CN106026183A - 水轮机调速器孤网运行控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种水轮机调速器孤网运行控制方法及系统，该方法包括：在监测到系统进入孤网运行模式时，将当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定所述频率变化量所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围；选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值；根据所述当前PID参数值运算出当前周期的PID输出值；采用所述PID输出值进行孤网运行控制。本发明实施例的方案通过机组频率的变化选取不同的分组PID参数值来实现调速器的孤网调节，从而可以针对不同大小的扰动负荷选取不同的调节参数，可以快速准确地自适应调节机组频率，提高系统的稳定性。

Description

水轮机调速器孤网运行控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种水轮机调速器孤网运行控制方法及系统。

背景技术

水轮发电机组孤网运行时，通常采用固定的参数进行调节控制。然而，网上负荷是实时变化的，导致系统频率也无规律变化，主要表现在频率的变化幅值和变化率大小不一。由于机组的水流惯性和机组惯性的时间常数大，在频率变化的各个阶段，如果用一套固定的参数进行调节，将很难达到快速稳定的调节目的，甚至有可能使系统失去稳定性。

发明内容

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种水轮机调速器孤网运行控制方法及一种水轮机调速器孤网运行控制系统，其可以进行自适应调节控制，提高系统的稳定性。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种水轮机调速器孤网运行控制方法，包括步骤：

在监测到系统进入孤网运行模式时，将当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定所述频率变化量所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围；

选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值；

根据所述当前PID参数值运算出当前周期的PID输出值；

采用所述PID输出值进行孤网运行控制。

一种水轮机调速器孤网运行控制系统，包括：

阈值比较模块，用于在监测到系统进入孤网运行模式时，将当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定所述频率变化量所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围；

PID参数值选取模块，用于选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值；

运算模块，用于根据所述当前PID参数值运算出当前周期的PID输出值；

控制模块，用于采用所述PID输出值进行孤网运行控制。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其预先设置有多组的分组PID参数值，且设置有多个机组频率变化量阈值，其在监测到进入孤网运行模式时，通过将当前机组频率值与上一周期机组频率值进行比较，得到频率变化量，并基于该频率变化量选取适当的分组PID参数值来运算确定出PID输出值，据此进行孤网运行控制。在网上负荷变化引起机组频率变化的情况下，通过机组频率的变化选取不同的分组PID参数值来实现调速器的孤网调节，从而可以针对不同大小的扰动负荷选取不同的调节参数，可以快速准确地自适应调节机组频率，提高系统的稳定性。

附图说明

图1是一个实施例中的水轮机调速器孤网运行控制方法的流程示意图；

图2是一个具体示例中的水轮机调速器孤网运行控制方法的流程示意图；

图3是一个实施例中的水轮机调速器孤网运行控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出了一个实施例中的水轮机调速器孤网运行控制方法。如图1所示，该实施例中的方法包括步骤：

步骤S101：在监测到系统进入孤网运行模式时，将当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定所述频率变化量所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围；

步骤S102：选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值；

步骤S103：根据所述当前PID参数值运算出当前周期的PID输出值；

步骤S104：采用所述PID输出值进行孤网运行控制。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其预先设置有多组的分组PID参数值，且设置有多个机组频率变化量阈值，其在监测到进入孤网运行模式时，通过将当前机组频率值与上一周期机组频率值进行比较，得到频率变化量，并基于该频率变化量选取适当的分组PID参数值来运算确定出PID输出值，据此进行孤网运行控制。在网上负荷变化引起机组频率变化的情况下，通过机组频率的变化选取不同的分组PID参数值来实现调速器的孤网调节，从而可以针对不同大小的扰动负荷选取不同的调节参数，可以快速准确地自适应调节机组频率，提高系统的稳定性。

在一个实施例中，如图1所示，在上述步骤S103之前，还可以包括：

步骤S1021：根据所述当前机组频率值与所述上一周期机组频率值的大小关系，选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的开环增量值作为当前开环增量值。

