CN112383254A - 导叶开度模拟量分段开环控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及系统，基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号。旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题，提高调节过程速动性，实现机组导叶开度和有功功率的快速稳定控制，提高调节品质。

Description

导叶开度模拟量分段开环控制方法及系统
技术领域
本发明属于水电站计算机监控系统领域，具体涉及一种水电站监控系统导叶开度模拟量分段开环控制方法及系统。
背景技术
目前，水轮发电机组运行过程中，开度模式下监控系统通常采用功率闭环常规脉冲调节方式，通过中间继电器，输出开度增减脉冲给调速器电控系统，以实现控制水轮发电机组开度控制。控制方法详见中国发明专利《一种水电站机组LCU有功脉冲调节系统》，(专利号：ZL201610327273.6)。该方法采用插值算法和修正比例算法改善了水电站机组有功脉冲调节系统在开度调节模式下的功率调节的时效性和可靠性，但由于此种方式从结构上采取的是闭环比例脉宽调制方式，依然存在导叶开度和有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及系统，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题。提高调节过程速动性，实现机组导叶开度和有功功率的快速稳定控制，提高调节品质。
本发明采取的技术方案为：
方案一：
一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法，包括以下步骤：
S1、监控系统控制参数△D及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第S2。
S2、监控系统采集变量有功功率给定值G给定，导叶开度反馈D，机组水头w,进入S3。
S3、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入S4；否则，继续检测。
S4、监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G给定，若是，进入S5；否则，进入S7。
S5、监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值D表。
水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示，表1中，p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度；
表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表
W<sub>1</sub> W<sub>2</sub> … W<sub>x-1</sub> W<sub>x</sub> … W<sub>p-1</sub> W<sub>p</sub>
G<sub>1</sub> D<sub>1,1</sub> D<sub>2,1</sub> … D<sub>x-1，1</sub> D<sub>x，1</sub> … D<sub>p-1,1</sub> D<sub>p，1</sub>
G<sub>2</sub> D<sub>1,2</sub> D<sub>2,2</sub> … D<sub>x-1，2</sub> D<sub>x，2</sub> … D<sub>p-1,2</sub> D<sub>p，2</sub>
… … … … … … … … …
G<sub>y-1</sub> D<sub>1，y-1</sub> D<sub>2，y-1</sub> … D<sub>x-1，y-1</sub> D<sub>x，y-1</sub> … D<sub>p-1,y-1</sub> D<sub>p，y-1</sub>
G<sub>y</sub> D<sub>1，y</sub> D<sub>2，y</sub> … D<sub>x-1，y</sub> D<sub>x，y</sub> … D<sub>p-1,y</sub> D<sub>p，y</sub>
… … … … … … … … …
G<sub>q-1</sub> D<sub>1，q-1</sub> D<sub>2，q-1</sub> … D<sub>x-1，q-1</sub> D<sub>x，q-1</sub> … D<sub>p-1,q-1</sub> D<sub>p，q-1</sub>
G<sub>q</sub> D<sub>1，q</sub> D<sub>2，q</sub> … D<sub>x-1，q</sub> D<sub>x，q</sub> … D<sub>p-1,q</sub> D<sub>p，q</sub>
若Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤g≤Gy，则
D表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g-Gx-1)/(Gx-Gx-1)；进入S6。
S6、控制变量D控制0赋初值D，进入S7。
S7、D控制n＝D控制n-1+△D，△D为控制参数增加步长，进入S8。D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数。
S8、如果D控制n>D表,则D’控制n＝D表，进入S9；否则，D’控制n＝D控制n，进入S9。
S9、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D控制n，返回S2。
一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制系统，包括：
查表计算模块，循环自加模块，限幅模块；
