CN107966912A - 一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，在水轮机调速器装置内部嵌入水轮机模型、发电机模型及故障诊断模块；通过获取实际被控对象水轮机及发电机组的基本参数，将水轮机模型和发电机模型分别抽象成拉普拉斯传递函数表达式；然后拉普拉斯传递函数进行差分离散变换，以便程序计算，采集水轮机导叶接力器行程反馈输入到水轮机模型，将水轮机模型的输出输入到发电机模型，计算出发电机转速和有功功率输出；将发电机转速和有功功率信号反馈到实际调速器电柜，实现对调速系统的转速和功率闭环控制。本发明不依赖外部仿真设备，利用调速器本身资源即可实现调速系统模拟试验及故障诊断，提高调速器设备出厂试验的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，属于水轮机调速器控制技术领域。
背景技术
水轮机调速器是水力发电厂的重要设备，承担着调节水轮机转速及控制出力的任务，其性能的优劣直接影响到机组的调节品质和安全稳定，因此调速器能否准确快速的进行性能和功能试验就显得尤为关键。水轮机调速器处于一个水、机、电联合作用的复杂系统中，为了检验其运行性能，必须将其与所调节、控制的对象联合起来进行试验，因此检验调速器的性能必须将其放入到整个水电机组系统中去。一般都是通过一系列现场试验来实现的，如机组开、停机，频率及负荷扰动，甩负荷等动态特性试验。然而，由于设备出厂时由于没有水轮机、发电机等控制对象，不能完成机组的转速及功率的动态闭环检验，大多数只能做到系统静特性试验为止。目前水电机组安装调试的周期越来越短，系统安装完成后到机组并网，往往只有十多天调试时间，若出厂试验不完整，没有做过空载、并网等动态模拟试验，现场试验发现问题，往往来不及整改，将给现场真机试验带来极大风险。目前有条件的调速器厂家及水电厂会使用专用的独立的仿真装置进行机组状态模拟，从而对调速器系统进行模拟试验。但是这种方案存在设备价格昂贵的缺点，一套专用设备动辄几十万，小型电厂或调速器厂家根本负担不了。试验接线较为复杂，需要将导叶开度、桨叶开度、断路器信号等连线到仿真装置，将仿真输出的功率、频率等信号连线到调速器，每做一台调速器设备试验就需要进行一次线缆的拆装，大大降低了试验效率。目前市场上的仿真装置质量并不可靠，经常出现频率通道信号失常、模拟量测不准、因接地不良信号易受干扰等问题，而仿真装置的厂家并不能及时针对产品故障进行修复也是当前仿真装置广为电厂诟病的原因之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，通过在水轮机调速器装置内部嵌入水轮机及发电机模型及故障诊断程序，与调速器装置形成闭环系统，既可以实现水轮机控制系统模拟，又可以实现状态检测。
为解决上述技术问题，本发明提供一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，包括以下步骤：
1)在水轮机调速器装置内部嵌入水轮机模型、发电机模型及故障诊断模块；
2)通过获取实际被控对象水轮机及发电机组的基本参数，将水轮机模型和发电机模型分别抽象成拉普拉斯传递函数表达式，并进行差分离散变换；
3)设置水流惯性时间常数Tw、发电机转动惯量时间常数Ta、负荷自调节系数eg、空载开度Ynld，然后设置初始化调节参数，包括PID调节模块1和PID调节模块2的比例、积分、微分参数，设置调差系数bp；
4)依次模拟发电机开机试验，模拟发电机空载扰动试验，模拟并网工况下的负荷扰动试验，模拟发电机甩负荷试验；在模拟发电机空载扰动试验和并网工况下的负荷扰动试验过程中，将水轮机导叶接力器位置信号输入到水轮机模型和发电机模型，计算出发电机转速和有功功率输出；然后将发电机转速和有功功率信号反馈到实际调速器电柜，实现对调速系统的转速和功率闭环控制。
前述的步骤2)中，
水轮机模型的拉普拉斯传递函数表达式为：
其中，为水流惯性时间常数，L为引水管长度，Q为流量，H为水头，A为截面，g为重力加速度，s为拉普拉斯算子，y为导叶开度，Pm为水轮机轴功率；
对拉普拉斯传递函数进行差分变换，过程如下：
将拉普拉斯传递函数式(1)变换为：
写成差分形式：
整理得到：
其中，Δt为离散计算周期，即调速器控制器本身的程序执行周期，yi为i时刻的导叶开度，yi-1为i-1时刻的导叶开度，Pmi为i时刻的水轮机轴频率，Pm(i-1)为i-1时刻的水轮机轴频率；
所述水轮机模型通过实时采集导叶开度yi，计算出水轮机轴频率，输出至发电机模型。
前述的步骤2)中，
