CN112343763B - 一种逼近式水电站功率脉冲调节方法及调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种逼近式水电站功率脉冲调节方法及调节系统，利用周期采集实时有功功率、有功目标值及死区调节，对有功功率形成闭环调节方式，确定好导叶动作方向后，根据有功目标值与有功实际值的差值来确定导叶脉冲动作时间，从而调节水轮机导叶开度，进而调整水电站机组的有功功率。本发明实现了快速精确的调节机组有功功率。

Description

一种逼近式水电站功率脉冲调节方法及调节系统
技术领域
本发明涉及水电站功率调节领域，尤其涉及一种逼近式水电站功率脉冲调节方法及调节系统。
背景技术
水电站由于启停机快，负荷调节响应迅速等特点，常在电网中承担调峰功能，在运行中有功功率调节十分频繁。水电机组有功功率调节主要以监控系统有功功率闭环调节为主，当有新的功率目标值时，触发调节功能，各台机组现地控制单元（local control unit，LCU）根据机组实际有功功率与有功功率调节的目标值偏差，实时向调速器发出有功功率调节开关增减脉冲指令，调速器根据接收到的脉冲指令来修改导叶开度给定值，完成机组的有功功率调节。
功率调节电路常使用硬接点接线，直接通过硬接点调节脉冲下发调速器系统，普通调节逻辑是通过硬接点脉冲默认的根据相同时长规律发送脉冲。由于未对脉冲指令时间进行计算与选择，且存在水力脉动等原因，功率调节时容易产生超调或调节不到位等情况。
发明内容
本发明的目的在提供一种逼近式水电站功率脉冲调节方法及调节系统，从而改善现有的功率调节易出现超调或调节不到位的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种逼近式水电站功率脉冲调节方法，包括以下步骤：步骤1、周期采样获取水电站机组的实时有功功率Pa、有功功率目标值P及功率调节死区Pd；步骤2、比较实时有功功率Pa和有功功率目标值P之差的绝对值|P-Pa|与功率调节死区Pd的大小；若|P-Pa|小于等于Pd，则结束调节；步骤3、若|P-Pa|大于Pd，则将有功目标值P与此时刻有功实际值Pa通过减法运算得到△P，其中△P=P-Pa。步骤4、根据△P得到导叶动作方向及导叶脉冲动作时间T形成有功调节指令，并将有功调节指令传输至水电站机组的调速器；步骤5、调速器根据有功调节指令来修改导叶开度值，从而实现水电站有功功率的调节。
进一步地，步骤4中得到导叶动作方向的步骤如下：步骤4.1.1、将△P与0进行比较；步骤4.1.2、若△P小于0，则导叶向关方向动作；若△P大于0，则导叶向开方向动作。
进一步地，步骤4中得到导叶脉冲动作时间T的步骤如下：步骤4.2.1、设定多个不同的梯度范围，及每一梯度范围与其对应的时间t；步骤4.2.2、根据△P的绝对值所在梯度，得到对应的时间t；步骤4.2.3、根据步骤4.2.2中得到的时间t，获取导叶脉冲动作时间T。
进一步地，步骤1中有功功率目标值P的获取步骤包括：步骤1.1、设定有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin；步骤1.2、输入功率目标值P1，并判断功率目标值P1是否在有功功率的最大值Pmax与最小值Pmin之间；步骤1.3、若P1>Pmax，则有功功率目标值P取值Pmax；若P1<Pmin，则有功功率目标值P取值Pmin；若Pmin≤P1≤Pmax，则有功功率目标值P取值P1。
一种逼近式水电站功率脉冲调节系统，其特征在于，包括采集模块、比较模块、减法运算模块、动作方向选择模块、脉冲时间选择模块、控制单元LCU及调速器；采集模块用于周期采样获取水电站机组的实时有功功率Pa、有功功率目标值P及功率调节死区Pd；比较模块用于比较实时有功功率Pa与有功功率目标值P之间差值的绝对值|P-Pa|与功率调节死区Pd的大小，若|P-Pa|小于等于Pd，则结束调节；若|P-Pa|大于Pd，则继续进行调节；减法运算模块用于|P-Pa|大于Pd时，计算出有功目标值P与此时刻有功实际值Pa之差△P，其中△P=P-Pa；并将△P传输至动作方向选择模块及脉冲时间选择模块；动作方向选择模块用于根据△P得到导叶动作方向并传输至控制单元LCU；脉冲时间选择模块用于根据△P得到导叶脉冲动作时间T并传输至控制单元LCU；控制单元LCU用于根据接收到的导叶动作方向及导叶脉冲动作时间T生成有功调节指令，并将该有功调节指令发送至调速器；调速器用于根据接收到的有功调节指令来修改导叶开度值，从而完成机组的有功功率调节。
进一步地，动作方向选择模块将△P与0比较，当△P＞0时，判定导叶向开方向动作；当△P＜0时，判定导叶向关方向动作。
