CN113741276B - 水电机组控制中提高模拟量输入可靠性的方法及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水电机组控制中提高输入模拟量可靠性的方法及存储介质。包括：1)若为温度量信号则进入滤波算法中；2)若为定子绕组温度和定子铁芯温度，则进入3)进行处理，若为发电机辅助控制设备的温度量，则进入4)进行处理；其余温度量直接输出采样值；3)进行限幅滤波，然后进入4)；4)进行滑动平均滤波；将相邻的N个采样周期的采样有效值之和减去上个采样周期的采样有效值，加上本次采样周期的采样有效值，得到新的采样有效值之和，再求平均，得到本次采样周期的最终采样有效值。本发明能够有效抑制模拟量输入信号的异常跳变，降低运行值班人员的误判风险，提高了模拟量输入信号采样的可靠性，保障了电站的机组安全稳定运行。

Description

水电机组控制中提高模拟量输入可靠性的方法及存储介质
技术领域
本发明涉及一种水电机组控制中提高模拟量输入可靠性的方法及存储介质，属于水电机组自动控制技术领域。
背景技术
目前，国内水电机组控制系统中，由现地控制单元(LCU)的可编程控制器模拟量采集模件对模拟量输入信号(AI)进行周期采样、模数转换及数据采集，采集完毕后的数据直接被控制系统的CPU读取，并直接作用于机组主、辅设备的自动控制，在整个过程中，未对信号源的数据进行处理就直接作用于机组控制。
通常，模拟量采样过程中难以避免的存在信号的抖动、跳变等现象，这将严重影响机组控制系统的正常运行，威胁机组安全稳定运行。例如，若出现电磁干扰等原因产生的模拟量异常跳变值，将使正在运行的机组出现异常的告警信息，此时监控系统已无法真实监测设备的实际状态，影响运行值班人员的判断，干扰控制系统正常动作，严重时将引起机组事故停机。
对于日调节水库，水电机组运行周期较长的电站，模拟量采样的稳定性和可靠性尤为重要。特别是所处地域气候复杂多变环境中，若模拟量发生跳变，将引起运行值班人员的误判，需停机检查，影响对机组的安全稳定运行，造成不必要的经济损失，造成严重的负面影响。
现有技术中对模拟量输入数字信号进行处理的算法很多，但普遍存在着算法复杂、运行占用内存较大、对处理器的运算速度要求较高等问题，不适合在水电机组控制系统中的现地控制单元(LCU)的可编程控制器上运行。
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在的问题和不足，提供一种水电机组控制中提高模拟量输入可靠性的方法及存储介质，该方法基于现地控制单元(LCU)的可编程逻辑控制器，能够对模拟量输入信号进行甄别，将影响机组正常运行的模拟量进行初次筛选，初次筛选完成后在算法中进一步识别，将最终需要处理的模拟量进入算法中处理，使得模拟量采样的可靠性得到了提高，有助于机组控制系统的稳定运行。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
针对模拟量输入采样模式，利用现有的硬件设备，不增加额外硬件投入，基于现地控制单元(LCU)的可编程逻辑控制器，通过对LCU进行程序开发，实现本发明的提高模拟量输入可靠性的方法，由所开发的程序动态自适应对采样数据进行处理。
本发明的方法包括：
步骤1，设定采样周期为t，对模拟量输入信号进行数据采集，产生模拟量输入数字信号采样值；
步骤2，对模拟量输入数字信号进行初分类判断，若为温度量信号则进入下一步，否则将直接输出所述采样值；
步骤3，对温度量信号进行分类判断，若输入的温度量信号为定子绕组温度和定子铁芯温度，则进入步骤4进行处理；若为发电机辅助控制设备的温度量(发电机空气冷却器冷热风温度、发电机润滑油冷却器出口水温、油温以及轴承油箱油温)，则进入步骤5进行处理；其余温度量直接输出采样值；
步骤4，进行限幅滤波；本次采样周期的采样值将与上周期有效值进行比较，若低于预设的阈值门槛，则判断本次采样周期的可信值并进入步骤5的滤波处理，否则将放弃本次采样周期的采样值；
