CN113309651B - 一种水轮机调节系统控制参数的优选方法 - Google Patents

一种水轮机调节系统控制参数的优选方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，其包括：设立存储有优选参数的参数数据库；获取水轮机当前输出转轴转速和水轮机当前进口流量；在当前输出转轴转速超过预设的输出转轴转速阈值范围时，根据当前输出转轴转速和当前进口流量到所述参数数据库中调取对应的优选参数。转轴转速和进口流量两个参数是直接影响发电机输出频率的因素，通过这两个参数输出指定的优选参数，更易于和准确的将发电机输出频率控制在要求范围内。本申请具有便于提高调节系统的可靠性的效果。

Description

一种水轮机调节系统控制参数的优选方法
技术领域
本申请涉及水轮机控制的领域，尤其是涉及一种水轮机调节系统控制参数的优选方法。
背景技术
水轮机是水力发电系统中的重要设备之一，除水轮机外，水力发电系统还包括发电机、调节系统和引水系统。通过引水系统将水库或河流中的水流引入水轮机，调节系统控制水轮机导叶开度，使水流带动水轮机叶轮转动；水轮机叶轮带动输出转轴转动，输出转轴带动发电机转轴转动，使发电机发电。
其中调节系统承担着稳定水力发电机组频率和调节水力发电机组功率的重任，工程应用中调节系统采用的控制规律一般为比例积分微分控制器（Proportion IntegrationDifferentiation，PID）控制，其中PID控制参数对机组的调节质量和动态响应指标有着决定性影响，如何优化PID参数成为了工程应用中的难题。
相关技术中，PID控制参数一般依赖专家整定。发明人认为当水轮机进口流量改变时，叶轮机叶轮转速改变，叶轮机输出转轴转速改变，从而导致发电机输出频率变化。而不稳定的发电机输出频率将影响负载的稳定性。相关技术中的调节系统不能够及时改变PID控制参数，以调节叶轮机输出转轴转速，达到稳定发电机输出频率的作用，调节系统的可靠性较低。
发明内容
为了便于提高调节系统的可靠性，本申请提供一种水轮机调节系统控制参数的优选方法。
本申请提供的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法采用如下的技术方案：
一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，包括：
设立存储有优选参数的参数数据库；
获取水轮机当前输出转轴转速和水轮机当前进口流量；
在当前输出转轴转速超过预设的输出转轴转速阈值范围时，根据当前输出转轴转速和当前进口流量到所述参数数据库中调取对应的优选参数。
通过采用上述技术方案，当水轮机输出转轴转速超出预设的输出转轴转速阈值范围时，根据当前输出转轴转速与当前进口流量两个参数到参数数据库中调取对应的优选参数，实现PID控制优化参数的自动输出和自动调整。且转轴转速和进口流量两个参数是直接影响发电机输出频率的因素，通过这两个参数输出指定的优选参数，更易于和准确的将发电机输出频率控制在要求范围内，提高了调节系统的可靠性。
可选的，设立所述参数数据库的步骤包括：
建立水轮机仿真模型；
根据水轮机进口流量，为水轮机仿真模型提供相同的进口流量；
获取水轮机仿真模型的输出转轴转速；
改变水轮机仿真模型的控制参数，在水轮机仿真模型的输出转轴转速处在输出转轴转速阈值范围内时，将水轮机仿真模型进口流量、水轮机仿真模型在未改变控制参数时的输出转轴转速和改变后的控制参数成组存储到所述参数数据库中；所述水轮机仿真模型进口流量和水轮机仿真模型在未改变控制参数时的输出转轴转速为判断参数。
通过采用上述技术方案，一方面，在获得参数数据库中的优选参数时，是根据水轮机进口流量，为水轮机仿真模型提供相同的进口流量，而后观察水轮机仿真模型的输出转轴转速。一旦水轮机仿真模型的输出转轴转速是超过了输出转轴转速阈值范围的，则对水轮机仿真模型的控制参数进行调整，直到某个控制参数使水轮机仿真模型的输出转轴转速处在输出转轴转速阈值范围内后，将该控制参数存储到参数数据库中，成为优选参数；此种处理方式使后期对水轮机控制参数进行调整时，更容易与水轮机的所处环境和所处状态贴合，从而输出给水轮机控制系统的优选参数更容易使发电机输出频率在要求范围内，有助于提高调节系统的可靠性。
