CN108425791B - 一种调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏方法 - Google Patents

Abstract

一种调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏方法，由调速器主配电气中位漂移自动诊断方法和调速器主配电气中位智能纠偏方法两部分组成。调速器主配电气中位漂移自动诊断方法：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统PID模块输出的导叶开度给定Y，主配位置给定M调节周期等数据。判断相关数据是否满足调速器主配电气中位漂移判据；若满足判据，则停止诊断，进入主配中位智能纠偏环节；若不满足判据，返回继续实时采集数据进行主配电气中位漂移诊断。本发明旨在解决机组并网运行过程中，由于调速器主配电气中位漂移导致的调速器主配及导叶频繁调节问题，实现并网运行机组调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏。

Description

一种调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏方法

技术领域

本发明属于水电站自动控制领域，具体是一种调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏方法。

背景技术

水轮发电机组并网运行过程中，由于主配位置传感器受到温度变化、电源电压不稳等因素的影响，输出的主配位置反馈信号不可避免存在零漂现象，从而导致调速器主配电气中位产生偏移。主配电气中位的漂移情况严重到一定程度，就会导致导叶开度小幅频繁波动、主配阀芯位置频繁抽动、调速器液压跟随系统耗油量异常变大、调速器液压系统油泵频繁启停及油温升高等一系列问题，严重影响机组安全稳定运行。目前，尚无一种技术在机组并网运行情况下，实现对调速器主配电气中位漂移的实时自动诊断及智能纠偏功能。

发明内容

本发明提供一种调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏方法，基于调速器液压随动系统动态平衡原理，在机组并网运行情况下，调速器电控系统对调速器主配电气中位进行实时自动诊断及智能纠偏。本发明的方法适用于使用主配、接力器作为执行机构形式的水电机组。旨在解决机组并网运行过程中，由于调速器主配电气中位漂移导致的调速器主配及导叶频繁调节问题，实现并网运行机组调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏。

本发明采取的技术方案为：

一种调速器主配电气中位漂移自动诊断方法，包括以下步骤：

步骤①：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统PID模块输出的导叶开度给定Y，主配位置给定M_给定等数据。

步骤②：判断相关数据是否满足调速器主配电气中位漂移判据：当调速器液压随动系统静态平衡时，导叶开度给定Y_给定稳定不变，主配位置给定M_给定调节周期小于阈值T。主配调节周期与机组调速器的接力器静态漂移速度和开度调节死区有关，T可根据机组实际情况综合考虑设定，一般不小于20s。

步骤③：若满足判据，则停止诊断，进入主配中位智能纠偏环节；若不满足判据，返回步骤①，继续实时采集数据进行主配电气中位漂移诊断。

一种调速器主配电气中位智能纠偏方法，包括以下步骤：

步骤1：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统主配位置反馈M，导叶开度反馈Y、主配位置给定M_给定等数据；

步骤2：检测主配位置给定M_给定调节周期或者当主配位置反馈M稳定不变时，导叶开度反馈Y的变化趋势。

步骤3：若主配位置给定M_给定调节周期小于阈值T且主配位置给定M_给定为开向调节时，或者导叶开度反馈Y逐渐减小时，则将主配中位设定值减小最高单位精度值，调整周期与主配位置给定M_给定调节周期或者导叶开度反馈Y减小速度正相关，调整后返回步骤1；

若主配位置给定M_给定调节周期小于阈值T且主配位置给定M_给定为关向调节时，或导叶开度反馈Y逐渐增大时，则将主配中位设定值增加最高单位精度值，调整周期与主配位置给定M_给定调节周期或者导叶开度反馈Y增大速度正相关，调整后返回步骤1；

若主配位置给定M_给定调节周期大于于阈值T’时，或导叶开度反馈Y保持不变，停止主配中位智能纠偏，继续进入调速器主配及导叶频繁调节故障诊断环节。T’可根据机组实际情况综合考虑设定，一般不小于60s。T’设置越大，最终主配电气中位设定值越接近主配电气中位实际值。

