CN103498759B - 一种发电机接力器行程的容错控制方法 - Google Patents

一种发电机接力器行程的容错控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发电机接力器行程的容错控制方法，当机组控制系统正常运行时，接力器行程采用含非线性积分的PI控制，当接力器行程传感器被诊断出故障时，控制器启动其软件数学模型，通过计算得到其反馈值，经PWM、功率放大及滤波后，输出至机械液压随动系统，使发电机组继续在自动方式实施闭环实时控制，使机组无需切换至手动运行状态，也无需停机，可继续在自动方式实施闭环实时控制，并在机组甩负荷时，可自动调整到空载状态，防止机组过速，控制精度及控制性能优于手动运行状态，对发电机组的安全运行有很重要作用。

Description

一种发电机接力器行程的容错控制方法
技术领域
本发明涉及新能源发电及接入技术，尤其是一种发电机接力器行程的容错控制方法。
背景技术
在风力发电中，采用变浆控制技术控制风力发电机浆叶接力器行程来改变其叶片转角，使风机额定点以上输出功率平稳，减少气候变化对输出功率造成的影响，并能在各种条件下，对动力矩控制进行优化，对机组运行的安全也有很重要的作用。在水力发电中，通过对水轮发电机导叶接力器行程的控制来改变其导叶开度，可调整水轮机动力矩，以控制调整发电机的频率及有功功率。发电机组中，控制浆叶或导叶接力器行程有伺服电机、机械液压等控制方式。在机械液压控制方式中，当浆叶或导叶接力器行程传感器发生故障时，如采用常规控制，就需将机组切至手动运行或停机。在手动运行状态下，它不是闭环实时控制，控制精度低，控制速度慢，当机组出现故障与系统解列甩负荷时，还会产生机组过速，影响发电机及压力钢管等设备的寿命。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种发电机接力器行程的容错控制方法，当发电机浆叶或导叶接力器行程传感器发生故障时，采用容错控制方法，使机组无需切换至手动运行状态，也无需停机，可继续在自动方式实施闭环实时控制，并在机组甩负荷时，可自动调整到空载状态，防止机组过速，控制精度及控制性能优于手动运行状态，对发电机组的安全运行有很重要作用。
为实现上述发明目的，本发明发电机接力器行程的容错控制方法可采用如下技术方案：
一种发电机接力器行程的容错控制方法，包括接力器软件数学模型、接力器行程PI（非线性积分）控制算法、PWM（脉冲宽度调制）输出、接力器行程传感器、传感器诊断系统；
当机组控制系统正常运行时，接力器行程采用含非线性积分的PI控制，当接力器行程传感器被诊断出故障时，控制器启动其软件数学模型，通过计算得到其反馈值，经PWM、功率放大及滤波后，输出至机械液压随动系统，使发电机组继续在自动方式实施闭环实时控制而无需切换至手动状态运行。
所述的接力器行程采用PI控制，是比例积分控制，其中积分控制中采用非线性积分，即当导叶接力器行程偏差ey大于零时，积分控制分量为当ey过零点时，ey(n)*ey(n+1)<0时，积分值清零，然后再对ey进行积分；KI为积分增益，t为时间，n为表示第n个导叶，n为大于1的自然数。此种控制方法克服了常规积分控制中上升时间与超调量失衡的缺陷，积分增益取值范围大，上升时间快，调节时间短，且超调量小，具有较好的鲁棒性，系统的稳定裕量指标得到明显改善，是无差调节系统。
所述的接力器软件模型，其数学模型传递函数为导叶控制PI输出值为Yout。接力器行程计算值YFB(n+1)=YFB(n)+Yout×TY，得到其反馈值为YFB，经计算，得到偏差ey，进行PI计算，进行闭环实时控制而无需切换至手动状态运行；解决了因接力器行程传感器故障切换至手动运行时，控制精度低，控制时间长，甩负荷状态因机组过速给发电机组带来安全隐患等问题。发电机组浆叶接力器行程容错控制方法与其相同。其中，TY为接力器时间常数。
PWM输出模块，采用脉宽调制方式取代了传统的D/A变换器，PWM的周期固定，通过改变它高电平宽度来表达它的直流分量，通过二阶低通滤波器滤掉其高次谐波得到它的直流分量，经功率放大后输出至液压随动系统。
接力器行程传感器故障诊断系统，由计算机对传感器行程采样后，先进行数字滤波，然后由故障诊断系统诊断；诊断依据为：传感器行程范围、最快关闭时间TS、采样周期T、接力器时间常数TY。
本发明与现有技术相比，在发电机组的接力器行程控制系统中，当其传感器出现故障时，通过诊断系统进行识别后，可不切换至手动状态运行，采用接力器软件数学模型，经过计算得到接力器行程数据作为其反馈值，确保在发电机接力器行程传感器出现故障时维持在实时闭环自动控制方式下运行。发电机接力器行程闭环控制采用非线性积分的PI控制，比常规PI控制在调节时间、稳定裕量等控制指标上有很大的提高，解决了因接力器行程传感器故障切换至手动运行时，控制精度低，控制时间长，甩负荷状态因机组过速给发电机组带来安全隐患等问题。
附图说明
图1是本发明中发电机接力器行程控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
请参阅图1所示，如图1所示，本发明接力器行程容错控制方法包括：接力器软件数学模型、接力器行程PI（非线性积分）控制算法、PWM（脉冲宽度调制）输出、功率放大及滤波、液压随动系统、接力器、接力器行程传感器、传感器诊断系统、软件切换开关。
控制器根据发电机组运行状态及参数等条件，输出导叶接力器行程给定值YGV或浆叶接力器行程给定值FGV，接力器行程传感器输出其反馈值YFB或FFB。经计算，得到导叶接力器行程偏差ey或浆叶接力器行程偏差ef。本PI算法在常规PI算法上做了改进，采用了非线性积分，以下以发电机导叶控制为例，当偏差ey过零点时，ey(n)*ey(n+1)<0时，积分控制分量清零。然后对ey再进行积分，此种算法解决了上升时间与超调量失衡的问题，对系统的鲁棒性、调节时间、超调量指标有明显的提高。
PWM输出模块，采用脉宽调制方式取代了传统的D/A变换器，PWM的周期固定，通过改变它高电平宽度来表达它的直流分量，通过二阶低通滤波器滤掉其高次谐波得到它的直流分量，经功率放大后输出至液压随动系统。PWM输出与常规的D/A变换器相比，具有硬件电路简单，成本低，可靠性高等优点，PWM输出经滤波器滤波后，还具有一定的基波交流分量，对机械液压部件的卡阻有一定的抑制作用，适用于机械液压随动系统的控制。
液压随动系统由电液伺服阀、引导阀、辅助接力器、主配压阀、主接力器等液压部件组成，引导阀、辅助接力器是第一级液压放大器，主配压阀、主接力器导是第二级液压伺服装置。
接力器行程传感器采用旋转变压器等部件组成的数字式位移变送器，通过传动机构将接力器行程转变为旋转变压器的旋转角度，其转子输出电压经过电路变换后由计数器计数，可直接由计算机读取。
接力器行程传感器故障诊断系统，由计算机对传感器行程采样，先进行数字滤波，然后由故障诊断系统诊断。诊断依据为：传感器行程范围、最快关闭时间TS、采样周期T、接力器时间常数TY等。当出现N次以下情况之一，即判定接力器行程传感器故障:
1.当传感器采样值超出其规定的范围；
2.采样值突变，时，K是TS、TY、T的函数；
3.采样值固定不变或未按PI调节变化；
接力器软件模型：当计算机检测到传感器故障时，通过软件开关切换至接力软件模型，其数学模型传递函数为导叶控制PI输出值为Yout。接力器行程计算值YFB(n+1)=YFB(n)+Yout×TY，由此得到其反馈值为YFB，经计算，得到偏差ey，可进行PI计算，进行闭环实时控制，避免了因接力器行程传感器故障切手动运行，解决了因手动运行带来的一系列问题。