另一方面，根据仿真模型获取优选参数，相比于通过理论推导出的优选参数，本申请方案中的优选参数更符合实际，因此更容易将发电机的输出频率控制在要求范围内，调节系统的可靠性高。
可选的，所述参数数据库包括雨季参数数据库、旱季参数数据库和标准参数数据库。
通过采用上述技术方案，在不同的季节或情况下，水轮机所处环境和工作要求是不同的。根据一年中降水量的多少，将一年分成若干个时段，降水量多的时段为雨季，降水量少的时段为旱季，剩下的时段为标准时段。实现将水轮机可能遇到的情况细分化，而后根据水轮机在各个时段中，具体的调控要求，通过水轮机仿真模型获取对应的优选参数，更容易提高输出的优选参数与水轮机真实情况的贴合度，稳定发电机的输出频率。
可选的，设置时间参数，根据时间参数在当前输出转轴转速超过输出转轴转速阈值范围时，到雨季参数数据库、旱季参数数据库或标准参数数据库中调取对应的优选参数。
通过采用上述技术方案，仅管水轮机所处地域不变，但每年雨季和旱季来临的时间、持续的时长都有所不同。工作人员可根据天气预报或现有技术，对本年度或未来半年内的降水趋势进行获取，而后通过改变时间参数，使水轮机处在对应的时段时，调节系统能够到对应的参数数据库中调取优选参数，便于提高优选参数与实际需求的匹配度，从而便于提高调节系统的可靠性，稳定发电机的输出频率。
可选的，当所述参数数据库中没有与当前输出转轴转速和当前进口流量对应的优选参数时，输出与当前输出转轴转速和当前进口流量最接近的一组判断参数对应的优选参数，并输出当前输出转轴转速和当前进口流量，同时进行报警。
通过采用上述技术方案，当参数数据库中数据缺失时，将最接近当前水轮机实际情况的判断参数对应的优选参数输出，以免水轮机输出转轴转速大幅度且高速变化，影响发电机的输出频率。而后进行报警，便于工作人员得知，从而及时进行处理，稳定发电机的输出频率。
可选的，所述输出与当前输出转轴转速和当前进口流量最接近的一组判断参数对应的优选参数的步骤包括：
在所述参数数据库中查找水轮机仿真模型进口流量与当前进口流量相同，且水轮机仿真模型输出转轴转速与当前输出转轴转速差值最小的一组判断参数作为最接近的判断参数，输出此组判断参数对应的优选参数；
否则，查找水轮机仿真模型进口流量与当前进口流量差值和水轮机仿真模型输出转轴转速与当前输出转轴转速差值之和最小的一组判断参数作为最接近的判断参数，输出此组判断参数对应的优选参数。
通过采用上述技术方案，便于查出与水轮机当前进口流量和水轮机当前输出转轴转速最接近的一组判断参数，从而便于输出参数数据库中最适合当前水轮机所处环境或状态的优选参数。
可选的，所述进行报警的步骤包括：
设立专家数据库，存储有水轮机调节系统控制参数专家的联系方式；
调取专家数据库中各专家的联系方式，将输出的当前输出转轴转速和当前进口流量传输给各专家。
通过采用上述技术方案，参数数据库中出现数据缺失，立刻通知相关专家，便于各专家及时向参数数据库中补充数据，提高调节系统的可靠性。
可选的，所述联系方式包括微信号、手机号和邮箱号。
通过采用上述技术方案，便于及时与专家联系，也便于专家能够及时接收到报警信息。
可选的，还包括设立备用数据库；将输出的当前输出转轴转速和当前进口流量成组存储在所述备用数据库中。
通过采用上述技术方案，缺数的数据存储在备用数据库中，一方面，便于专家或工作人员对参数数据库中的数据进行补充，不易遗漏；另一方面，便于专家或工作人员根据备用数据库中的数据分析水轮机所处环境的变化规律，从而更好的优化控制参数，提高调节系统的可靠性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.转轴转速和进口流量两个参数是直接影响发电机输出频率的因素，通过这两个参数输出指定的优选参数，更易于和准确的将发电机输出频率控制在要求范围内，便于提高调节系统的可靠性；
