CN111734576B - 具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法及系统，本发明方法包括设定n个水头协联点定值、n个桨叶给定点定值；进行水头细分化得到水头给定值H给定；进行桨叶给定细分化得到桨叶给定值D给定；获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，计算每一个协联点i的第一协联值L(i)，计算每一个协联点i的第二协联值M(i)，计算每一个协联点i最终输出的桨叶协联值YH给，本发明能够改善确保调速器实际执行协联关系与最优协联关系保持一致，能够保证桨叶协联的精准测量计算，避免因水头变化频繁导致的精度不高、计算累积误差大、中转设备故障等问题，可适用于各类水轮机调速器协联装置。

Description

具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法及系统
技术领域
本发明涉及水电厂的水轮机调速器桨叶的控制技术，具体涉及一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法及系统。
背景技术
水电厂的调速器桨叶协联装置为调速器桨叶的控制机构，其基本功能为输入水头传感器检测的水头、桨叶传感器检测的桨叶位置，依据多条协联值生成输出值给桨叶操作机构。例如，洪江电厂原水轮机桨叶协联装置采用水头测量后只依据10条协联值在PLC进行计算，且每一个输出值采用插值的方式生成。但是，由于灯泡贯流式机组水头的变化快，加上第一协联值偏差大、精度不高、存在低水头误差的缺陷，从而导致低水头桨叶协联不能实时精准计算，易发生桨叶频繁动作(跟随协联曲线)，加剧桨叶操作油管、大轴连接螺栓等结构部件的疲劳损伤，容易导致桨叶操作油管、大轴连接螺栓等结构部件损坏事故发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，为了解决机组在低水头、大负荷工况下振动出现明显上升的情况，提供一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法及系统，本发明能够改善确保调速器实际执行协联关系与最优协联关系保持一致，能够保证桨叶协联的精准测量计算，避免因水头变化频繁导致的精度不高、计算累积误差大、中转设备故障等问题，可适用于各类水轮机调速器协联装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法，该方法包括：
1)设定n+1个水头协联点定值H0～Hn，n+1个桨叶给定点定值D0～Dn，n+1为协联点数；
2)根据水头曲线进行水头细分化，得到每条水头曲线的水头给定值H给定；根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，得到每条桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定；
3)获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，根据式(1)计算每一个协联点i的第一协联值L(i)，根据式(2)计算每一个协联点i的第二协联值M(i)，并根据式(3)计算每一个协联点i最终输出的桨叶协联值YH给，i的取值范围为1～n之间；
L(i)＝H给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+D给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (1)
M(i)＝D给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+H给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (2)
YH给＝ABS(L(0))+ABS(M(0))+…+ABS(L(i))+ABS(M(i)) (3)
上式中，Hi表示第i个水头协联点定值，Di表示第i个桨叶给定点定值，ABS为绝对值函数，L(0)～L(i)表示第0～i个第一协联值，M(0)～M(i)表示第0～i个第二协联值。
可选地，步骤2)中根据水头曲线进行水头细分化的步骤包括：首先读取水头曲线的最小值Hmin与最大值Hmax，按照式(4)计算得到每条水头曲线等值细分H细；
H细＝(Hmax-Hmin)/n (4)
然后分别设定一个最小水头细分值H设定最小与一个最大水头细分值H设定最大，将每条水头曲线等值细分H细限幅在将最小水头细分值H设定最小、最大水头细分值H设定最大之间得到水头曲线的水头给定值H给定。
可选地，步骤2)中根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化的步骤包括：首先桨叶给定曲线的最小值Dmin与最大值Dmax，按照式(5)计算得到每条桨叶给定曲线等值细分D细；
D细＝(Dmax-Dmin)/n (5)
然后分别设定一个最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大，将每条桨叶给定曲线等值细分D细限幅在将最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大之间得到桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定。
此外，本发明还提供一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化系统，包括控制器，该控制器被编程或配置以执行所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的步骤。
此外，本发明还提供一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化系统，包括控制器，该控制器所连接的存储器中存储有被编程或配置以执行所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括调速器桨叶协联装置和调速器桨叶控制装置，所述调速器桨叶协联装置被编程或配置以执行所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的步骤。