查表计算模块，用于采集有功功率给定G给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果D表给限幅模块。
循环自加模块，用于监测有功功率给定G给定变化使能信号，并采集导叶开度信号D。当使能信号动作时，D控制0赋初值D；循环自加模块不断对D控制n循环自加控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块。
限幅模块，用于采集查表计算模块输出的D表和循环自加模块输出的D控制n，对D控制n进行限幅输出，最大值为D表。限幅模块将导叶开度模拟量控制信号D’控制n输出给调速器电控系统。
方案二：
一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法，包括以下步骤：
第1步、监控系统控制参数△D、△D1及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第2步。
第2步、监控系统采集变量有功功率给定值G给定，导叶开度反馈D，机组水头w,进入第3步。
第3步、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入第4步；否则，继续检测。
第4步、监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G给定，若是，进入第5步；否则，进入第6步。
第5步、监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值D表。
水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示。表1中p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度；
表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表
W<sub>1</sub> W<sub>2</sub> … W<sub>x-1</sub> W<sub>x</sub> … W<sub>p-1</sub> W<sub>p</sub>
G<sub>1</sub> D<sub>1,1</sub> D<sub>2,1</sub> … D<sub>x-1，1</sub> D<sub>x，1</sub> … D<sub>p-1,1</sub> D<sub>p，1</sub>
G<sub>2</sub> D<sub>1,2</sub> D<sub>2,2</sub> … D<sub>x-1，2</sub> D<sub>x，2</sub> … D<sub>p-1,2</sub> D<sub>p，2</sub>
… … … … … … … … …
G<sub>y-1</sub> D<sub>1，y-1</sub> D<sub>2，y-1</sub> … D<sub>x-1，y-1</sub> D<sub>x，y-1</sub> … D<sub>p-1,y-1</sub> D<sub>p，y-1</sub>
G<sub>y</sub> D<sub>1，y</sub> D<sub>2，y</sub> … D<sub>x-1，y</sub> D<sub>x，y</sub> … D<sub>p-1,y</sub> D<sub>p，y</sub>
… … … … … … … … …
G<sub>q-1</sub> D<sub>1，q-1</sub> D<sub>2，q-1</sub> … D<sub>x-1，q-1</sub> D<sub>x，q-1</sub> … D<sub>p-1,q-1</sub> D<sub>p，q-1</sub>
G<sub>q</sub> D<sub>1，q</sub> D<sub>2，q</sub> … D<sub>x-1，q</sub> D<sub>x，q</sub> … D<sub>p-1,q</sub> D<sub>p，q</sub>
若Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤g≤Gy，则
D表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g-Gx-1)/(Gx-Gx-1)。进入第6步；
第6步、若∣D表-D∣≧△D1且为初次，进入第7步；若∣D表-D∣≧△D1且为非初次，进入第8步；若∣D表-D∣<△D1且为初次，进入第10步；若∣D表-D∣<△D1且为非初次，进入第11步。
第7步、控制变量D控制0赋初值D，进入第8步。
第8步、D控制n＝D控制n-1+△D，△D为控制参数变化步长，进入第9步。D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数。
第9步、如果D控制n>K1*D表，则D’控制n＝K1*D表，进入第13步；否则，D’控制n＝D控制n，进入第13步。增益系数K1通常取1.4。
第10步、控制变量D控制0赋初值D，进入第11步。
第11步、D控制n＝D控制n-1-△D，△D为控制参数变化步长，进入第12步。D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数。
第12步、如果D控制n<D表则D’控制n＝D表，进入第13步；否则，D’控制n＝D控制n，进入第13步。
第13步、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n，返回第2步。
一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制系统，包括：
查表计算模块，循环自加模块，限幅模块一，循环自减模块，限幅模块二，选择器模块；
查表计算模块，用于采集有功功率给定G给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果D表给限幅模块一和限幅模块二。