Claims (5)

1.一种发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于，包括接力器软件数学模型、接力器行程PI控制算法、PWM输出、接力器行程传感器、传感器诊断系统；
当机组控制系统正常运行时，接力器行程采用含非线性积分的PI控制，当接力器行程传感器被诊断出故障时，控制器启动其软件数学模型，通过计算得到其反馈值，经PWM、功率放大及滤波后，输出至机械液压随动系统，使发电机组继续在自动方式实施闭环实时控制。
2.如权利要求1所述的发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于：所述的接力器行程采用PI控制，是比例积分控制，其中积分控制中采用非线性积分，即当导叶接力器行程偏差ey大于零时，积分控制分量为当ey过零点时，ey(n)*ey(n+1)<0时，积分值清零，然后再对ey进行积分；KI为积分增益，t为时间，n为表示第n个导叶，n为大于1的自然数。
3.如权利要求2所述的发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于：所述的接力器软件模型，其数学模型传递函数为导叶控制PI输出值为Yout接力器行程计算值YFB(n+1)＝YFB(n)+Yout×TY，得到其反馈值为YFB，经计算，得到偏差ey，进行PI计算，进行闭环实时控制；其中，TY为接力器时间常数。
4.如权利要求3所述的发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于：PWM输出模块，采用脉宽调制方式取代了传统的D/A变换器，PWM的周期固定，通过改变它高电平宽度来表达它的直流分量，通过二阶低通滤波器滤掉其高次谐波得到它的直流分量，经功率放大后输出至液压随动系统。
5.根据权利要求4中所述的发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于：接力器行程传感器故障诊断系统，由计算机对传感器行程采样后，先进行数字滤波，然后由故障诊断系统诊断；诊断依据为：传感器行程范围、最快关闭时间TS、采样周期T、接力器时间常数TY。
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