此外，本发明还提供一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括调速器桨叶协联装置和调速器桨叶控制装置，所述调速器桨叶协联装置的存储器中存储有被编程或配置以执行所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括：
定值设定程序单元，用于设定n+1个水头协联点定值H0～Hn，n+1个桨叶给定点定值D0～Dn，n+1为协联点数；
水头及桨叶给定值曲线细分程序单元，用于根据水头曲线进行水头细分化，得到每条水头曲线的水头给定值H给定；根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，得到每条桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定；
桨叶协联值计算程序单元，用于获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，根据式(1)计算每一个协联点i的第一协联值L(i)，根据式(2)计算每一个协联点i的第二协联值M(i)，并根据式(3)计算每一个协联点i最终输出的桨叶协联值YH给，i的取值范围为1～n之间；
L(i)＝H给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+D给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (1)
M(i)＝D给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+H给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (2)
YH给＝ABS(L(0))+ABS(M(0))+…+ABS(L(i))+ABS(M(i)) (3)
上式中，Hi表示第i个水头协联点定值，Di表示第i个桨叶给定点定值，ABS为绝对值函数，L(0)～L(i)表示第0～i个第一协联值，M(0)～M(i)表示第0～i个第二协联值。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法在原有桨叶协联装置的桨叶协联方法进行了优化，一方面增加了根据水头曲线进行水头细分化和根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，从而增加了协联细化区分功能与低水头桨叶协联点，另一方面计算每一个协联点i的最终输出值YH给采用了全局化的分段插值方法，从而能够提高曲线的近似程度，从而能够避免高次插值可能出现的大幅度波动现象，避免因水头变化频繁导致的精度不高、计算累积误差大、中转设备故障等问题，具有低水头协联值可靠、准确率高、输出分辨率高的优点。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例方法的应用系统结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法包括：
1)设定n+1个水头协联点定值H0～Hn，n+1个桨叶给定点定值D0～Dn，n+1为协联点数；
2)根据水头曲线进行水头细分化，得到每条水头曲线的水头给定值H给定；根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，得到每条桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定；
3)获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，根据式(1)计算每一个协联点i的第一协联值L(i)，根据式(2)计算每一个协联点i的第二协联值M(i)，并根据式(3)计算每一个协联点i最终输出的桨叶协联值YH给，i的取值范围为1～n之间；
L(i)＝H给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+D给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (1)
M(i)＝D给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+H给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (2)
YH给＝ABS(L(0))+ABS(M(0))+…+ABS(L(i))+ABS(M(i)) (3)
上式中，Hi表示第i个水头协联点定值，Di表示第i个桨叶给定点定值，ABS为绝对值函数，L(0)～L(i)表示第0～i个第一协联值，M(0)～M(i)表示第0～i个第二协联值。
本实施例中，步骤2)中根据水头曲线进行水头细分化的步骤包括：首先读取水头曲线的最小值Hmin与最大值Hmax，按照式(4)计算得到每条水头曲线等值细分H细；
H细＝(Hmax-Hmin)/n (4)
然后分别设定一个最小水头细分值H设定最小与一个最大水头细分值H设定最大，每条水头曲线等值细分H细限幅在将最小水头细分值H设定最小、最大水头细分值H设定最大之间得到水头曲线的水头给定值H给定，采用函数方式可表示为：H给定＝限幅函数(H设定最小，H细，H设定最大)。
本实施例中，步骤2)中根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化的步骤包括：首先桨叶给定曲线的最小值Dmin与最大值Dmax，按照式(5)计算得到每条桨叶给定曲线等值细分D细；
D细＝(Dmax-Dmin)/n (5)
然后分别设定一个最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大，将每条桨叶给定曲线等值细分D细限幅在将最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大之间得到桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定，采用函数方式可表示为：D给定＝限幅函数(D设定最小，D细，D设定最大)。