循环自加模块，用于监测有功功率给定G给定变化且∣D表-D∣≧△D1使能信号，并采集导叶开度信号D。当使能信号初次动作时，D控制0赋初值D。循环自加模块不断对D控制循环自加控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块一。
限幅模块一采集查表计算模块输出的D表和循环自加模块输出的D控制n，对D控制n进行限幅输出，最大值为K1*D表。K1通常取1.4。输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n给选择器模块通道0。
循环自减模块监测∣D表-D∣<△D1使能信号，并采集导叶开度信号D。当使能信号初次动作时，D控制0赋初值D。循环自减模块不断对D控制n循环自减控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块二。
限幅模块二采集查表计算模块输出的D表和循环自减模块输出的D控制，对D控制进行限幅输出，最小值为D表。输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n给选择器模块通道1。
选择器模块监测∣D表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅模块一和限幅模块二输出给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D’控制n。当∣D表-D∣<△D1不满足时，选择器模块7选择通道0，输出限幅模块一输出给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D’控制n；
当∣D表-D∣<△D1满足时，选择器模块选择通道1，输出限幅模块二输出给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D’控制n；
选择器模块将导叶开度模拟量控制信号D’控制n输出给调速器电控系统。
本发明的技术效果如下：
既有开环控制快速的特点，又有分段开环控制超调量小的优势，从而同时满足了调节过程速动性好、超调量小的要求，提高了动态调节品质。
本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制系统及方法，具有以下①和③两个优点：
优点①：具有开环调节快速的特点，从而提高了调节过程速动性。
优点③：可以通过开环控制避免调节过程中受到水锤反作用和机组惯性作用的影响，降低整个控制系统发散振荡的风险。
本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制系统及方法，具有以下①、②和③三个优点
优点①：具有开环调节快速的特点，从而提高了调节过程速动性。
优点②：可以进一步提高调节过程速动性，同时避免调节速度过快导致的超调量过大的问题，从而提高了调节过程的调节品质。
优点③：可以通过开环控制避免调节过程中受到水锤反作用和机组惯性作用的影响，降低整个控制系统发散振荡的风险。
附图说明
图1是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制结构图。
图2是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法流程图。
图3是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法及结构的matlab仿真结构模型。
图4是调速器液压随动系统仿真结构模型。
图5是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法及结构的matlab仿真结果波形图。
图6是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图。
图7是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法流程图
图8是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及结构的matlab仿真结构模型图。
图9是本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及结构的matlab仿真结果波形图。
具体实施方式
实施例一：
本发明属于水电站计算机监控系统领域，涉及一种全新的水电站监控系统控制方法及结构，更具体讲，是一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法及结构。
该方法基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题，提高调节过程速动性，实现机组导叶开度和有功功率的快速稳定控制，提高调节品质。
导叶开度开环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的大幅度快速调整的情形。开环控制可以有效避免水轮发电机组调节过程中受到引水管路水锤反作用和机组惯性作用的影响，降低整个控制系统出现导叶开度和有功功率发散振荡的风险。
本发明一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法，如图2所示，详细过程步骤如下：
S1、监控系统控制参数△D及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第S2。
S2、监控系统采集变量有功功率给定值G给定，导叶开度反馈D，机组水头w,进入S3。
S3、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入S4；否则，继续检测。
S4、监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G给定，若是，进入S5；否则，进入S7。
S5、监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值D表。
