靠，或者在运行中失效都可能造成机组的启动特性变坏。这是当前抽水蓄能电站机组运行必须解决的工程问题。

发明内容

本发明所要解决的是抽水蓄能机组快速启动问题，通过选取最优的开机控制规律，大大缩短开机过程时间，实现快速并网，保证电网的稳定性、动态特性和经济效益。

本发明的工作原理是：选择水轮发电机组启动方式的主要因素有：机组达到额定转速的时间短；轴向水推力小；水轮机力矩和轴向水推力波动小；压力引水管道的压力变化小；选取较大的启动开度，机组达到额定转速的时间短。

水轮机推力轴承决定所承受的轴向水推力的大小，轴向水推力的大小直接影响机组开始转动所需的水轮机力矩。在机组启动过程中，接力器行程超过某一值后，水轮机力矩和轴向水推力迅速增大，脉动分量也随之增大，机组开始转动，并出现扭振，转速达到额定转速的20％-40％后才终止。压力引水管道的压力变化是导叶开启特性决定的，启动开度愈大，接力器开启速度愈快，压力引水管道中压力降低也愈大。为减少机组启动过程中的扭转和压力引水管道的压力变化，尽可能让接力器开启平稳。

本发明采取以下技术方案：

一种基于抽水蓄能机组的调速器智能启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在调速器接到开机令后，把导叶开到一个启动开度，将机组开起来；

2)在机组转速上升到额定转速的30％时投入智能启动控制策略，不断的调节导叶开度，以保证机组不过速，所述智能启动控制策略的目标为：

其中Δf为转速偏差，t为时间；

3)当机组转速上升到额定转速的98％时，切除智能启动控制策略，切换到频率偏差的PID控制，维持空载转速的稳定。

本发明所达到的有益效果：

本发明提出采用智能开机的闭环开机方式，即设置开机时的转速上升期望特性作为频率给定，依靠调速器闭环调节的能力，使机组实际转速上升跟踪期望特性。这种闭环开机规律不依赖于空载开度和启动开度，在整个开机过程中，调速系统始终处于闭环调节状态，实际频率跟踪频率给定曲线上升，通过设置合理的频率给定曲线，可以使机组的开机达到快速而不过速的要求。

附图说明

图1为该控制策略下的原理仿真图；

图2为常规控制策略的开机启动仿真曲线；

图3为采用智能启动控制方法的开机启动仿真曲线。

具体实施方式

在本发明的控制目标要求在启动过程中，转速的微分与转速的偏差的比值保持不变。事实上控制不可能保持这个比值恒定为设定的常数，但是保证在偏差大的时候有较高的转速变化，小偏差时的转速变化相对较小，而且这个变化是指向偏差减少的方向，从而保证转速是平稳地逼近额定转速。在整个启动过程中，转速变化与转速偏差之比和设定常数的差总是有正，有负，不同于按偏差的调节策略，其偏差总是正的，这样就可以减少积分饱和的问题。在转速逼近额定转速之后，再将控制策略切换到频率偏差的PID控制。

从控制的本质来说，这个控制策略就是强制机组启动的动态过程变成一个指数衰减的过程，可以称之为自适应启动方式。图1为该控制策略下的原理仿真图。

如图2中所示：常规控制策略的开机启动仿真曲线中，其频率超调比较大，达到稳定的时间长，导叶波动时间较长难以满足抽水蓄能机组快速并网要求。

如图3可以看到，在不同水头下，智能启动的控制策略能够较好的保证机组的平稳快速启动，从图中可以看出，其频率调节几乎没有超调，达到稳定的时间较短，导叶无波动，说明智能启动控制策略的确可以改善机组的启动状况，从而可以保证机组安全而平稳地进行开机。

本发明的方法，设置开机时的转速上升期望特性作为频率给定，依靠调速器闭环调节的能力，使机组实际转速上升跟踪期望特性。这种闭环开机规律不依赖于空载开度和启动开度，在整个开机过程中，调速系统始终处于闭环调节状态，实际频率跟踪频率给定曲线上升，通过设置合理的频率给定曲线，可以使机组的开机达到快速而不过速的要求。仿真试验也表明智能开机控制策略具有很好的开机效果，且水压变化平稳，有利于机组平稳快速并网。

本发明的控制目标要求在启动过程中，机组转速的微分与转速的偏差的比值保持不变，保证在偏差大的时候有较高的转速变化，小偏差时的转速变化相对较小，而且这个变化是指向偏差减少的方向，从而保证转速是平稳地逼近额定转速。由于起动过程与水头无关，电站水头测量大多不准，所以克服了机组起动时对水头的依赖。

开环控制是指没有反馈环节，系统的稳定性不高，响应时间相对来说很长，精确度不高，使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统.

闭环控制指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。在控制论中，闭环通常指输出端通过“旁链”方式回馈到输入，所谓闭环控制。输出端回馈到输入端并参与对输出端再控制，这才是闭环控制的目的，这种目的是通过反馈来实现的。

Claims (1)

1.一种基于抽水蓄能机组的调速器智能启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在调速器接到开机令后，把导叶开到一个启动开度，将机组开起来；

2)在机组转速上升到额定转速的30％时投入智能启动控制策略，不断的调节导叶开度，以保证机组不过速，所述智能启动控制策略的目标为：

其中Δf为转速偏差；

3)当机组转速上升到额定转速的98％时，切除智能启动控制策略，切换到频率偏差的PID控制，维持空载转速的稳定。

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