综上所述，本实施例具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法在原有桨叶协联装置的桨叶协联方法进行了优化，一方面增加了根据水头曲线进行水头细分化和根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，从而增加了协联细化区分功能与低水头桨叶协联点，另一方面计算每一个协联点i的最终输出值YH给采用了全局化的分段插值方法，从而能够提高曲线的近似程度，从而能够避免高次插值可能出现的大幅度波动现象，具有低水头协联值可靠、准确率高、输出分辨率高的优点。本实施例具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法能够改善确保调速器实际执行协联关系与最优协联关系保持一致，能够保证桨叶协联的精准测量计算，避免因水头变化反导致受干扰、精度不高、累积误差、中转设备故障，导致反馈测量计算产生的误差大或故障，可适用于各类水轮机调速器协联装置。
此外，本实施例还提供一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化系统，包括控制器，该控制器被编程或配置以执行前述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化系统，包括控制器，该控制器所连接的存储器中存储有被编程或配置以执行前述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
如图2所示，本实施例还提供一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括调速器桨叶协联装置和调速器桨叶控制装置，调速器桨叶协联装置被编程或配置以执行前述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的步骤。图2中的a即为调速器桨叶协联装置，调速器桨叶协联装置a通过A/D分别与水头传感器、导叶传感器相连，用于获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，上下的细分模块用于执行步骤2)的细分功能，调速器桨叶协联装置a的核心功能为执行步骤3)得到桨叶协联值YH给并输出给右侧的调速器桨叶控制装置。参见图2，调速器桨叶控制装置将桨叶协联值YH给、桨叶主接反馈做差后放大K1倍，然后将放大K1倍后的结果和主配反馈做差后输入桨叶液压操作机构控制桨叶状态。其中桨叶主接反馈为来自主接力器的输出值放大K3倍得到，主接力器的输出值则直接输出值桨叶控制系统，主配反馈为桨叶液压操作机构的输出值放大K2倍得到。本实施例中并不涉及对调速器桨叶控制装置的改进，故在此不再进一步展开说明。
此外，本实施例还提供一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括调速器桨叶协联装置和调速器桨叶控制装置，所述调速器桨叶协联装置的存储器中存储有被编程或配置以执行前述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括：
定值设定程序单元，用于设定n+1个水头协联点定值H0～Hn，n+1个桨叶给定点定值D0～Dn，n+1为协联点数；
水头及桨叶给定值曲线细分程序单元，用于根据水头曲线进行水头细分化，得到每条水头曲线的水头给定值H给定；根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，得到每条桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定；
桨叶协联值计算程序单元，用于获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，根据式(1)计算每一个协联点i的第一协联值L(i)，根据式(2)计算每一个协联点i的第二协联值M(i)，并根据式(3)计算每一个协联点i最终输出的桨叶协联值YH给，i的取值范围为1～n之间；
L(i)＝H给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+D给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (1)
M(i)＝D给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+H给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (2)
YH给＝ABS(L(0))+ABS(M(0))+…+ABS(L(i))+ABS(M(i)) (3)
上式中，Hi表示第i个水头协联点定值，Di表示第i个桨叶给定点定值，ABS为绝对值函数，L(0)～L(i)表示第0～i个第一协联值，M(0)～M(i)表示第0～i个第二协联值。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法，其特征在于，该方法包括：
1)设定n+1个水头协联点定值H0～Hn，n+1个桨叶给定点定值D0～Dn，n+1为协联点数；
2)根据水头曲线进行水头细分化，得到每条水头曲线的水头给定值H给定；根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，得到每条桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定；
3)获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，根据式(1)计算每一个协联点i的第一协联值L(i)，根据式(2)计算每一个协联点i的第二协联值M(i)，并根据式(3)计算每一个协联点i最终输出的桨叶协联值YH给，i的取值范围为1～n之间；
L(i)＝H给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+D给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (1)