水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示，表1中，p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度；
表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表
Figure BDA0002822283960000061
Figure BDA0002822283960000071
若Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤g≤Gy，则
D表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g-Gx-1)/(Gx-Gx-1)；进入S6。
S6、控制变量D控制0赋初值D，进入S7。
S7、D控制n＝D控制n-1+△D，△D为控制参数增加步长，进入S8。D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数。
S8、如果D控制n>D表,则D’控制n＝D表，进入S9；否则，D’控制n＝D控制n，进入S9。
S9、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D控制n，返回S2。
一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制系统，包括：
查表计算模块1，循环自加模块2，限幅模块3；
查表计算模块1，用于采集有功功率给定G给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果D表给限幅模块3。
循环自加模块2，用于监测有功功率给定G给定变化使能信号，并采集导叶开度信号D。当使能信号动作时，D控制0赋初值D；循环自加模块2不断对D控制n循环自加控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块3。
限幅模块3，用于采集查表计算模块1输出的D表和循环自加模块2输出的D控制n，对D控制n进行限幅输出，最大值为D表。限幅模块3将导叶开度模拟量控制信号D’控制n输出给调速器电控系统。
将本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法及结构应用于水电站监控系统开度模式导叶开度控制过程建模仿真。
模拟水电站监控系统开度模式导叶开度控制过程为0.5秒时刻，监控系统检测开度模式下AGC下发一个新的有功功率给定值G给定，查表计算D表＝0.8，导叶开度反馈D＝0。根据本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及结构，基于matlab，对监控系统控制结构和受控对象进行建模仿真，matlab仿真结构模型如图3所示。
matlab仿真结构模型用斜坡函数模型Ramp实现本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制结构图1中循环自加模块2的功能，实现0.5秒开始自加，自加速度1秒增加1。
matlab仿真结构模型用限幅函数模型Saturation实现本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制结构图1中限幅模块3功能，输出给调速器电控系统，限制输出最大值0.8。
matlab仿真结构模型用调速器液压随动系统仿真模型模拟本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制结构图1中调速器电控系统及液压随动系统，调速器液压随动系统仿真结构模型如图4所示，其yc通道接口采集导叶开度模拟量控制信号D控制，y通道接口输出导叶开度反馈D，y1通道接口输出主配位置反馈。
matlab仿真结果波形如图5所示。D控制数据波形见图5中黄色曲线，导叶开度反馈D数据波形见图5中紫色曲线，主配位置反馈数据波形见图5中蓝色曲线。从图中可以看出导叶开度从0变化到0.8整个调节过程中，从导叶开度模拟量控制信号D控制由0开始变化到主配停止调节导叶开度稳定在0.8的时间为2.8929秒，超调量4.3625％。
实施例二：
为了进一步提高调节过程速动性，同时避免调节速度过快导致的超调量过大的问题，在一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法及结构基础上进行优化改良，实现分段开环控制，形成一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及结构。该方法基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表的方式，对机组导叶开度进行分段快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题，提高调节过程速动性，同时抑制调节速度过快产生严重超调现象，实现机组导叶开度和有功功率的快速稳定控制，提高调节品质。
导叶开度分段开环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的大幅度快速调整的情形，通常分为两段，前一段增益系数K1通常大于1，目的是提高机组导叶开度和有功功率调节的速度，后一段增益系数通常等于1，目的是防止机组导叶开度和有功功率调节过程出现严重超调，提高改善调节品质。分段切换条件为查表计算导叶开度D表与导叶开度D差值绝对值小于△D1。分段开环控制可以有效避免水轮发电机组调节过程中受到引水管路水锤反作用和机组惯性作用的影响，降低整个控制系统出现导叶开度和有功功率发散振荡的风险。
本发明一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法，如图7所示，详细过程步骤如下：