进一步地，脉冲时间选择模块包括梯度设定单元、绝对值运算单元及比对单元；梯度设定单元用于设定多个不同的梯度范围，及每一梯度范围与其对应的时间t；绝对值运算单元用于得到△P的绝对值|△P |；比对单元用于将|△P |与每一梯度范围进行对比，确定|△P |所在梯度对应的时间t，从而得到导叶脉冲动作时间T。
进一步地，采集模块包括采集单元及限值比较单元；采集单元用于采集预先设定的有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin、功率调节死区Pd、新输入的功率目标值P1、及水电站机组的实时有功功率Pa；限制比较单元用于将功率目标值P1与有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin之间进行比较，并得到向比较模块输入的有功功率目标值P的大小；若P1>Pmax，则向比较模块输入有功功率目标值P=Pmax；若P1<Pmin，则向比较模块输入有功功率目标值P=Pmin；若Pmin≤P1≤Pmax，则向比较模块输入有功功率目标值P=P1。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的利用周期采集实时有功功率、有功目标值及死区调节，对有功功率形成闭环调节方式，确定好导叶动作方向后，根据有功目标值与有功实际值的差值来确定导叶脉冲动作时间，从而调节水轮机导叶开度，进而调整水电站机组的有功功率。
（2）本发明的导叶动作方向通过有功目标值与有功实际值的差值正负数来判断是增加有功还是减少有功，从而决定导叶是开方向还是关方向。导叶脉冲动作时间T通过有功目标值与有功实际值的差值位于的梯度确定，若差值较大时，需要较大脉冲，因此导叶动作时间长，能迅速的进行有功调节，将有功实际值速度的调节到接近有功目标值，之后下一个周期采样，有功目标值与有功实际值差值较小，根据梯度范围，导叶脉冲动作时间短，能精确的进行有功调节。建立梯度，根据有功目标值与有功实际值差值选择导叶脉冲动作时间长短，能快速且精确的对水电站机组进行有功调节。
（3）本发明预先设定有有功功率的最大值及最小值，后续的操作中对新输入的有功目标值进行现值比较，有效的保护的机组，避免设定值超过机组的最大负荷，使得机组一直处于满负荷状态运行；同时避免了由于输入手误，输入值过小，使得水轮机导叶关的过小，进而影响发电机的发电量造成更大的失误。
附图说明
图1为本发明实施例提供的功率脉冲调节方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的导叶脉冲动作时间选择流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
请参阅图1及图2，一种逼近式水电站功率脉冲调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、周期采样获取水电站机组的实时有功功率Pa、有功功率目标值P及功率调节死区Pd。步骤2、比较实时有功功率Pa与有功功率目标值P之间差值的绝对值|P-Pa|与功率调节死区Pd的大小；若|P-Pa|小于等于Pd，则延时后结束调节。步骤3、若|P-Pa|大于Pd，则将有功目标值P与此时刻有功实际值Pa通过减法运算得到△P，其中△P=P-Pa。步骤4、根据△P得到导叶动作方向及导叶脉冲动作时间T形成有功调节指令，并将有功调节指令传输至水电站机组的调速器。步骤5、调速器根据有功调节指令来修改导叶开度值，从而实现水电站有功功率的调节。利用周期采集实时有功功率、有功目标值及死区调节，对有功功率形成闭环调节方式，确定好导叶动作方向后，根据有功目标值与有功实际值的差值来确定导叶脉冲动作时间，从而调节水轮机导叶开度，进而能迅速有效的调整水电站机组的有功功率。
将△P与0进行比较；若△P小于0，有功目标值小于实时有功功率，应向减小有功方向进行调节，导叶向关方向动作；若△P大于0，有功目标值大于实时有功功率，应向增加有功方向进行调节，导叶向开方向动作。从而确认导叶动作方向。
设定多个不同的梯度范围，及每一梯度范围与其对应的时间t；根据△P的绝对值所在梯度，得到对应的时间t；从而对导叶脉冲动作时间T赋予对应的值。导叶脉冲动作时间T通过有功目标值与有功实际值的差值位于的梯度确定，若差值较大时，需要较大脉冲，因此导叶动作时间长，能迅速的进行有功调节，将有功实际值速度的调节到接近有功目标值，之后下一个周期采样，有功目标值与有功实际值差值较小，根据梯度范围，导叶脉冲动作时间短，能精确的进行有功调节。建立梯度，根据有功目标值与有功实际值差值选择导叶脉冲动作时间长短，能快速且精确的对水电站机组进行有功调节。