本发明一种调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏方法，技术效果如下：

1、本发明的调速器主配电气中位漂移实时自动诊断技术及智能纠偏方法有完善可靠的理论基础指导。

2、采用本发明的方法，可以创造性的解决并网运行机组由于调速器主配电气中位漂移导致的调速器主配及导叶频繁调节问题。

3、采用本发明的方法，调速器电控系统可以实时自动诊断调速器主配及导叶频繁调节故障，诊断方法简单高效，诊断结果准确可靠。

4、采用本发明的方法，调速器电控系统可以对偏移的调速器主配电气中位进行智能纠偏，纠偏方法简单高效。

5、采用本发明的方法，不影响并网机组的安全稳定运行，应用广泛。

6、本发明的方法为水轮机调速器智能调节提供了自诊断、自调整、自适应新的研究方向和思路，具有启发意义。

附图说明

图1是本发明中调速器液压随动系统示意图。

图2是并网运行机组调速器主配电气中位漂移实时自动诊断及智能纠偏方法流程图。

附图说明：导叶开度反馈为Y，调速器电气控制系统PID模块输出的导叶开度给定为Y_给定，导叶开度控制模块输出的主配位置给定为M_给定，主配位置反馈为M，主配电气中位设定值为M_中(最高单位精度为i)。

图3是主配电气中位调整曲线图。

具体实施方式

本发明一种调速器主配电气中位实时自动诊断及智能纠偏方法，由调速器主配电气中位漂移自动诊断方法和调速器主配电气中位智能纠偏方法两部分组成。

本发明的方法基于调速器液压随动系统动态平衡原理，下面进行详细阐述。

调速器液压随动系统如图1所示存在两个闭环反馈：导叶开度控制环和主配控制环，当调速系统液压随动系统静态平衡时，导叶开度控制环和主配控制环必然平衡稳定。

假设导叶开度反馈为Y，调速器电气控制系统PID模块输出的导叶开度给定为Y_给定，开度死区为Y_死区，开度差值为△Y，导叶开度控制模块增益系数为K_Y，导叶开度控制模块输出的主配位置给定为M_给定，主配位置反馈为M，主配电气中位设定值为M_中(最高单位精度为i)，主配的动作死区为[M₁，M₂]，其中M₁<0<M₂，主配控制模块增益系数为K_M，主配控制模块输出的比例阀位置给定为B_给定，比例阀电气设定中位为B₀，比例阀的动作死区为[B₁，B₂]，调速系统液压随动系统静态平衡时比例阀位置为B_0平衡。

由于比例阀的动作死区很小，而且比例阀电气控制部分通常设计有以零为中心对称振荡电流信号，此振荡用以克服比例阀的动作死区，防止比例阀卡涩，由此，比例阀的动作死区缩小到可以认为是一个点，即比例阀的实际中位B_0实际＝B₁＝B₂。

由图1所示，当调速系统液压随动系统静态平衡时，各变量必然满足以下关系：

△Y*K_Y＝M_给定 (1)

(M_给定-M)*K_M＝B_给定 (2)

B_给定+B₀＝B_0平衡 (3)

B_0平衡＝B_0实际 (4)

当︱Y_给定-Y︱≤Y_死区时

△Y＝0 (5)

当比例阀中位设定值设制合理时

B₀＝B_0实际 (6)

由上述六式(1)(2)(3)(4)(5)(6)可以得到：

M＝0 (7)

由(7)式可知，当调速器液压随动系统静态平衡时，主配位置反馈M为0，主配位置被调速器电控系统调节到主配电气中位。

主配位置传感器由于受到温度变化、电源电压不稳等因素的影响，输出的主配位置反馈信号不可避免存在零漂现象，从而导致调速器主配电气中位产生偏移，设偏移量为△M，则主配位置实际反馈M_实际＝M-△M＝-△M。

当主配电气中位偏移为正时，主配位置反馈偏关；当主配电气中位偏移为负时，主配位置反馈偏开。

当主配电气中位产生严重偏移，导致主配位置实际反馈M_实际

[M₁，M₂]时，导叶开度反馈Y开始变化。当△M>0，M_实际<M₁时，导叶开度反馈Y开始减小，若纠偏需要减小主配电气中位设定值M_中；当△M<0，M_实际>M₂时，导叶开度反馈Y开始增大，若纠偏需要增大主配电气中位设定值M_中。