2.根据仿真模型获取优选参数，相比于通过理论推导出的优选参数，与实际情况贴合度更高，因此得到的控制参数更容易将水轮机的输出转轴转速调节到输出转轴转速阈值范围内。
附图说明
图1是本申请实施例的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法的流程图；
图2是本申请实施例的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法的参数数据库设立流程图；
图3是本申请实施例的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法的报警流程图。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
水力发电系统中发电机的输出频率会影响负载运行的稳定性，根据国家标准，一般发电机的输出频率为50Hz，上限不超过0.2Hz，下限不超过0.5Hz。而对发电机输出频率具有较大影响的因素包括发电机的转速和负载的变化。对于水力发电系统而言，将发电机的转速控制在一定范围内，便于提高发电机输出频率的稳定性。
发电机的转速与水轮机的输出转轴转速有直接关系，而由于水流的不确定性，例如水流流量、流速和水压，水轮机叶轮的转速容易改变，从而导致水轮机输出转轴转速改变。因此为了保证将发电机的输出频率控制在要求范围内，通过调节系统对水轮机导叶开度、进口阀门等装置进行调控，使水轮机叶轮能够在外界条件改变的情况下，稳定在阈值范围内。而PID控制参数起着决定性作用，根据水轮机当前的实际情况，对PID控制参数进行改变，便于将水轮机的输出转轴转速控制在阈值范围内。
本申请实施例公开一种水轮机调节系统控制参数的优选方法。参照图1，一种水轮机调节系统控制参数的优选方法包括：
S100、设立存储有优选参数的参数数据库。
本实施例中所述优选参数指能够将水轮机输出转轴转速稳定在阈值范围内的PID控制参数。在本实施例中，为了能够输出更适合水轮机当前实际情况的优选参数，使水轮机的输出转轴转速能够尽快或持续稳定在阈值范围内，参数数据库包括雨季参数数据库、旱季参数数据库和标准参数数据库。主要根据水轮机所处地域的天然环境降水量，对参数数据库进行细分，从而使优选参数能够更快、更好的将水轮机输出转轴转速控制在阈值范围内，提高了调节系统的可靠性。
在本申请另一实施例中，参数数据库包括春季参数数据库、夏季参数数据库、秋季参数数据库和冬季参数数据库。主要根据四季对参数数据库进行细分，由于不同季节水坝或河流中的蓄水量不同，因此流入到水轮机中水流的流速、水压、甚至包含的杂质量均有所不同，会引起水轮机叶轮转速的不同变化。将参数数据库分成多个季节的分数据库，其中储存对应季节时的优选参数，便于提高优选参数使水轮机输出转轴转速恢复到阈值范围内的效率和效果。
参照图2，设立参数数据库的步骤包括：
S101、建立水轮机仿真模型。
S102、根据水轮机进口流量，为水轮机仿真模型提供相同的进口流量。为了提高水轮机仿真模型所处环境与水轮机所处环境的相似度，除进口流量外，可以将水温、水压等因素均设置成与水轮机相同。
S103、获取水轮机仿真模型的输出转轴转速。
获取方式可以使用转速传感器测得，也可使用公知的能够测量水轮机输出转轴转速的电路或设备测得。
S104、改变水轮机仿真模型的控制参数。
不难理解的是，当水轮机仿真模型处在某一进口流量时，若此时水轮机仿真模型的输出转轴转速处于输出转轴转速阈值范围内，则无需改变水轮机仿真模型的控制参数。若水轮机仿真模型的输出转轴转速未处于输出转轴转速阈值范围内，则需要执行步骤S104。
S105、在水轮机仿真模型的输出转轴转速处在输出转轴转速阈值范围内时，将水轮机仿真模型进口流量、水轮机仿真模型在未改变控制参数时的输出转轴转速和改变后的控制参数成组存储到所述参数数据库中。