第1步、监控系统控制参数△D、△D1及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第2步。
第2步、监控系统采集变量有功功率给定值G给定，导叶开度反馈D，机组水头w,进入第3步。
第3步、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入第4步；否则，继续检测。
第4步、监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G给定，若是，进入第5步；否则，进入第6步。
第5步、监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值D表。
水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示。表1中p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度；
表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表
W<sub>1</sub> W<sub>2</sub> … W<sub>x-1</sub> W<sub>x</sub> … W<sub>p-1</sub> W<sub>p</sub>
G<sub>1</sub> D<sub>1,1</sub> D<sub>2,1</sub> … D<sub>x-1，1</sub> D<sub>x，1</sub> … D<sub>p-1,1</sub> D<sub>p，1</sub>
G<sub>2</sub> D<sub>1,2</sub> D<sub>2,2</sub> … D<sub>x-1，2</sub> D<sub>x，2</sub> … D<sub>p-1,2</sub> D<sub>p，2</sub>
… … … … … … … … …
G<sub>y-1</sub> D<sub>1，y-1</sub> D<sub>2，y-1</sub> … D<sub>x-1，y-1</sub> D<sub>x，y-1</sub> … D<sub>p-1,y-1</sub> D<sub>p，y-1</sub>
G<sub>y</sub> D<sub>1，y</sub> D<sub>2，y</sub> … D<sub>x-1，y</sub> D<sub>x，y</sub> … D<sub>p-1,y</sub> D<sub>p，y</sub>
… … … … … … … … …
G<sub>q-1</sub> D<sub>1，q-1</sub> D<sub>2，q-1</sub> … D<sub>x-1，q-1</sub> D<sub>x，q-1</sub> … D<sub>p-1,q-1</sub> D<sub>p，q-1</sub>
G<sub>q</sub> D<sub>1，q</sub> D<sub>2，q</sub> … D<sub>x-1，q</sub> D<sub>x，q</sub> … D<sub>p-1,q</sub> D<sub>p，q</sub>
若Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤g≤Gy，则
D表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g-Gx-1)/(Gx-Gx-1)。进入第6步；
第6步、若∣D表-D∣≧△D1且为初次，进入第7步；若∣D表-D∣≧△D1且为非初次，进入第8步；若∣D表-D∣<△D1且为初次，进入第10步；若∣D表-D∣<△D1且为非初次，进入第11步。
第7步、控制变量D控制0赋初值D，进入第8步。
第8步、D控制n＝D控制n-1+△D，△D为控制参数变化步长，进入第9步。D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数。
第9步、如果D控制n>K1*D表，则D’控制n＝K1*D表，进入第13步；否则，D’控制n＝D控制n，进入第13步。
第10步、控制变量D控制0赋初值D，进入第11步。
第11步、D控制n＝D控制n-1-△D，△D为控制参数变化步长，进入第12步。D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数。
第12步、如果D控制n<D表则D’控制n＝D表，进入第13步；否则，D’控制n＝D控制n，进入第13步。
第13步、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n，返回第2步。
一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制系统，包括：
查表计算模块1，循环自加模块2，限幅模块一4，循环自减模块5，限幅模块二6，选择器模块7；
查表计算模块1，用于采集有功功率给定G给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果D表给限幅模块一4和限幅模块二6。
循环自加模块2，用于监测有功功率给定G给定变化且∣D表-D∣≧△D1使能信号，并采集导叶开度信号D。当使能信号初次动作时，D控制0赋初值D。循环自加模块2不断对D控制循环自加控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块一4。
限幅模块一4采集查表计算模块1输出的D表和循环自加模块2输出的D控制n，对D控制n进行限幅输出，最大值为K1*D表。K1通常取1.4。输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n给选择器模块7通道0。
循环自减模块5监测∣D表-D∣<△D1使能信号，并采集导叶开度信号D。当使能信号初次动作时，D控制0赋初值D。循环自减模块5不断对D控制n循环自减控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块二6。