当︱Y_给定-Y︱＞Y_死区时，调速器液压随动系统静态平衡暂时打破，调速器电气控制系统开始驱动比例阀、主配以及接力器动作，将导叶开度反馈Y调节至导叶开度给定Y_给定附近位置，当︱Y_给定-Y︱≤Y_死区时，调速器液压随动系统又恢复至静态平衡状态。

由于调速器主配电气中位漂移的持续作用，导致这个过程周而复始的进行，这就是调速器液压随动系统的动态平衡。主配电气中位的漂移情况越严重，这个过程的周期就越短，调速器主配及导叶调节就越频繁。当主配电气中位的漂移情况严重到一定程度时，就会导致导叶开度小幅频繁波动、主配阀芯位置频繁抽动、调速器液压跟随系统耗油量异常变大、调速器液压系统油泵频繁启停及油温升高等一系列问题，对机组设备产生不良影响，严重威胁并网机组的安全稳定运行。

为了解决这个问题，就需要实时对调速器主配电气中位漂移进行自动诊断和智能纠偏。

本发明由调速器主配电气中位漂移自动诊断方法和调速器主配电气中位智能纠偏方法两部分组成。

1)、调速器主配电气中位漂移自动诊断方法步骤：

①：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统PID模块输出的导叶开度给定Y，主配位置给定M_给定等数据。

②：判断相关数据是否满足调速器主配电气中位漂移判据：当调速器液压随动系统静态平衡时，导叶开度给定Y_给定稳定不变，主配位置给定M_给定调节周期小于阈值T。主配调节周期与机组调速器的接力器静态漂移速度和开度调节死区有关，T可根据机组实际情况综合考虑设定，一般不小于20s。

③：若满足判据，则停止诊断，进入主配中位智能纠偏环节；若不满足判据，返回第①步继续实时采集数据进行主配电气中位漂移诊断。

2)、调速器主配电气中位智能纠偏方法步骤：

①：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统主配位置反馈M，导叶开度反馈Y，主配位置给定M_给定等数据。

②：检测主配位置给定M_给定调节周期或者当主配位置反馈M稳定不变时，导叶开度反馈Y的变化趋势。

③：若主配位置给定M_给定调节周期小于阈值T且主配位置给定M_给定为开向调节时，或者导叶开度反馈Y逐渐减小时，则将主配中位设定值减小最高单位精度值，调整周期与主配位置给定M_给定调节周期或者导叶开度反馈Y减小速度正相关，调整后返回步骤①；若主配位置给定M_给定调节周期小于阈值T且主配位置给定M_给定为关向调节时，或导叶开度反馈Y逐渐增大时，则将主配中位设定值增加最高单位精度值，调整周期与主配位置给定M_给定调节周期或者导叶开度反馈Y增大速度正相关，调整后返回步骤①；若主配位置给定M_给定调节周期大于阈值T’时，或导叶开度反馈Y保持不变，停止主配中位智能纠偏，继续进入调速器主配及导叶频繁调节故障诊断环节。T’可根据机组实际情况综合考虑设定，一般不小于60s。T’设置越大，最终主配电气中位设定值越接近主配电气中位实际值。

并网运行机组调速器主配电气中位漂移实时自动诊断及智能纠偏方法流程图如下图2所示。

图2并网运行机组调速器主配电气中位漂移实时自动诊断及智能纠偏方法流程图。图2流程是以主配位置传感器反向安装为例。

实施例：

以向家坝水电站某台机组调速器主配电气中位调整为例：

本节以向家坝水电站某台机组调速器主配电气中位调整为例，说明调速器主配电气中位漂移实时自动诊断方法和智能纠偏方法在调速器主配电气中位调整中的应用，该方法可广泛应用于使用主配、接力器作为执行机构形式的水轮发电机组。

向家坝水电站某台机组调速器A套控制器主配中位传感器为反向安装。在调速器无水试验过程中，将向家坝水电站某台机组调速器控制方式切为A套控制器在线，电手动运行方式，比例阀和主配、接力器作为执行机构，导叶开度开至65％，模拟机组并网负载态，强制输入机组转速50HZ信号，保持电手动开度给定稳定不变，液压随动系统比例阀中位已准确设定，主配电气中位已准确设定为16950，人为修改至17050后进行试验，主配电气中位设定值调整周期为主配位置给定M_给定调节周期，T设为20秒，T’设为200秒，主配位置给定M_给定调节周期初始化值为40秒，主配电气中位调整数据记录表见表1，主配电气中位调整曲线图见图3。