发电机模型的拉普拉斯传递函数表达式为：
其中，Ta为发电机转动惯量时间常数，eg为负荷自调节系数，s为拉普拉斯算子；
对拉普拉斯传递函数进行差分离散变换，过程如下：
将拉普拉斯传递函数式(5)变换为：
写成差分形式：
整理得到：
其中，Pei为i时刻的发电机功率，Pe(i-1)为i-1时刻的发电机功率；
所述发电机模型通过输入水轮机出力，输出为发电机功率Pe和转速Ne。
前述的发电机功率和转速输出为：
转速输出：
(1)当机组并网时，即断路器合闸的情况，模型输出转速对应50Hz频率，对应输出信号为50Hz方波；
(2)当机组空载时，即断路器分闸的情况，模型输出为与Pe相对应的变化转速，仿真转速输出为：
其中，K1为比例系数，N为仿真转速输出；
功率输出：
(1)当机组空载时，即断路器分闸的情况，仿真功率输出P固定为0；
(2)当机组并网时，即断路器合闸的情况，仿真功率输出P为：
P＝K2Pe，
其中，K2为比例系数。
前述的步骤4)中，模拟发电机开机试验具体为：首先将导叶开度关闭到0，机组转速降到0，断开发电机出口断路器，此时bp为0；然后设置转速给定等于50Hz，调速器输入开机指令，导叶给定为空载开度，导叶逐渐开启，模型输出相应变化的转速信号，经过相应的转速PID调节和开度PID调节，最终转速上升到50Hz附近，开度维持在空载开度附近。
前述的步骤4)中，模拟发电机空载扰动试验具体为：机组已经开启到空载，在人机界面上修改转速给定，此时产生转速偏差，通过PID调节模块1产生导叶开度变化量，与空载开度Ynld叠加，输出开度给定，再与导叶开度比较，产生开度偏差，经过PID调节模块2，调节导叶接力器到给定位置，该位置信号输入到水轮机模型及发电机模型，仿真转速N随导叶开度y变化，当y大于Ynld时，转速信号为高于50Hz的方波，反之为低于50Hz的方波，仿真功率P始终输出为0；最终仿真转速N与设定的转速相接近。
前述的步骤4)中，模拟并网状况下的负荷扰动试验具体为，机组在空载情况下，合上发电机出口断路器，此时机组转入并网工况，bp为设定值，转速给定恒等于50Hz，此时仿真功率P随导叶开度y变化而变化，修改功率设定值，与当前仿真功率比较，产生功率偏差，再乘以调差系数bp，通过PID调节模块1产生导叶开度变化量，与空载开度叠加，输出开度给定，再与导叶开度比较，产生开度偏差，经过PID调节模块2，调节导叶接力器到给定位置，该位置信号输入到水轮机及发电机模型，仿真功率P随导叶开度y变化，当y等于Ynld时，仿真功率P为0，当y等于0.9到0.95范围时，仿真功率P为1，该信号被调速器电气柜所采样并换算出相应的功率反馈，与功率设定值相比较。
前述的步骤4)中，模拟机组甩负荷试验具体为：在发电工况下，导叶开度y在0.7以上，模型输出一定功率P的基础上，断开出口断路器，此时模型由发电工况转为空载工况，仿真功率P输出为0，仿真转速N随导叶开度y变化而变化，由于此时导叶开度y较大，仿真转速N迅速从额定转速上升，调速器必须根据转速变化来调节，将导叶迅速关闭并最终调节机组转速在额定转速附近。
前述的步骤1)中，内嵌的水轮机模型、发电机模型及故障诊断模块采用PCC编程实现，且置于PCC标准任务层。
前述的水轮机模型程序、发电机模型程序及故障诊断模块程序独立于调速器的控制程序，在需要进行系统模拟时，通过外部硬开关或软开关控制系统水轮机模型程序和发电机模型程序投入执行，对系统进行仿真模拟；当需要进行状态检测时，通过开关将故障诊断模块程序投入执行，对调速器进行故障诊断及预测；当机组正式运行，通过断开开关使程序退出执行，程序退出后不占用系统资源，不会影响调速器控制程序的正常运行。
本发明所达到的有益效果：
(1)本发明方法通过模拟水轮发电机组完整闭环控制，可以实现机组的开机、停机、并网、负荷增减、甩负荷等动态试验，提高调速器设备出厂试验的完整性。调速器内部运行的故障诊断程序实时获取调速器本身的运行状态，可以对调速器重要部件如比例伺服阀、主配压阀、电磁阀以及调速程序本身进行故障诊断及预测，并且可以提供相应的处理方法。
(2)利用本发明可以在出厂时模拟现场动态试验项目，提前预知设备出厂调节性能和功能，及早发现设备缺陷所在，为现场的安装和试验提供可信服的依据，从而保证出厂设备的安全和可靠；该技术不依赖外部仿真设备，利用调速器本身资源即可实现调速系统模拟试验及故障诊断，克服了现有试验方法需要采购昂贵的仿真装置，接线复杂，调试周期长等缺点。具有成本低廉、可移植性强、配置灵活多变、节约系统资源等优点，可普遍提高水轮机调速器试验能力。
附图说明
