CN109695533A - 一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法 - Google Patents

Abstract

调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法，系统包括；人机交互设备，用于实现人机交互功能；控制器，通过人机交互设备将控制对象的位置、频率等状态信息实时显示出来告知用户；控制器通过传感器采集控制对象的状态信号，并按照用户通过人机交互设备下达的控制参数和命令，实时按照控制程序的逻辑处理各种输入信号，输出控制信号给控制对象；控制对象包括比例阀、主配压阀、水轮发电机组、和/或电网。整定方法包括:调速器比例阀电气中位自动智能整定方法、调速器主配电气中位自动智能整定方法,本发明旨在解决由于调速器主配和比例阀电气中位整定不准确导致的调速器液压随动系统频繁调节、导叶开度无法调节到位等调节品质问题。

Description

一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法

技术领域

本发明属于水电站自动控制领域，具体涉及一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法。

背景技术

中国专利“一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法”，公开号(CN108468615A)，提出了一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法。该方法能够基本实现调速器液压随动系统中位自诊断自定位、自适应功能，此功能适用于处于并网运行的水轮发电机组对偏移的中位进行自动整定，但其应用于机组检修时，整定效果、准确度以及工作效率有进一步优化改善的空间。

使用该方法进行调速器液压随动系统比例阀中位自动整定时，由于启动整定和停止整定的判据采用一个点ε做分界点，导致停止整定后极易由于比例阀中位发生微小偏移又重新进行新的整定过程，不利于调速器液压随动系统稳定运行，整定效果不佳。

使用该方法进行调速器液压随动系统主配中位自动整定时，M₁和M₂由于是按照主配中位设定值单方向变化寻找到的设置点，不可避免存在同向单方向偏移，致使整定结果(M₁+M₂)/2存在单向偏移，从而导致整定结果不准确。此外主配中位设定值调整步长由于考虑到精确度要求，整定全程速度一致且偏慢，从而导致整定效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法，旨在解决由于调速器主配和比例阀电气中位整定不准确导致的调速器液压随动系统频繁调节、导叶开度无法调节到位等调节品质问题，同时弥补采用原一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法的整定效果、准确度以及工作效率的不足。

本发明采取的技术方案为：

一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统，该系统包括人机交互设备、控制器、控制对象、传感器。

人机交互设备，用于实现人机交互功能，用户通过人机交互设备将调速器液压随动系统中位初步设定值参数、控制命令输入控制器；

控制器，通过人机交互设备将控制对象的位置、频率等状态信息实时显示出来告知用户；

控制器通过传感器采集控制对象的状态信号，并按照用户通过人机交互设备下达的控制参数和命令，实时按照控制程序的逻辑处理各种输入信号，输出控制信号给控制对象；

控制对象包括比例阀、主配压阀、水轮发电机组、和/或电网。

调速器液压随动系统中位自动智能整定方法，包括:

调速器比例阀电气中位自动智能整定方法，步骤如下：

①：调速器电气控制系统采集主配位置反馈M、主配位置给定M_给定等数据；

②：检测调速器液压随动系统是否处于静态平衡，判据为：主配位置给定M_给定保持不变，若满足就进行调速器比例阀中位自诊断，否则等待满足判据条件；

③：进行调速器比例阀中位漂移自诊断，判据为：主配位置反馈M与主配位置给定M_给定差值的绝对值小于ε，ε根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；

若∣M-M_给定∣≦ε，则此时比例阀中位设定值B0设置合理，等于比例阀实际中位值B0实际，进入主配电气中位诊断环节；若∣M-M_给定∣>ε，则比例阀中位漂移，比例阀中位设定值B0设置不合理，执行步骤4，进行比例阀电气中位整定；

④：进行比例阀电气中位整定，停止整定判据为：主配位置反馈M与主配位置给定M_给定差值的绝对值小于ε’，ε’根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；

若M-M_给定<-ε’，以比例阀中位设定值最高单位精度i为步长，逐渐增大比例阀中位设定值B0，返回步骤3；若M-M_给定>ε’时，以i为步长逐渐减小比例阀中位设定值B0，返回步骤3。