此时，在上述步骤S103中，是根据所述当前PID参数值、所述当前开环增量值运算出所述当前周期的PID输出值。

从而，通过结合开环增量值来确定PID输出值，可以加快调节速度。

上述系统进入孤网运行模式的条件，可以结合实际需要来设置，据此，在一个实施例中，如图1所示，在上述步骤S101之前，还可以包括：

步骤S100：在监测到所述当前机组频率值与机组额定频率的差值大于预定频率死区值、且所述频率变化量大于孤网判断频率变化量阈值时，判定系统进入孤网运行模式。

图2中示出了一个具体示例中的水轮机调速器孤网运行控制方法的流程示意图。

在该具体实例中，在执行上述方法时，可先进行程序的初始化，设定好上述方法在运行过程中可能设定好的各种参数值。包括：

预定频率死区值E_f，该预定频率死区值E_f可以设置成为一个绝对值；

孤网运行时的n组分组PID参数(K_p1、K_i1、K_d1，……，K_pn、K_in、K_dn)，其中，K_p1……K_pn表示PID参数中的比例增益，K_i1……K_in表示PID参数中的积分增益，K_d1……K_dn表示PID参数中的微分增益，K_p1、K_i1、K_d1构成第1组分组PID参数，K_pn、K_in、K_dn构成第n组分组PID参数；n的具体取值可以根据现场负荷变化的情况划分等级来确定，K_p1、K_i1、K_d1，……，K_pn、K_in、K_dn的各自的具体取值可以结合现场情况结合实际技术经验来确定；

PID的开环增量值ΔK₁，……，ΔK_n，其中0＜ΔK₁＜...＜ΔK_n，ΔK₁，……，ΔK_n的各自的具体取值可以结合现场情况结合实际技术经验来确定；

孤网判断频率变化量阈值f_a0，机组频率变化量阈值f_a1，……，f_an-1，其中，0＜f_a0＜...＜f_an-1，其中，f_a0，……，f_an-1的各自的具体取值可以结合现场情况结合实际技术经验来确定。

然后，在具体运行过程中，获取当前机组频率值F_J，并将前机组当频率值F_J赋值给上一次(即上一周期)机组频率值F_J-1。

启动定时器，在定时时间到时，计算当前机组频率值F_J与机组额定频率F_G的差值e(n)＝F_J-F_G，计算当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量ΔF。

其中，在计算频率变化量ΔF时，可以采用两种不同的方式进行。

在其中一种方式中，频率变化量可以为当前机组频率值F_J与上一周期机组频率值F_J-1的差值，即ΔF＝F_J-F_J-1。

在另外一种方式中，频率变化量可以为当前机组频率值F_J与上一周期机组频率值F_J-1的差值与机组额定频率F_G的比例值，即

然后用计算出的e(n)与ΔF判断是否满足孤网条件。在本实施例中的一个具体示例中，可以是在当前机组频率值F_J与机组额定频率F_G的差值e(n)大于预定频率死区值E_f、且频率变化量ΔF大于孤网判断频率变化量阈值f_a0时，判定满足孤网运行条件，否则判定不满足孤网运行条件。

如果不满足孤网运行条件，则复位孤网标志，复位定时器，返回上述过程，将前机组当频率值F_J赋值给上一次(即上一周期)机组频率值F_J-1后，进入新一轮的定时器定时时间的处理过程。

如果满足孤网运行条件，进入孤网运行模式后，计算当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量ΔF。并将频率变化量ΔF与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定频率变化量ΔF所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围，并选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值。并结合当前机组频率值F_J与上一周期机组频率值F_J-1的大小关系，选取与频率变化量ΔF所处的频率变化量阈值区间范围对应的开环增量值作为当前开环增量值。

举例来说，结合上述设定的机组频率变化量阈值f_a1，……，f_an-1、开环增量值ΔK₁，……，ΔK_n为例：

如果|ΔF|≤f_a1，则选取第1组分组PID参数K_p1、K_i1、K_d1作为当前PID参数值；如果同时ΔF＜0，则将ΔK₁作为当前开环增量值，而如果ΔF＞0，则将-ΔK₁作为当前开环增量值；

如果f_a1＜|ΔF|≤f_a2，则选取第2组分组PID参数K_p2、K_i2、K_d2作为当前的PID参数值；如果同时ΔF＜0，则将ΔK₂作为当前开环增量值，而如果ΔF＞0，则将-ΔK₂作为当前开环增量值；

依此类推；

如果f_an-1＜|ΔF|，则选取第n组分组PID参数K_pn、K_in、K_dn作为当前PID参数值；如果同时ΔF＜0，则将ΔK_n作为当前的开环增量值，而如果ΔF＞0，则将-ΔK_n作为当前开环增量值。

随后，即可根据当前PID参数值、当前开环增量值、上一周期的PID输出值、当前周期的频率偏差值、相邻的前两个周期的频率偏差值运算出所述当前周期的PID输出值。

在一个具体实例中，确定PID输出值的具体的运算公式可以为：

Y_(K)＝Y_(K-1)+K_pj((e(n)-e(n-1))+K_ije(n)+K_dj(e(n)-2e(n-1)+e(n-2)))+ΔK_j

其中，Y_(K)表示计算出的当前周期的PID输出值，Y_(K-1)表示上一周期的PID输出值，e(n)表示当前周期的频率偏差值，e(n-1)表示上一周期的频率偏差值，e(n-2)表示上上周期的频率偏差值，K_pj、K_ij、K_dj为当前的分组PID参数值，ΔK_j表示当前的开环增量值。本领域技术人员可以理解，j的取值为1≤j≤n。