图1为本发明的水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法原理图；
图2为水轮机模型；
图3为发电机模型；
图4为本发明的水轮机调速器闭环试验原理图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一般系统的模拟方法主要有三种：实物模拟，通过缩小的或简化的物理模型进行仿真研究，优点是简单直观，但存在系统结构较为固定，参数改变困难等问题；数学模拟，即通过数学的方法建立数学模型对系统进行模拟，这种方法较为灵活，但是许多实际物理特征不能用数学模型来描述，造成模拟失真；混合模拟，即将物理模型、数学模型和实物联系在一起的试验方法，这样往往能够取得较为满意的效果。本发明实际是一种混合模拟方法，它将实物模拟部分的水轮机调速器、电液转换装置、液压放大装置、导叶接力器、桨叶接力器连同数学模拟方面的水轮机模型、发电机模型结合在一起，形成完整的控制闭环系统，达到较为真实的模拟效果。
本发明的水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法具体为，首先通过获取实际被控对象水轮机及发电机组的基本参数(水流惯性时间常数Tw、发电机转动惯量时间常数Ta、负荷自调节系数eg)，将其抽象成拉普拉斯传递函数表达式，接着进行差分离散变换，在调速器微控制器内部建立可供使用的数字模型。然后将水轮机导叶接力器(或试验接力器)行程反馈输入到水轮发电机组模型，通过数字模型换算出相应的机组转速和有功功率输出，将转速和功率信号反馈到实际调速器电柜，从而实现对调速系统的转速和功率闭环控制。
在调速器装置内部建立水轮机模型，水轮机具有非常复杂的非线性时变特性，目前的解决办法是通过水轮机的稳态特性来分析其动态特性，在工况变化并不剧烈的时刻可以通过稳态特性模拟实测结果。本发明采用理想水轮机模型，如图2所示：
其拉普拉斯传递函数表达式为：
水轮机输入为导叶开度y，输出为水轮机轴功率Pm，s为拉普拉斯算子。
其中，被称为水流惯性时间常数，L为引水管长度，Q为流量，H为水头，A为截面，g为重力加速度，通过水电站引水系统可以查询到确切数值。
计算机只能计算离散的数据，对于连续型的传递函数必须进行离散化后才能进行计算，常见的方法就是将传递函数写成差分的形式再进一步变换，变换如下：
将拉普拉斯传递函数式(1)变换为：
写成差分形式：
整理得到：
其中，Δt为离散计算周期，即调速器控制器本身的程序执行周期，yi为i时刻的导叶开度，yi-1为i-1时刻的导叶开度，Pmi为i时刻的水轮机轴频率，Pm(i-1)为i-1时刻的水轮机轴频率。
yi为i时刻的导叶开度，可以实时采集到。这样在微机控制器里就可以很方便计算出轴功率Pm，即水轮机出力。
发电机模型的建立，本发明采用常见的一阶发电机模型，如图3所示。
传递函数为
发电机的输入为水轮机出力Pm，输出为发电机功率Pe和转速Ne，当模拟机组空载工况时(断路器分闸)，Pe等于0，转速Ne随导叶开度y变化；当模拟机组并网工况时(断路器合闸)，转速Ne恒等于50Hz，功率Pe随导叶开度y变化。s为拉普拉斯算子。
其中，Ta为发电机转动惯量时间常数，eg为发电机阻力矩对转速变化的传递系数，也叫做负荷自调节系数，上述参数都有相关公式可以计算得出。
同样将传递函数式(5)变换为：
写成差分形式：
整理得到：
其中，Δt为离散计算周期，即调速器控制器本身的程序执行周期，Pmi为i时刻的水轮机轴频率，Pei为i时刻的发电机功率，Pe(i-1)为i-1时刻的发电机功率。
转速输出
(1)当机组并网时，即断路器合闸的情况，模型输出为额定转速(对应50Hz频率)，对应输出信号为50Hz方波；
(2)当机组空载时，即断路器分闸的情况，输出为与Pe相对应的变化转速，转速输出为：
其中，K1为比例系数，可根据不同机组类型调整，一般在0.5到1.5，N为仿真转速输出，Pe为发电机轴功率输出，
一般当导叶开度y为空载开度(一般在0.05到0.5范围)时，N应该输出为额定转速，对应信号输出为50Hz方波，当导叶开度大于空载开度时，N输出为频率高于50Hz的方波，反之则为频率低于50Hz的方波。
功率输出
(1)当机组空载时，即断路器分闸的情况，仿真功率输出信号P固定为0(对应0V电压)；
(2)当机组并网时，即断路器合闸的情况，仿真功率输出为：
P＝K2Pe，
其中，K2为比例系数，可根据不同机组类型调整，一般在0.5到1.5，
一般情况下功率P和导叶开度的对应关系为：y为空载开度时，功率P等于0，对应输出0V电压信号，y为0.95时，功率P等于1，对应输出10V电压信号。