限幅模块二6采集查表计算模块1输出的D表和循环自减模块5输出的D控制，对D控制进行限幅输出，最小值为D表。输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n给选择器模块7通道1。
选择器模块7监测∣D表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅模块一4和限幅模块二6输出给选择器模块7的导叶开度模拟量控制信号D’控制n。当∣D表-D∣<△D1不满足时，选择器模块7选择通道0，输出限幅模块一4输出给选择器模块7的导叶开度模拟量控制信号D’控制n；
当∣D表-D∣<△D1满足时，选择器模块7选择通道1，输出限幅模块二6输出给选择器模块7的导叶开度模拟量控制信号D’控制n；
选择器模块7将导叶开度模拟量控制信号D’控制n输出给调速器电控系统。
将本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及结构应用于水电站监控系统开度模式导叶开度控制过程建模仿真。
模拟水电站监控系统开度模式导叶开度控制过程为0.5秒时刻，监控系统检测开度模式下AGC下发一个新的有功功率给定值G给定，查表计算D表＝0.8，导叶开度反馈D＝0，控制参数K1＝1.4，△D1＝0.25。根据本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及结构，基于matlab，对监控系统控制结构和受控对象进行建模仿真，matlab仿真结构模型如图8所示。
matlab仿真结构模型用斜坡函数模型Ramp1实现本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图6中循环自加模块2的功能，实现0.5秒开始自加，自加速度1秒增加3。
matlab仿真结构模型用限幅函数模型Saturation1实现本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图6中限幅模块一4功能，输出给选择器模块6的通道1，限制输出最大值为0.8*1.4，即1.12。
matlab仿真结构模型用斜坡函数模型Ramp2实现本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图6中循环自减模块5的功能，实现导叶开度D不小于0.25，1.0431秒开始自减，自减速度1秒减少3。
matlab仿真结构模型用限幅函数模型Saturation2实现本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图6中限幅模块二6功能，输出给选择器模块6的通道2，限制输出最小值1。
matlab仿真结构模型用限幅函数模型Switch实现本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图6中选择器模块7，实现导叶开度D小于0.25时，输出通道1采集的数据给调速器电控系统；导叶开度D不小于0.25时，输出通道2采集的数据给调速器电控系统。
matlab仿真结构模型用调速器液压随动系统仿真模型模拟本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图6中调速器电控系统及液压随动系统，调速器液压随动系统仿真结构模型如图4所示，其yc通道接口采集导叶开度模拟量控制信号D控制，y通道接口输出导叶开度反馈D，y1通道接口输出主配位置反馈。
matlab仿真结果波形如图9所示。D控制数据波形见图9中黄色曲线，导叶开度反馈D数据波形见图9中紫色曲线，主配位置反馈数据波形见图9中蓝色曲线。从图中可以看出导叶开度从0变化到0.8整个调节过程中，从导叶开度模拟量控制信号D控制由0开始变化到主配停止调节导叶开度稳定在0.8的时间为2.7006秒，超调量4.4869％。
与采用水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制方法及结构进行仿真的波形图5进行对比，发现采用一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法及结构进行仿真的试验波形，控制过程调节速度明显变快，但超调量变化不大，抑制效果明显，仿真效果明显优于非分段开环控制方法。

Claims (3)

1.一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法，其特征在于包括以下步骤：
第1步、监控系统控制参数△D、△D1及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第2步；
第2步、监控系统采集变量有功功率给定值G给定，导叶开度反馈D，机组水头w,进入第3步；
第3步、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入第4步；否则，继续检测；
第4步、监控系统检测开度模式下AGC是否下发一个新的有功功率给定值G给定，若是，进入第5步；否则，进入第6步；
第5步、监控系统根据AGC下发的新的有功功率给定值G给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值D表；
第6步、若∣D表-D∣≧△D1且为初次，进入第7步；若∣D表-D∣≧△D1且为非初次，进入第8步；若∣D表-D∣<△D1且为初次，进入第10步；若∣D表-D∣<△D1且为非初次，进入第11步；
第7步、控制变量D控制0赋初值D，进入第8步；
第8步、D控制n＝D控制n-1+△D，△D为控制参数变化步长，进入第9步；D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数；
第9步、如果D控制n>K1*D表，则D’控制n＝K1*D表，进入第13步；否则，D’控制n＝D控制n，进入第13步；
第10步、控制变量D控制0赋初值D，进入第11步；