M(i)＝D给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+H给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (2)
YH给＝ABS(L(0))+ABS(M(0))+…+ABS(L(i))+ABS(M(i)) (3)
上式中，Hi表示第i个水头协联点定值，Di表示第i个桨叶给定点定值，ABS为绝对值函数，L(0)～L(i)表示第0～i个第一协联值，M(0)～M(i)表示第0～i个第二协联值；
步骤2)中根据水头曲线进行水头细分化的步骤包括：首先读取水头曲线的最小值Hmin与最大值Hmax，按照式(4)计算得到每条水头曲线等值细分H细；
H细＝(Hmax-Hmin)/n (4)
然后分别设定一个最小水头细分值H设定最小与一个最大水头细分值H设定最大，将每条水头曲线等值细分H细限幅在将最小水头细分值H设定最小、最大水头细分值H设定最大之间得到水头曲线的水头给定值H给定；
步骤2)中根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化的步骤包括：首先桨叶给定曲线的最小值Dmin与最大值Dmax，按照式(5)计算得到每条桨叶给定曲线等值细分D细；
D细＝(Dmax-Dmin)/n (5)
然后分别设定一个最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大，将每条桨叶给定曲线等值细分D细限幅在将最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大之间得到桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定。
2.一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化系统，包括控制器，其特征在于，该控制器被编程或配置以执行权利要求1所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的步骤。
3.一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化系统，包括控制器，其特征在于，该控制器所连接的存储器中存储有被编程或配置以执行权利要求1所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
4.一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括调速器桨叶协联装置和调速器桨叶控制装置，其特征在于，所述调速器桨叶协联装置被编程或配置以执行权利要求1所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的步骤。
5.一种水轮机调速器桨叶控制系统，包括调速器桨叶协联装置和调速器桨叶控制装置，其特征在于，所述调速器桨叶协联装置的存储器中存储有被编程或配置以执行权利要求1所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
6.一种具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化系统，其特征在于包括：
定值设定程序单元，用于设定n+1个水头协联点定值H0～Hn，n+1个桨叶给定点定值D0～Dn，n+1为协联点数；
水头及桨叶给定值曲线细分程序单元，用于根据水头曲线进行水头细分化，得到每条水头曲线的水头给定值H给定；根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化，得到每条桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定；
桨叶协联值计算程序单元，用于获取水头测量值H测、桨叶测量值D测，根据式(1)计算每一个协联点i的第一协联值L(i)，根据式(2)计算每一个协联点i的第二协联值M(i)，并根据式(3)计算每一个协联点i最终输出的桨叶协联值YH给，i的取值范围为1～n之间；
L(i)＝H给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+D给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (1)
M(i)＝D给定*(H给定-H测)/(H给定-Hi)+H给定*(D给定-D测)/(D给定-Di) (2)
YH给＝ABS(L(0))+ABS(M(0))+…+ABS(L(i))+ABS(M(i)) (3)
上式中，Hi表示第i个水头协联点定值，Di表示第i个桨叶给定点定值，ABS为绝对值函数，L(0)～L(i)表示第0～i个第一协联值，M(0)～M(i)表示第0～i个第二协联值；
所述水头及桨叶给定值曲线细分程序单元根据水头曲线进行水头细分化的步骤包括：首先读取水头曲线的最小值Hmin与最大值Hmax，按照式(4)计算得到每条水头曲线等值细分H细；
H细＝(Hmax-Hmin)/n (4)
然后分别设定一个最小水头细分值H设定最小与一个最大水头细分值H设定最大，将每条水头曲线等值细分H细限幅在将最小水头细分值H设定最小、最大水头细分值H设定最大之间得到水头曲线的水头给定值H给定；
所述水头及桨叶给定值曲线细分程序单元根据桨叶给定曲线进行桨叶给定细分化的步骤包括：首先桨叶给定曲线的最小值Dmin与最大值Dmax，按照式(5)计算得到每条桨叶给定曲线等值细分D细；
D细＝(Dmax-Dmin)/n (5)
然后分别设定一个最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大，将每条桨叶给定曲线等值细分D细限幅在将最小桨叶给定细分值D设定最小与一个最大桨叶给定细分值D设定最大之间得到桨叶给定曲线的桨叶给定值D给定。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1所述具有细化区分功能的水轮机调速器桨叶协联优化方法的计算机程序。
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