有功功率目标值P的获取步骤包括：设定有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin；输入功率目标值P1，并判断功率目标值P1是否在有功功率的最大值Pmax与最小值Pmin之间；若P1>Pmax，则有功功率目标值P取值Pmax；若P1<Pmin，则有功功率目标值P取值Pmin；若Pmin≤P1≤Pmax，则有功功率目标值P取值P1，将新的有功目标值P用于与实时有供功率Pa进行比较。预先设定有有功功率的最大值及最小值，后续的操作中对新输入的有功目标值进行现值比较，有效的保护的机组。其中实时有功功率Pa通过交流采样装置AI6303采集机组出口实时有功电压电流值计算得到，新输入的功率目标值P1采集自集控、中控、触摸屏监控画面上人工输入或省条下发AGC有功功率目标值。
一种逼近式水电站功率脉冲调节系统，其特征在于，包括采集模块、比较模块、减法运算模块、动作方向选择模块、脉冲时间选择模块、控制单元LCU及调速器；采集模块用于周期采样获取水电站机组的实时有功功率Pa、有功功率目标值P及功率调节死区Pd；比较模块用于比较实时有功功率Pa与有功功率目标值P之间差值的绝对值|P-Pa|与功率调节死区Pd的大小，若|P-Pa|小于等于Pd，则结束调节；若|P-Pa|大于Pd，则继续进行调节；减法运算模块用于|P-Pa|大于Pd时，计算出有功目标值P与此时刻有功实际值Pa之差△P，其中△P=P-Pa；并将△P传输至动作方向选择模块及脉冲时间选择模块；动作方向选择模块用于根据△P得到导叶动作方向并传输至控制单元LCU；脉冲时间选择模块用于根据△P得到导叶脉冲动作时间T并传输至控制单元LCU；控制单元LCU用于根据接收到的导叶动作方向及导叶脉冲动作时间T生成有功调节指令，并将该有功调节指令发送至调速器；调速器用于根据接收到的有功调节指令来修改导叶开度值，从而完成机组的有功功率调节。
采集模块包括采集单元及限值比较单元；采集单元用于采集预先设定的有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin、功率调节死区Pd、新输入的功率目标值P1、及水电站机组的实时有功功率Pa。其中实时有功功率Pa通过交流采样装置AI6303采集机组出口实时有功电压电流值计算得到，新输入的功率目标值P1采集自集控、中控、触摸屏监控画面上人工输入或省条下发AGC有功功率目标值。限制比较单元用于将功率目标值P1与有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin之间进行比较，并得到向比较模块输入的有功功率目标值P的大小；若P1>Pmax，则向比较模块输入有功功率目标值P=Pmax；若P1<Pmin，则向比较模块输入有功功率目标值P=Pmin；若Pmin≤P1≤Pmax，则向比较模块输入有功功率目标值P=P1。
动作方向选择模块将△P与0比较，当△P＞0时，有功目标值大于实时有功功率，应向增加有功方向进行调节，判定导叶向开方向动作；当△P＜0时，有功目标值小于实时有功功率，应向减小有功方向进行调节，判定导叶向关方向动作。
脉冲时间选择模块包括梯度设定单元、绝对值运算单元及比对单元；梯度设定单元用于设定多个不同的梯度范围，及每一梯度范围与其对应的时间t；绝对值运算单元用于得到△P的绝对值|△P |；比对单元用于将|△P |与每一梯度范围进行对比，确定|△P |所在梯度对应的时间t，从而得到导叶脉冲动作时间T。
本发明的采集模块中的采集单元实用交流采样装置AI6303采集有功功率模拟量，采集模块中限值比较单元、比较模块、减法运算模块、动作方向选择模块及脉冲时间选择模块均采用FBD功能图块（Function Block Diagram）编程语言实现，其中，限值比较单元采用Float Value Limiter Block浮点值限位块，比较模块采用COMPAPATO运算块，减法运算采用SUB运算块，寻找模块采用MUX（multiplexer block）多路复用选择块，最后采用40路开关量输出板DO2201将有功调节指令输出至控制单元LCU。
控制单元LCU用于根据接收到的导叶动作方向及导叶脉冲动作时间T生成有功调节指令，并将该有功调节指令发送至调速器，调速器根据接收到的有功调节指令来修改水轮导叶的开度值，从而完成机组的有功功率调节，下一个采样周期，采集模块采集到改变后的实时有功功率值，传送到比较模块再次与有功目标值进行对比，进入有功调节，实现闭环调节，直至有功目标值与实时有功功率值差值在功率调节死区范围之内，延时后停止调节。当差值达到功率调节死区范围内，保持一定实际时间后，视为实时有功功率很接近有功目标值，有功功率调节已完成，从而退出调节。本发明中的功率调节死区Pd、有功目标值的最大值Pmax、最小值Pmin，每一梯度范围，每一梯度对应赋予脉冲动作时间T的大小均是自行设置的，写入程序中，亦可在程序中设置成变量，便于后续对以上数据进行调整，从而调整有功调节的精确度。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种逼近式水电站功率脉冲调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、周期采样获取水电站机组的实时有功功率Pa、有功功率目标值P及功率调节死区Pd；