随后，复位定时器，复位定时器，返回上述过程，将前机组当频率值F_J赋值给上一次(即上一周期)机组频率值F_J-1后，进入新一轮的定时器定时时间的处理过程。

其中，上述开环增量值ΔK_j在具体应用时，可以是每进入一次孤网运行模式，ΔK_j作用于Y_(K)的输出一次，然后不再作用于Y_(K)，直到本次孤网模式结束，进入正常调节模式。

以孤网运行两组参数的选取为例，设定好预定频率死区值E_f(例如0.5Hz)、

两组分组PID参数：K_p1、K_i1、K_d1和K_p2、K_i2、K_d2，两个开环增量值ΔK₁和ΔK₂、孤网判断频率变化量阈值f_a0、机组频率变化量阈值f_a1。

将前机组当频率值F_J赋值给上一次(即上一周期)机组频率值F_J-1后，假设启动200ms定时器，计算当前周期的频率偏差值e(n)＝当前机组频率值F_J-机组额定频率F_G，并计算频率变化量ΔF＝当前机组频率值F_J-上一周期机组频率值F_J-1，或者计算频率变化量ΔF＝(当前机组频率值F_J-上一周期机组频率值F_J-1)/机组额定频率F_G。

如果|e(n)|＞E_f且|ΔF|＞f_a0，则判定满足孤网运行条件，设置孤网运行标志。否则判定不满足孤网运行条件，复位孤网运行标志，复位定时器，返回上述过程，将前机组当频率值F_J赋值给上一次(即上一周期)机组频率值F_J-1后，进入新一轮的定时器定时时间的处理过程。

进入孤网运行模式后：

(1)如果|ΔF|≤f_a1，选取第1组分组PID参数K_p1、K_i1、K_d1作为当前PID参数值；

a、若ΔF＜0，则将ΔK₁作为当前开环增量值，本次的PID输出值为：

Y_(K)＝Y_(K-1)+K_p1((e(n)-e(n-1))+K_i1e(n)+K_d1(e(n)-2e(n-1)+e(n-2)))+ΔK₁b、若ΔF＞0，则将-ΔK₁作为当前开环增量值，本次的PID输出值为：

Y_(K)＝Y_(K-1)+K_p1((e(n)-e(n-1))+K_i1e(n)+K_d1(e(n)-2e(n-1)+e(n-2)))-ΔK₁

(2)如果|ΔF|＞f_a1，选取第2组分组PID参数K_p2、K_i2、K_d2作为当前PID参数值；

a、若ΔF＜0，则将ΔK₂作为当前开环增量值，本次的PID输出值为：

Y_(K)＝Y_(K-1)+K_p2((e(n)-e(n-1))+K_i2e(n)+K_d2(e(n)-2e(n-1)+e(n-2)))+ΔK₂b、若ΔF＞0，则将-ΔK₂作为当前开环增量值，本次的PID输出值为：

Y_(K)＝Y_(K-1)+K_p2((e(n)-e(n-1))+K_i2e(n)+K_d2(e(n)-2e(n-1)+e(n-2)))-ΔK₂如果下一次的程序周期仍然为孤网运行模式，则Y_(K)的输出不附加开环增量值ΔK_n，直到本次孤网运行模式退出后，下次重新进入孤网模式时，再附加对应的开环增量值ΔK_n。

基于与上述方法相同的思想，本发明实施例还提供一种水轮机调速器孤网运行控制系统。图3中示出了一个实施例中的系统的结构示意图。

如图3所示，该实施例中的系统包括：

阈值比较模块301，用于在监测到系统进入孤网运行模式时，将当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定所述频率变化量所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围；

PID参数值选取模块302，用于选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值；

运算模块303，用于根据所述当前PID参数值运算出当前周期的PID输出值；

控制模块304，用于采用所述PID输出值进行孤网运行控制。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其预先设置有多组的分组PID参数值，且设置有多个机组频率变化量阈值，其在监测到进入孤网运行模式时，通过将当前机组频率值与上一周期机组频率值进行比较，得到频率变化量，并基于该频率变化量选取适当的分组PID参数值来运算确定出PID输出值，据此进行孤网运行控制。在网上负荷变化引起机组频率变化的情况下，通过机组频率的变化选取不同的分组PID参数值来实现调速器的孤网调节，从而可以针对不同大小的扰动负荷选取不同的调节参数，可以快速准确地自适应调节机组频率，提高系统的稳定性。