调速系统整体模拟试验原理框图如图4，结合图1就可以在机组不开机的情况下完成调速系统的开停机、扰动、甩负荷等各种模拟试验。
调速系统模拟过程如下：
首先需要设置模型参数，可以根据电厂的实际机组参数，设置水流惯性时间常数Tw、发电机转动惯量时间常数Ta、负荷自调节系数eg，空载开度Ynld，然后设置初始化调节参数，主要包括PID调节模块1和PID调节模块2的比例、积分、微分参数，还包括设置调差系数bp，由程序设定，空载时为0，负载时一般为0.03到0.06。
模拟机组开机试验时，首先将导叶开度关闭到0，机组转速降到0，断开发电机出口断路器，此时bp为0。然后设置转速给定等于50Hz，调速器输入开机指令，导叶给定为空载开度，导叶逐渐开启，模型输出相应变化的转速信号，经过相应的转速PID调节和开度PID调节，最终转速上升到50Hz附近，开度维持在空载开度附近。
然后可以模拟机组空载扰动试验，机组已经开启到空载，可以在人机界面上修改转速给定，一般在48到52Hz范围，此时产生转速偏差，通过PID调节模块1产生导叶开度变化量，与空载开度Ynld叠加，输出开度给定，再与导叶开度比较，产生开度偏差，经过PID调节模块2，调节导叶接力器到给定位置，该位置信号输入到水轮机模型及发电机模型，仿真转速N随导叶开度y变化，当y大于Ynld时，转速信号为高于50Hz的方波，反之为低于50Hz的方波，仿真功率P始终输出为0。最终转速输出N与设定的转速相接近。通过记录导叶及转速的调节效果，选择相应的转速PID调节参数，进一步验证系统的动态调节性能和相关指标。
下一步可以模拟并网状况下的负荷扰动试验，机组在空载情况下，合上发电机出口断路器，此时机组转入并网工况，bp为0.04(设定值，可在人际界面修改)，转速给定恒等于50Hz(转速偏差为0)。此时仿真功率P随导叶开度y变化而变化。模拟负荷扰动试验时，导叶/功率切换开关置于下方，修改功率设定值，与当前仿真功率比较，产生功率偏差，再乘以调差系数bp，通过PID调节模块1产生导叶开度变化量，与空载开度叠加，输出开度给定，再与导叶开度比较，产生开度偏差，经过PID调节模块2，调节导叶接力器到给定位置，该位置信号输入到水轮机及发电机模型，仿真功率P随导叶开度y变化，一般当y等于Ynld时，仿真功率P为0(输出0V电压)，当y等于0.9到0.95范围时，仿真功率P为1(输出10V电压)，该信号被调速器电气柜所采样并换算出相应的功率反馈，与功率设定值相比较。通过记录导叶及功率的调节效果，选择相应的功率PID调节参数，进一步验证系统的动态调节性能和相关指标。
最后可以模拟机组甩负荷试验，可以在发电工况下，导叶开度y在0.7以上，模型输出一定功率P的基础上，断开出口断路器，此时模型由发电工况转为空载工况，仿真功率P输出为0，仿真转速N随导叶开度y变化而变化，由于此时开度y较大，仿真转速N迅速从额定(50Hz)上升，调速器必须根据转速变化来调节，将导叶迅速关闭并最终调节机组转速在额定转速附近(50Hz)，此项试验可以验证系统在事故情况下的动态调节性能和相关指标。
本发明通过在调速器控制器内部内嵌水轮机和发电机模型，实现了机组状态的模拟。在调速器装置中，系统模拟部分的程序及状态检测的程序是独立于调速器的控制程序而存在。在需要进行系统模拟时，通过外部硬开关或软开关控制系统模拟程序投入执行，对系统进行仿真模拟；当需要进行状态检测时，可以同样通过开关将状态检测程序投入执行，对调速器进行故障诊断及预测；当机组正式运行，又可以通过断开开关的方法使模拟程序退出执行，程序退出后不会占用系统资源，不会影响调速器控制程序的正常运行。
由奥地利B&R公司生产的可编程计算机控制器PCC既有PLC的高可靠性、易扩展性，又有IPC的分时多任务操作系统功能，特别是集成了高精度测频功能，在水轮机微机调速器领域已得到了广泛应用。此外PCC还提供了多种编程语言，特别是支持通用编程语言C，容易实现功能复杂的计算，使得模型建立简单、方便。下面为本发明采用C语言编写的水轮机模型程序，其中，x1对应导叶开度y,Delta_t为采样周期Δt，y1为水轮机出力Pm，Tw_2对应0.5Tw。
利用PCC编程的分时多任务特点，可实现上述模型，该模块置于PCC标准任务层(Cyclic)，迭代循环周期为10毫秒。
发电机模型与水轮机类似建立，这里不再累述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在水轮机调速器装置内部嵌入水轮机模型、发电机模型及故障诊断模块；