调速器主配电气中位自动智能整定方法，步骤如下：

①：调速器主配电气中位根据主配机械中位初设；

②：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统导叶开度给定Y_给定，主配位置给定 M_给定等数据；

③：检测当导叶开度给定Y_给定稳定不变时，实时计算主配位置给定M_给定调节周期；

④：以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性快速增加主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’，然后周期性慢速减小主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次大于阈值T”时记录此时主配中位设定值M1，主配中位设定值返回主配电气中位初设值；

⑤：以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性快速减小主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’，然后周期性慢速增加主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次大于阈值T”时记录此时主配中位设定值M2；

⑥：调速器电控系统最终自动将调速器主配中位设定值中间值(M1+M2)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位M_中，即完成了调速器主配中位自动定位，整定完毕。

本发明一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法，技术效果如下：

1、本发明的调速器液压随动系统中位自动智能整定方法有完善可靠的理论基础指导，且应用广泛。

2、本发明可以解决机组由于调速器主配和比例阀电气中位整定不准确导致的调速器液压随动系统频繁调节等调节品质问题。

3、本发明可以实现调速器主配及比例阀电气中位自动整定功能，用于水轮发电机组检修时主配及比例阀电气中位自动整定，替代繁琐复杂不精确的人工整定操作，提高检修质量和水平。

4、本发明的中位整定方法简单高效，整定结果准确可靠，整定过程快速稳定。

附图说明

图1是本发明中调速器液压随动系统中位自动智能控制系统结构示意图。

图2是本发明电控系统闭环控制结构示意图。

图3是本发明中调速器液压随动系统主配电气中位自动智能控制系统方法示意图。

图4是本发明中优化后调速器液压随动系统主配电气中位自动智能控制系统方法示意图。

图5是本发明中调速器液压随动系统中位自动智能整定方法软件程序流程图。

具体实施方式

一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法，适用于使用比例阀(或比例阀+步进电机等冗余配置)和主配、接力器作为执行结构形式的水电机组，适用于在机组检修过程中，对调速器液压随动系统主配和比例阀中位进行自动整定，旨在解决由于调速器主配和比例阀电气中位整定不准确导致的调速器液压随动系统频繁调节、导叶开度无法调节到位等调节品质问题。

本发明涉及一种调速器液压随动系统中位自动智能整定系统及方法，更具体的讲，是一种基于调速器液压随动系统动态平衡理论，实现对调速器主配和比例阀中位进行自动智能整定的调速器电气控制系统和方法。

本发明的系统由人机交互设备1、控制器2、控制对象3、传感器4、通讯介质组成，调速器液压随动系统中位自动智能控制系统结构示意图见图1。

人机交互设备1一般是触摸屏，实现人机交互功能，用户可通过人机交互设备1将调速器液压随动系统中位初步设定值等参数，以及控制命令输入控制器2。控制器2可以通过人机交互设备1将控制对象3的位置、频率等状态信息实时显示出来告知用户。

控制器2通过传感器4采集控制对象3的状态信号，并按照用户通过人机交互设备1下达的控制参数和命令，实时按照控制程序的逻辑处理各种输入信号，输出控制信号给控制对象3。控制器2可以是各种品牌的PLC、PCC、ARM等。控制方法采用经典的闭环控制理论。电控系统闭环控制结构示意图见图2。

控制对象3包括比例阀、主配压阀、水轮发电机组、电网等直接或间接受控对象。

传感器4为测量各种控制对象3状态信息参数的电子元器件或其集合，例如位移传感器、转速装置、功率变送器等。

通讯介质为硬接线、网线等其它通讯线缆，其作用为传递人机交互设备1、控制器2、控制对象3、传感器4之间信息流。

本发明的方法，基于调速系统液压随动系统动态平衡原理，在中国专利《一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法》(申请号：201810113905.8；申请日：2018.02.05)中已详细介绍，下面不再赘述。

本发明的方法由调速器比例阀电气中位自动智能整定方法、调速器主配电气中位自动智能整定方法两部分组成。

调速器比例阀电气中位自动智能整定方法，步骤如下：

①：调速器电气控制系统采集主配位置反馈M、主配位置给定M_给定等数据；

②：检测调速器液压随动系统是否处于静态平衡，判据为：主配位置给定M_给定保持不变，若满足就进行调速器比例阀中位自诊断，否则等待满足判据条件；

③：进行调速器比例阀中位漂移自诊断，判据为：主配位置反馈M与主配位置给定M_给定差值的绝对值小于ε，ε根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；