第11步、D控制n＝D控制n-1-△D，△D为控制参数变化步长，进入第12步；D控制n-1为D控制n的上一周期值，n为正整数；
第12步、如果D控制n<D表则D’控制n＝D表，进入第13步；否则，D’控制n＝D控制n，进入第13步；
第13步、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n，返回第2步。
2.根据权利要求1所述一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制方法，其特征在于：第5步中，水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如表1所示；表1中p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，Dx,y为Wx水头Gy有功功率对应的导叶开度；
表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表
W<sub>1</sub> W<sub>2</sub> … W<sub>x-1</sub> W<sub>x</sub> … W<sub>p-1</sub> W<sub>p</sub> G<sub>1</sub> D<sub>1,1</sub> D<sub>2,1</sub> … D<sub>x-1，1</sub> D<sub>x，1</sub> … D<sub>p-1,1</sub> D<sub>p，1</sub> G<sub>2</sub> D<sub>1,2</sub> D<sub>2,2</sub> … D<sub>x-1，2</sub> D<sub>x，2</sub> … D<sub>p-1,2</sub> D<sub>p，2</sub> … … … … … … … … … G<sub>y-1</sub> D<sub>1，y-1</sub> D<sub>2，y-1</sub> … D<sub>x-1，y-1</sub> D<sub>x，y-1</sub> … D<sub>p-1,y-1</sub> D<sub>p，y-1</sub> G<sub>y</sub> D<sub>1，y</sub> D<sub>2，y</sub> … D<sub>x-1，y</sub> D<sub>x，y</sub> … D<sub>p-1,y</sub> D<sub>p，y</sub> … … … … … … … … … G<sub>q-1</sub> D<sub>1，q-1</sub> D<sub>2，q-1</sub> … D<sub>x-1，q-1</sub> D<sub>x，q-1</sub> … D<sub>p-1,q-1</sub> D<sub>p，q-1</sub> G<sub>q</sub> D<sub>1，q</sub> D<sub>2，q</sub> … D<sub>x-1，q</sub> D<sub>x，q</sub> … D<sub>p-1,q</sub> D<sub>p，q</sub>
若Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤g≤Gy，则
D表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)；
D表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)；
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g-Gx-1)/(Gx-Gx-1)；进入第6步。
3.一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制系统，其特征在于包括：
查表计算模块(1)，循环自加模块(2)，限幅模块一(4)，循环自减模块(5)，限幅模块二(6)，选择器模块(7)；
查表计算模块(1)，用于采集有功功率给定G给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果D表给限幅模块一(4)和限幅模块二(6)；
循环自加模块(2)，用于监测有功功率给定G给定变化且∣D表-D∣≧△D1使能信号，并采集导叶开度信号D；当使能信号初次动作时，D控制0赋初值D；循环自加模块(2)不断对D控制循环自加控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块一(4)；
限幅模块一(4)采集查表计算模块(1)输出的D表和循环自加模块(2)输出的D控制n，对D控制n进行限幅输出，最大值为K1*D表；K1通常取1.4；输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n给选择器模块(7)通道0；
循环自减模块(5)监测∣D表-D∣<△D1使能信号，并采集导叶开度信号D；当使能信号初次动作时，D控制0赋初值D；循环自减模块(5)不断对D控制n循环自减控制参数步长△D，输出D控制n给限幅模块二(6)；
限幅模块二(6)采集查表计算模块(1)输出的D表和循环自减模块(5)输出的D控制，对D控制进行限幅输出，最小值为D表；输出导叶开度模拟量控制信号D’控制n给选择器模块(7)通道1；
选择器模块(7)监测∣D表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅模块一(4)和限幅模块二(6)输出给选择器模块(7)的导叶开度模拟量控制信号D’控制n；当∣D表-D∣<△D1不满足时，选择器模块(7)选择通道0，输出限幅模块一(4)输出给选择器模块(7)的导叶开度模拟量控制信号D’控制n；
当∣D表-D∣<△D1满足时，选择器模块(7)选择通道1，输出限幅模块二(6)输出给选择器模块(7)的导叶开度模拟量控制信号D’控制n；
选择器模块(7)将导叶开度模拟量控制信号D’控制n输出给调速器电控系统。
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