2)通过获取实际被控对象水轮机及发电机组的基本参数，将水轮机模型和发电机模型分别抽象成拉普拉斯传递函数表达式，并进行差分离散变换；
3)设置水流惯性时间常数Tw、发电机转动惯量时间常数Ta、负荷自调节系数eg、空载开度Ynld，然后设置初始化调节参数，包括PID调节模块1和PID调节模块2的比例、积分、微分参数，设置调差系数bp；
4)依次模拟发电机开机试验，模拟发电机空载扰动试验，模拟并网工况下的负荷扰动试验，模拟发电机甩负荷试验；在模拟发电机空载扰动试验和并网工况下的负荷扰动试验过程中，将水轮机导叶接力器位置信号输入到水轮机模型和发电机模型，计算出发电机转速和有功功率输出；然后将发电机转速和有功功率信号反馈到实际调速器电柜，实现对调速系统的转速和功率闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述步骤2)中，
水轮机模型的拉普拉斯传递函数表达式为：
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
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<mi>s</mi>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mn>0.5</mn>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>w</mi>
</msub>
<mi>s</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mi>y</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，为水流惯性时间常数，L为引水管长度，Q为流量，H为水头，A为截面，g为重力加速度，s为拉普拉斯算子，y为导叶开度，Pm为水轮机轴功率；
对拉普拉斯传递函数进行差分变换，过程如下：
将拉普拉斯传递函数式(1)变换为：
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mn>0.5</mn>
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写成差分形式：
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整理得到：
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<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
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</mrow>
其中，Δt为离散计算周期，即调速器控制器本身的程序执行周期，yi为i时刻的导叶开度，yi-1为i-1时刻的导叶开度，Pmi为i时刻的水轮机轴频率，Pm(i-1)为i-1时刻的水轮机轴频率；
所述水轮机模型通过实时采集导叶开度yi，计算出水轮机轴频率，输出至发电机模型。
3.根据权利要求2所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述步骤2)中，
发电机模型的拉普拉斯传递函数表达式为：
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>e</mi>
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<mo>=</mo>
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<mn>1</mn>
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<mo>(</mo>
<mn>5</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，Ta为发电机转动惯量时间常数，eg为负荷自调节系数，s为拉普拉斯算子；
对拉普拉斯传递函数进行差分离散变换，过程如下：
将拉普拉斯传递函数式(5)变换为：
<mrow>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>e</mi>