若∣M-M_给定∣≦ε，则此时比例阀中位设定值B0设置合理，等于比例阀实际中位值B0实际，进入主配电气中位诊断环节；若∣M-M_给定∣>ε，则比例阀中位漂移，比例阀中位设定值B0设置不合理，执行步骤4，进行比例阀电气中位整定；

④：进行比例阀电气中位整定，停止整定判据为：主配位置反馈M与主配位置给定M_给定差值的绝对值小于ε’，ε’根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；

若M-M_给定<-ε’，以比例阀中位设定值最高单位精度i为步长，逐渐增大比例阀中位设定值B0，返回步骤3；若M-M_给定>ε’时，以i为步长逐渐减小比例阀中位设定值B0，返回步骤3。增大或减小比例阀中位设定值B0的周期或速度可采用一些优化策略提高调整效率和精度。

调速器主配电气中位自动智能整定方法，步骤包括：

①、调速器主配电气中位根据主配机械中位初设；

②、调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统导叶开度给定Y_给定，主配位置给定 M_给定等数据；

③、检测当导叶开度给定Y_给定稳定不变时，实时计算主配位置给定M_给定调节周期；

④、以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性增加主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’时，记录此时主配中位设定值M₁，主配中位设定值返回主配电气中位初设值；

⑤、以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性减小主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’时，记录此时主配中位设定值M₂；

⑥、调速器电控系统最终自动将调速器主配中位设定值中间值(M₁+M₂)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位M_中，即完成了调速器主配中位自动定位，整定完毕。

主配中位设定值调整周期越长，主配位置给定M给定调节周期测量越精确，最终主配电气中位设定值越接近主配电气中位实际值。

调速器液压随动系统主配电气中位自动智能整定方法示意图如图3所示。

主配中位自动智能整定方法实际运用过程中，主配中位设定值调整周期越长，整定耗时越长；主配中位设定值调整周期越短，主配电气中位设定值整定结果准确度越低。为减少整定时长，提高效率，同时提高整定结果准确度，根据主配中位整定原理，在2)调速器主配电气中位自动智能整定方法的基础上，结合实际应用情况，找到一种优化后调速器主配电气中位自动智能整定方法，具体的整定方法步骤如下：

①：调速器主配电气中位根据主配机械中位初设；

②：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统导叶开度给定Y_给定，主配位置给定 M_给定等数据；

③：检测当导叶开度给定Y_给定稳定不变时，实时计算主配位置给定M_给定调节周期；

④：以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性快速增加主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’，然后周期性慢速减小主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次大于阈值T”时记录此时主配中位设定值M1，主配中位设定值返回主配电气中位初设值；

⑤：以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性快速减小主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’，然后周期性慢速增加主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次大于阈值T”时记录此时主配中位设定值M2；

⑥：调速器电控系统最终自动将调速器主配中位设定值中间值(M1+M2)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位M_中，即完成了调速器主配中位自动定位，整定完毕。

实施例：

向家坝电站调速器电气控制系统硬件采用的是贝加莱PCC2005，软件程序应用环境是贝加莱AS3.0，通过此开发平台，开发调速器电气控制系统液压随动系统中位自动智能整定功能，编写功能程序块，嵌入机组调速器电气控制系统程序中，然后上传调速器电气控制系统控制器，完成调速器电气控制系统液压随动系统中位自动智能整定功能软件开发。

软件开发界面见图6，触摸屏人机交互画面见图7。

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40％，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调整完毕，准确设定，主配电气中位已根据主配机械中位设定为16595后，进行试验，主配电气中位设定值调整周期初始阶段为1秒，整定过程中主配位置给定M_给定调节周期小于T’后为主配位置给定M_给定调节周期，T’设为10秒，T”设为30秒，主配位置给定M_给定调节周期初始化值为25秒，主配电气中位自动整定曲线图见图8。图中，蓝色为整定过程中主配位置给定M_给定动作示意曲线，红色为主配电气中位设定值M_中位设定曲线。