在一个实施例中，如图3所示，该实施例的系统还可以包括：

开环增量值选取模块3021，用于根据所述当前机组频率值与所述上一周期机组频率值的大小关系，选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的开环增量值作为当前开环增量值。

此时，上述运算模块303，是根据所述当前PID参数值、所述当前开环增量值运算出所述当前周期的PID输出值。

从而，通过结合开环增量值来确定PID输出值，可以加快调节速度。

在一个具体实例中，上述运算模块303，还可以是根据所述当前PID参数值、所述当前开环增量值、上一周期的PID输出值、当前周期的频率偏差值、相邻的前两个周期的频率偏差值运算出所述当前周期的PID输出值。从而可以结合之前周期的频率变化情况，综合确定PID输出值，以增强系统的稳定性。

上述系统进入孤网运行模式的条件，可以结合实际需要来设置，据此，在一个具体示例中，如图3所示，本实施例中的还可以包括：

孤网监测模块300，用于在监测到所述当前机组频率值与机组额定频率的差值大于预定频率死区值、且所述频率变化量大于孤网判断频率变化量阈值时，判定系统进入孤网运行模式。

其中，在计算频率变化量时，可以采用两种不同的方式进行。

在其中一种方式中，频率变化量可以为当前机组频率值与上一周期机组频率值的差值。

在另外一种方式中，频率变化量可以为当前机组频率值与上一周期机组频率值的差值与机组额定频率的比例值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水轮机调速器孤网运行控制方法，其特征在于，包括步骤：

在监测到系统进入孤网运行模式时，将当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定所述频率变化量所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围；

选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值；

根据所述当前PID参数值运算出当前周期的PID输出值；

采用所述PID输出值进行孤网运行控制。

2.根据权利要求1所述的水轮机调速器孤网运行控制方法，其特征在于：

还包括步骤：根据所述当前机组频率值与所述上一周期机组频率值的大小关系，选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的开环增量值作为当前开环增量值；

根据所述当前PID参数值、所述当前开环增量值运算出所述当前周期的PID输出值。

3.根据权利要求2所述的水轮机调速器孤网运行控制方法，其特征在于，根据所述当前PID参数值、所述当前开环增量值、上一周期的PID输出值、当前周期的频率偏差值、相邻的前两个周期的频率偏差值运算出所述当前周期的PID输出值。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的水轮机调速器孤网运行控制方法，其特征在于，

在监测到所述当前机组频率值与机组额定频率的差值大于预定频率死区值、且所述频率变化量大于孤网判断频率变化量阈值时，判定系统进入孤网运行模式。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的水轮机调速器孤网运行控制方法，其特征在于，包括下述两项中的任意一项：

所述频率变化量为当前机组频率值与上一周期机组频率值的差值；

所述频率变化量为当前机组频率值与上一周期机组频率值的差值与机组额定频率的比例值。

6.一种水轮机调速器孤网运行控制系统，其特征在于，包括：

阈值比较模块，用于在监测到系统进入孤网运行模式时，将当前机组频率值相对于上一周期机组频率值的频率变化量与设定的各机组频率变化量阈值比较，确定所述频率变化量所处的基于各机组频率变化量阈值确定的频率变化量阈值区间范围；

PID参数值选取模块，用于选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的分组PID参数值作为当前PID参数值；

运算模块，用于根据所述当前PID参数值运算出当前周期的PID输出值；

控制模块，用于采用所述PID输出值进行孤网运行控制。

7.根据权利要求6所述的水轮机调速器孤网运行控制系统，其特征在于：

还包括步骤：开环增量值选取模块，用于根据所述当前机组频率值与所述上一周期机组频率值的大小关系，选取与所述频率变化量所处的频率变化量阈值区间范围对应的开环增量值作为当前开环增量值；

所述运算模块，用于根据所述当前PID参数值、所述当前开环增量值运算出所述当前周期的PID输出值。

8.根据权利要求7所述的水轮机调速器孤网运行控制系统，其特征在于，所述运算模块，用于根据所述当前PID参数值、所述当前开环增量值、上一周期的PID输出值、当前周期的频率偏差值、相邻的前两个周期的频率偏差值运算出所述当前周期的PID输出值。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的水轮机调速器孤网运行控制系统，其特征在于，

还包括孤网监测模块，用于在监测到所述当前机组频率值与机组额定频率的差值大于预定频率死区值、且所述频率变化量大于孤网判断频率变化量阈值时，判定系统进入孤网运行模式。

10.根据权利要求6至8任意一项所述的水轮机调速器孤网运行控制系统，其特征在于，包括下述两项中的任意一项：

所述频率变化量为当前机组频率值与上一周期机组频率值的差值；

所述频率变化量为当前机组频率值与上一周期机组频率值的差值与机组额定频率的比例值。