为了便于理解，例如，根据水轮机进口流量，提供给水轮机仿真模型的进口流量为S1，获取到水轮机仿真模型的输出转轴转速为V1，此时的控制参数为X1。将控制参数改为X2时，水轮机仿真模型的输出转轴转速为V2，且V2位于输出转轴转速阈值范围内，则将S1、V1和X2成组存储到参数数据库中。
在参数数据库中，水轮机仿真模型进口流量和水轮机仿真模型在未改变控制参数时的输出转轴转速为判断参数，改变后的控制参数为结果参数。
在设立参数数据库时，由于需要根据水轮机所处环境的实际数据对水轮机仿真模型进行设定，因此在参数数据库设立完成前，水轮机可不参与发电。
参照图1，S200、获取水轮机当前输出转轴转速和水轮机当前进口流量。
输出转轴转速采用传感器测得，例如转速传感器、霍尔传感器等；进口流量采用水流量计测得。
S300、在当前输出转轴转速超过预设的输出转轴转速阈值范围时，根据当前输出转轴转速和当前进口流量到参数数据库中调取对应的优选参数。
输出转轴转速阈值范围根据发电机输出频率要求进行设定，即当水轮机的输出转轴转速位于输出转轴转速阈值范围内时，发电机的发电频率符合相关规定。需要说明的是，调取对应的优选参数的步骤包括：到参数数据库中查找进口流量与当前进口流量相同，且输出转轴转速与当前输出转轴转速相同的一组判断参数；调取该组判断参数对应的优选参数。
由于在本实施例中，参数数据库包括雨季参数数据库、旱季参数数据库和标准参数数据库。因此在调取优选参数之前，设置时间参数，时间参数人为设定。而后根据时间参数在当前输出转轴转速超过输出转轴转速阈值范围时，到雨季参数数据库、旱季参数数据库或标准参数数据库中调取对应的优选参数。
为了便于理解，例如，工作人员通过天气预报、天气气象站或公知的天气检测手段，得知水轮机所处地域在明年的1-4月为雨季，9-11月为旱季，则5-8月和12月为正常天气。工作人员便可设置四个时间参数，分别对应明年的1-4月、9-11月、5-8月和12月。当到了明年的3月份时，到雨季参数数据库中调取对应的优选参数；到了明年的8月份时，到标准参数数据库中调取对应的优选参数。旨在便于根据水轮机所处地域的实际天气情况，对优选参数进行调取，使调取的优选参数能够更好、更快的将水轮机输出转轴转速控制在输出转轴转速阈值范围内。
当参数数据库中没有与当前输出转轴转速和当前进口流量对应的优选参数时，输出与当前输出转轴转速和当前进口流量最接近的一组判断参数对应的优选参数，并输出当前输出转轴转速和当前进口流量，同时进行报警。
其中，输出与当前输出转轴转速和当前进口流量最接近的一组判断参数对应的优选参数的步骤包括：
在参数数据库中查找水轮机仿真模型进口流量与当前进口流量相同，且水轮机仿真模型输出转轴转速与当前输出转轴转速差值最小的一组判断参数作为最接近的判断参数，输出此组判断参数对应的优选参数；
否则，查找水轮机仿真模型进口流量与当前进口流量差值和水轮机仿真模型输出转轴转速与当前输出转轴转速差值之和最小的一组判断参数作为最接近的判断参数，输出此组判断参数对应的优选参数。
为了便于理解，例如参数数据库中有三组参数，分别为A1、B1、C1；A2、B2、C2；A3、B3、C3。其中A代表水轮机仿真模型进口流量；B代表水轮机仿真模型输出转轴转速；C代表优选参数。水轮机当前进口流量为A0，当前输出转轴转速为B0。若A1和A3均与A0相等，则分别计算B1-B0的绝对值和B2-B0的绝对值，若B1-B0的绝对值大于B2-B0的绝对值，则输出优选参数C2。
若A1、A2和A3均不等于A0，则判断
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE006
之间的大小，若
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
最小，则输出优选参数C1。
参照图3，进行报警的步骤包括：
S301、设立专家数据库。
专家数据库中存储有水轮机调节系统控制参数专家的联系方式，联系方式包括微信号、手机号和邮箱号。
S302、调取专家数据库中个专家的联系方式，将输出的当前输出转轴转速和当前进口流量传输给个专家。