步骤2、比较实时有功功率Pa和有功功率目标值P之差的绝对值|P-Pa|与功率调节死区Pd的大小；若|P-Pa|小于等于Pd，则结束脉冲调节；
步骤3、若|P-Pa|大于Pd，则将有功目标值P与此时刻有功实际值Pa通过减法运算得到△P，其中△P＝P-Pa；
步骤4、根据△P得到导叶动作方向及导叶脉冲动作时间T形成有功调节指令，并将有功调节指令传输至水电站机组的调速器，
其中，得到导叶动作方向的步骤如下：
步骤4.1.1、将△P与0进行比较；
步骤4.1.2、若△P小于0，则导叶向关方向动作；若△P大于0，则导叶向开方向动作，
得到导叶脉冲动作时间T的步骤如下：
步骤4.2.1、设定多个不同的梯度范围，及每一梯度范围与其对应的时间t；
步骤4.2.2、根据△P的绝对值所在梯度，得到对应的时间t；
步骤4.2.3、根据步骤4.2.2中得到的时间t，获取导叶脉冲动作时间T；
步骤5、调速器根据有功调节指令来修改导叶开度值，从而实现水电站有功功率的调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中有功功率目标值P的获取步骤包括：
步骤1.1、设定有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin；
步骤1.2、输入功率目标值P1，并判断功率目标值P1是否在有功功率的最大值Pmax与最小值Pmin之间；
步骤1.3、若P1>Pmax，则有功功率目标值P取值Pmax；若P1<Pmin，则有功功率目标值P取值Pmin；若Pmin≤P1≤Pmax，则有功功率目标值P取值P1。
3.一种逼近式水电站功率脉冲调节系统，其特征在于，包括采集模块、比较模块、减法运算模块、动作方向选择模块、脉冲时间选择模块、控制单元LCU及调速器；
采集模块用于周期采样获取水电站机组的实时有功功率Pa、有功功率目标值P及功率调节死区Pd；
比较模块用于比较实时有功功率Pa与有功功率目标值P之间差值的绝对值|P-Pa|与功率调节死区Pd的大小，若|P-Pa|小于等于Pd，则结束调节；若|P-Pa|大于Pd，则继续进行调节；
减法运算模块用于|P-Pa|大于Pd时，计算出有功目标值P与此时刻有功实际值Pa之差△P，其中△P＝P-Pa；并将△P传输至动作方向选择模块及脉冲时间选择模块；
动作方向选择模块用于根据△P得到导叶动作方向并传输至控制单元LCU；
脉冲时间选择模块用于根据△P得到导叶脉冲动作时间T并传输至控制单元LCU；
控制单元LCU用于根据接收到的导叶动作方向及导叶脉冲动作时间T生成有功调节指令，并将该有功调节指令发送至调速器；
调速器用于根据接收到的有功调节指令来修改导叶开度值，从而完成机组的有功功率调节。
4.根据权利要求3所述的一种逼近式水电站功率脉冲调节系统，其特征在于，所述动作方向选择模块将△P与0比较，当△P＞0时，判定导叶向开方向动作；当△P＜0时，判定导叶向关方向动作。
5.根据权利要求4所述的一种逼近式水电站功率脉冲调节系统，其特征在于，所述脉冲时间选择模块包括梯度设定单元、绝对值运算单元及比对单元；
梯度设定单元用于设定多个不同的梯度范围，及每一梯度范围与其对应的时间t；
绝对值运算单元用于得到△P的绝对值|△P|；
比对单元用于将|△P|与每一梯度范围进行对比，确定|△P|所在梯度对应的时间t，从而得到导叶脉冲动作时间T。
6.根据权利要求5所述的一种逼近式水电站功率脉冲调节系统，其特征在于，所述采集模块包括采集单元及限值比较单元；
采集单元用于采集预先设定的有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin、功率调节死区Pd、新输入的功率目标值P1、及水电站机组的实时有功功率Pa；
限制比较单元用于将功率目标值P1与有功功率的最大值Pmax及最小值Pmin之间进行比较，并得到向比较模块输入的有功功率目标值P的大小；若P1>Pmax，则向比较模块输入有功功率目标值P＝Pmax；若P1<Pmin，则向比较模块输入有功功率目标值P＝Pmin；若Pmin≤P1≤Pmax，则向比较模块输入有功功率目标值P＝P1。
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