由表1和图3可见，试验中，第9.6秒，试验人员将控制程序中主配电气中位调整功能使能位置1，第16.4秒程序自动检测到主配位置给定M_给定调节周期为3.5秒，小于阈值T，开始以主配位置给定M_给定调节周期为周期，减少1个码值，程序实时计算刷新主配位置给定M_给定调节周期，直到第656.4秒，主配位置给定M_给定调节周期大于阈值T’为止，主配电气中位重新设定为17009，调整结束。T’设置越大，最终主配电气中位设定值越接近主配电气中位实际值。

表1 主配电气中位调整数据记录表

Claims (1)

1.一种调速器主配电气中位漂移自动诊断方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤①：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统PID模块输出的导叶开度给定Y，主配位置给定M_给定数据；

步骤②：判断相关数据是否满足调速器主配电气中位漂移判据：当调速器液压随动系统静态平衡时，导叶开度给定Y_给定稳定不变，主配位置给定M_给定调节周期小于阈值T；主配调节周期与机组调速器的接力器静态漂移速度和开度调节死区有关，T能够根据机组实际情况综合考虑设定，不小于20s；

步骤③：若满足判据，则停止诊断，进入主配中位智能纠偏环节；若不满足判据，返回步骤①，继续实时采集数据进行主配电气中位漂移诊断；

所述调速器液压随动系统包括两个闭环反馈：导叶开度控制环和主配控制环，当调速系统液压随动系统静态平衡时，导叶开度控制环和主配控制环必然平衡稳定；

导叶开度反馈为Y，调速器电气控制系统PID模块输出的导叶开度给定为Y_给定，开度死区为Y_死区，开度差值为△Y，导叶开度控制模块增益系数为K_Y，导叶开度控制模块输出的主配位置给定为M_给定，主配位置反馈为M，主配电气中位设定值为M_中，最高单位精度为i，主配的动作死区为[M₁，M₂]，其中M₁<0<M₂，主配控制模块增益系数为K_M，主配控制模块输出的比例阀位置给定为B_给定，比例阀电气设定中位为B₀，比例阀的动作死区为[B₁，B₂]，调速系统液压随动系统静态平衡时比例阀位置为B_0平衡；

比例阀的实际中位B_0实际＝B₁＝B₂；

当调速系统液压随动系统静态平衡时，各变量满足以下关系：

△Y*K_Y＝M_给定 (1)

(M_给定-M)*K_M＝B_给定 (2)

B_给定+B₀＝B_0平衡 (3)

B_0平衡＝B_0实际 (4)

当︱Y_给定-Y︱≤Y_死区时

△Y＝0 (5)

当比例阀中位设定值设制合理时

B₀＝B_0实际 (6)

由上述式(1)(2)(3)(4)(5)(6)能够得到：

M＝0 (7)

由(7)式可知，当调速器液压随动系统静态平衡时，主配位置反馈M为0，主配位置被调速器电控系统调节到主配电气中位；

设偏移量为△M，则主配位置实际反馈M_实际＝M-△M＝-△M；

当主配电气中位偏移为正时，主配位置反馈偏关；当主配电气中位偏移为负时，主配位置反馈偏开；

当主配电气中位产生严重偏移，导致主配位置实际反馈

时，导叶开度反馈Y开始变化；当△M>0，M_实际<M₁时，导叶开度反馈Y开始减小，若纠偏需要减小主配电气中位设定值M_中；当△M<0，M_实际>M₂时，导叶开度反馈Y开始增大，若纠偏需要增大主配电气中位设定值M_中；

当︱Y_给定-Y︱＞Y_死区时，调速器液压随动系统静态平衡暂时打破，调速器电气控制系统开始驱动比例阀、主配以及接力器动作，将导叶开度反馈Y调节至导叶开度给定Y_给定附近位置，当︱Y_给定-Y︱≤Y_死区时，调速器液压随动系统又恢复至静态平衡状态。

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