水轮机调节系统控制参数的优选方法还包括设立备用输出库，将输出的当前输出转轴转速和当前进口流量成组存储在备用数据库中，便于工作人员或专家后期对参数数据库中缺失的数据进行补充。
本申请实施例一种水轮机调节系统控制参数的优选方法的实施原理为：设置水轮机仿真模型，使水轮机仿真模型与水轮机处在相似或相同的环境下，而后通过水轮机仿真模型获取当水轮机处在某一个进口流量，且输出转轴转速为超过了输出转轴转速阈值范围状态时，能够将水轮机的输出转轴转速调控到输出转轴转速阈值范围内的控制参数。而后当水轮机在工作时，当前输出转轴转速超过了输出转轴转速阈值范围时，则到参数数据库中查找并调取对应的优选参数，便于使水轮机的输出转轴转速恢复到输出转轴转速阈值范围内，从而便于将发电机的输出频率控制在要求范围内，调节系统的可靠性较高。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，其特征在于，包括：
设立存储有优选参数的参数数据库；
获取水轮机当前输出转轴转速和水轮机当前进口流量；
在当前输出转轴转速超过预设的输出转轴转速阈值范围时，根据当前输出转轴转速和当前进口流量到所述参数数据库中调取对应的优选参数；
所述参数数据库包括雨季参数数据库、旱季参数数据库和标准参数数据库；
设置时间参数，根据时间参数在当前输出转轴转速超过输出转轴转速阈值范围时，到雨季参数数据库、旱季参数数据库或标准参数数据库中调取对应的优选参数；
其中，设立所述参数数据库的步骤包括：
建立水轮机仿真模型；
根据水轮机进口流量，为水轮机仿真模型提供相同的进口流量；
获取水轮机仿真模型的输出转轴转速；
改变水轮机仿真模型的控制参数，在水轮机仿真模型的输出转轴转速处在输出转轴转速阈值范围内时，将水轮机仿真模型进口流量、水轮机仿真模型在未改变控制参数时的输出转轴转速和改变后的控制参数成组存储到所述参数数据库中；所述水轮机仿真模型进口流量和水轮机仿真模型在未改变控制参数时的输出转轴转速为判断参数。
2.根据权利要求1所述的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，其特征在于：当所述参数数据库中没有与当前输出转轴转速和当前进口流量对应的优选参数时，输出与当前输出转轴转速和当前进口流量最接近的一组判断参数对应的优选参数，并输出当前输出转轴转速和当前进口流量，同时进行报警。
3.根据权利要求2所述的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，其特征在于，所述输出与当前输出转轴转速和当前进口流量最接近的一组判断参数对应的优选参数的步骤包括：
在所述参数数据库中查找水轮机仿真模型进口流量与当前进口流量相同，且水轮机仿真模型输出转轴转速与当前输出转轴转速差值最小的一组判断参数作为最接近的判断参数，输出此组判断参数对应的优选参数；
否则，查找水轮机仿真模型进口流量与当前进口流量差值和水轮机仿真模型输出转轴转速与当前输出转轴转速差值之和最小的一组判断参数作为最接近的判断参数，输出此组判断参数对应的优选参数。
4.根据权利要求2所述的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，其特征在于：所述进行报警的步骤包括：
设立专家数据库，存储有水轮机调节系统控制参数专家的联系方式；
调取专家数据库中各专家的联系方式，将输出的当前输出转轴转速和当前进口流量传输给各专家。
5.根据权利要求4所述的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，其特征在于：所述联系方式包括微信号、手机号和邮箱号。
6.根据权利要求2所述的一种水轮机调节系统控制参数的优选方法，其特征在于：还包括设立备用数据库；将输出的当前输出转轴转速和当前进口流量成组存储在所述备用数据库中。
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