由图8可见，试验中第19.1秒，试验人员将控制程序中主配电气中位整定功能使能位置1，主配电气中位设定值M_中位设定以每秒增加1个码值的速度变化，第154.7秒程序自动检测到主配位置给定M_给定调节周期小于T’后，主配电气中位设定值M_中位设定以主配位置给定M_给定调节周期为周期，每个周期减小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605.5秒，主配位置给定M_给定调节周期开始大于阈值T”，记录M1为16689，主配电气中位设定值M_中位设定恢复初设值16595，主配电气中位设定值M_中位设定以每秒减小1个码值的速度变化，第949.9秒程序自动检测到主配位置给定M_给定调节周期小于T’后，主配电气中位设定值M_中位设定以主配位置给定M_给定调节周期为周期，每个周期增加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1527.7秒，主配位置给定M _给定调节周期开始大于阈值T”，记录M2为16324，主配电气中位重新设定为16506，调整结束。主配中位设定值调整周期越长，最终主配电气中位设定值越接近主配电气中位实际值。

Claims (2)

1.调速器液压随动系统中位自动智能整定系统，该系统包括人机交互设备(1)、控制器(2)、控制对象(3)、传感器(4)；其特征在于：

人机交互设备(1)，用于实现人机交互功能，用户通过人机交互设备(1)将调速器液压随动系统中位初步设定值参数、控制命令输入控制器(2)；

控制器(2)，通过人机交互设备(1)将控制对象(3)的位置、频率等状态信息实时显示出来告知用户；

控制器(2)通过传感器(4)采集控制对象(3)的状态信号，并按照用户通过人机交互设备(1)下达的控制参数和命令，实时按照控制程序的逻辑处理各种输入信号，输出控制信号给控制对象(3)；

控制对象(3)包括比例阀、主配压阀、水轮发电机组、和/或电网。

2.采用如权利要求1所述整定系统的调速器液压随动系统中位自动智能整定方法，其特征在于包括：

调速器比例阀电气中位自动智能整定方法，步骤如下：

①：调速器电气控制系统采集主配位置反馈M、主配位置给定M_给定等数据；

②：检测调速器液压随动系统是否处于静态平衡，判据为：主配位置给定M_给定保持不变，若满足就进行调速器比例阀中位自诊断，否则等待满足判据条件；

③：进行调速器比例阀中位漂移自诊断，判据为：主配位置反馈M与主配位置给定M_给定差值的绝对值小于ε，ε根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；

若∣M-M_给定∣≦ε，则此时比例阀中位设定值B0设置合理，等于比例阀实际中位值B0实际，进入主配电气中位诊断环节；若∣M-M_给定∣>ε，则比例阀中位漂移，比例阀中位设定值B0设置不合理，执行步骤4，进行比例阀电气中位整定；

④：进行比例阀电气中位整定，停止整定判据为：主配位置反馈M与主配位置给定M_给定差值的绝对值小于ε’，ε’根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；

若M-M_给定<-ε’，以比例阀中位设定值最高单位精度i为步长，逐渐增大比例阀中位设定值B0，返回步骤3；若M-M_给定>ε’时，以i为步长逐渐减小比例阀中位设定值B0，返回步骤3；

调速器主配电气中位自动智能整定方法，步骤如下：

①：调速器主配电气中位根据主配机械中位初设；

②：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统导叶开度给定Y_给定，主配位置给定M_给定等数据；

③：检测当导叶开度给定Y_给定稳定不变时，实时计算主配位置给定M_给定调节周期；

④：以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性快速增加主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’，然后周期性慢速减小主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次大于阈值T”时记录此时主配中位设定值M1，主配中位设定值返回主配电气中位初设值；

⑤：以主配中位设定值最高单位精度值为步长，周期性快速减小主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次小于阈值T’，然后周期性慢速增加主配中位设定值，若主配位置给定M_给定调节周期减小过程中首次大于阈值T”时记录此时主配中位设定值M2；

⑥：调速器电控系统最终自动将调速器主配中位设定值中间值(M1+M2)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位M_中，即完成了调速器主配中位自动定位，整定完毕。