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写成差分形式：
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</mrow>
其中，Pei为i时刻的发电机功率，Pe(i-1)为i-1时刻的发电机功率；
所述发电机模型通过输入水轮机出力，输出为发电机功率Pe和转速Ne。
4.根据权利要求3所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述发电机功率和转速输出为：
转速输出：
(1)当机组并网时，即断路器合闸的情况，模型输出转速对应50Hz频率，对应输出信号为50Hz方波；
(2)当机组空载时，即断路器分闸的情况，模型输出为与Pe相对应的变化转速，仿真转速输出为：
其中，K1为比例系数，N为仿真转速输出；
功率输出：
(1)当机组空载时，即断路器分闸的情况，仿真功率输出P固定为0；
(2)当机组并网时，即断路器合闸的情况，仿真功率输出P为：
P＝K2Pe，
其中，K2为比例系数。
5.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述步骤4)中，模拟发电机开机试验具体为：首先将导叶开度关闭到0，机组转速降到0，断开发电机出口断路器，此时bp为0；然后设置转速给定等于50Hz，调速器输入开机指令，导叶给定为空载开度，导叶逐渐开启，模型输出相应变化的转速信号，经过相应的转速PID调节和开度PID调节，最终转速上升到50Hz附近，开度维持在空载开度附近。
6.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述步骤4)中，模拟发电机空载扰动试验具体为：机组已经开启到空载，在人机界面上修改转速给定，此时产生转速偏差，通过PID调节模块1产生导叶开度变化量，与空载开度Ynld叠加，输出开度给定，再与导叶开度比较，产生开度偏差，经过PID调节模块2，调节导叶接力器到给定位置，该位置信号输入到水轮机模型及发电机模型，仿真转速N随导叶开度y变化，当y大于Ynld时，转速信号为高于50Hz的方波，反之为低于50Hz的方波，仿真功率P始终输出为0；最终仿真转速N与设定的转速相接近。
7.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述步骤4)中，模拟并网状况下的负荷扰动试验具体为，机组在空载情况下，合上发电机出口断路器，此时机组转入并网工况，bp为设定值，转速给定恒等于50Hz，此时仿真功率P随导叶开度y变化而变化，修改功率设定值，与当前仿真功率比较，产生功率偏差，再乘以调差系数bp，通过PID调节模块1产生导叶开度变化量，与空载开度叠加，输出开度给定，再与导叶开度比较，产生开度偏差，经过PID调节模块2，调节导叶接力器到给定位置，该位置信号输入到水轮机及发电机模型，仿真功率P随导叶开度y变化，当y等于Ynld时，仿真功率P为0，当y等于0.9到0.95范围时，仿真功率P为1，该信号被调速器电气柜所采样并换算出相应的功率反馈，与功率设定值相比较。
8.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述步骤4)中，模拟机组甩负荷试验具体为：在发电工况下，导叶开度y在0.7以上，模型输出一定功率P的基础上，断开出口断路器，此时模型由发电工况转为空载工况，仿真功率P输出为0，仿真转速N随导叶开度y变化而变化，由于此时导叶开度y较大，仿真转速N迅速从额定转速上升，调速器必须根据转速变化来调节，将导叶迅速关闭并最终调节机组转速在额定转速附近。
9.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，所述步骤1)中，内嵌的水轮机模型、发电机模型及故障诊断模块采用PCC编程实现，且置于PCC标准任务层。
10.根据权利要求9所述的一种水轮机调速器内嵌式控制对象模型模拟方法，其特征在于，水轮机模型程序、发电机模型程序及故障诊断模块程序独立于调速器的控制程序，在需要进行系统模拟时，通过外部硬开关或软开关控制系统水轮机模型程序和发电机模型程序投入执行，对系统进行仿真模拟；当需要进行状态检测时，通过开关将故障诊断模块程序投入执行，对调速器进行故障诊断及预测；当机组正式运行，通过断开开关使程序退出执行，程序退出后不占用系统资源，不会影响调速器控制程序的正常运行。
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