步骤5，进行滑动平均滤波；将相邻的N个采样周期的采样有效值之和减去上个采样周期的采样有效值，加上本次采样周期的采样有效值，得到新的采样有效值之和，再求平均，得到本次采样周期的最终采样有效值，其计算公式如下：
TI_SUMt1＝TI_SUMt0-S2_TIt0+S1_TIt1
S2_TIt1＝TI_SUMt1/N
式中，S1_TI为本次采样周期的采样有效值，S2_TI为本次采样周期的最终采样有效值，TI_SUM为邻的N个采样周期的采样有效值之和，下标t0、t1分别代表上一个采样周期和本次采样周期。
进一步地，所述阈值门槛取值为10℃。
一种可编程逻辑控制器可读存储介质，其上存储有可编程逻辑控制器程序，该程序被处理器执行时实现本发明的提高模拟量输入可靠性的方法的步骤。
本发明的机理及有益效果：
定子绕组温度、定子铁芯温度和空气冷却器冷热风温度等是水电机组控制系统中重要的模拟量输入信号。定子绕组温度高、定子铁芯温度高为水轮发电机组机械事故停机源，且模拟量输入信号采样值在该部位受电磁干扰等原因产生异常跳变，严重时极易造成控制系统误判、误动作，导致机组非计划停运。发电机空气冷却器冷热风温度、发电机润滑油冷却器出口水温、油温以及轴承油箱油温，直接反应机组及重要辅助设备的运行状态，对于机组状态的判断至关重要。故本发明的方法中对温度量进行识别分类，若为定子绕组温度、定子铁芯温度则进行限幅滤波及滑动平均滤波处理，若为不易产生异常跳变值的空气冷却器冷热风温度等辅助设备温度量，则直接进行滑动平均滤波处理，若常规的温度信号，则直接输出给控制系统的CPU。本发明能够有效抑制机组运行时模拟量输入信号的异常跳变，有效降低了运行值班人员的误判风险，提高了模拟量输入信号采样的稳定性和可靠性，保障了电站的机组安全稳定运行，缓解了运维人员工作压力。
附图说明
图1为实施例1的定子铁芯温度的模拟量输入数字信号曲线图。
图2为图1的信号经过本发明的方法处理后的数字信号曲线图。
具体实施方式
本发明的提高模拟量输入可靠性的方法，具体实施时的一种技术方案如下：
(1)将模拟量中温度量TI进入滤波算法中，算法将测点为定子绕组温度、定子铁芯温度、发电机空气冷却器冷热风温度、润滑油冷却器温度、轴承油箱温度进行筛选，即进入全过程算法的定子绕组、定子铁芯温度量测点为TI[1]-TI[54]，直接进入滑动滤波算法的发电机空气冷却器冷热风、润滑油冷却器、轴承油箱温度量测点为TI[55]-T[64],其余温度量实时显示采样值。
(2)将滑动平均滤波所需用到的计算量：TI_SUM[1]-TI_SUM[64]、COUNT清零(注：TI_SUM[1]-TI_SUM[64]用于存储TI[1]-TI[64]滑动平均环节的近COUNT_N次有效值之和；COUNT为程序首次上电运行后的滑动平均计算次数)。
将原程序段中扫描处理得到的预处理变量PRE_TI[1]-PRE_TI[54]写入到第一环节输出值S1_TI[1]-S1_TI[54]，和第二环节输出值S2_TI[1]-S2_TI[54]内。
(3)限幅滤波
初始化完成后的每个模拟量输入信号数据采样周期，将采样值PRE_TI与上一周期输出的有效值S1_TI进行对比，在限幅值TI_JUMP内，则采纳本次采样值，进入下一环节处理，否则放弃本次采样值。
(4)滑动平均滤波
本环节中，用最近COUNT_N次的模拟量输入信号有效值之和减去上周期模拟量输入信号有效值(即平均值)，加上本次采样周期的有效采样值S1_TI，得到新的有效值之和，再求平均，得到本次采样周期的模拟量输入信号有效值S2_TI，具体计算方法如下：
TI_SUMt1＝TI_SUMt0-S2_TIt0+S1_TIt1
其中，TI_SUMt1为截止本次采样周期，最近COUNT_N次采样值之和；TI_SUMt0为截止上周期，最近COUNT_N次采样值之和；S2_TIt0为上周期有效值；S1_TIt1为本次采样周期经过限幅环节后的过程量值。
本发明实施后，经过数据查询，该算法显抑制住了机组运行时模拟量输入信号的跳变。如图1和图2所示，定子铁芯温度的模拟量输入信号，经过本发明的方法处理后，有效地抑制了跳变，且不会抑制有效高频分量，本发明能够有效降低运行值班人员的误判风险，提高模拟量输入信号采样的稳定性和可靠性，从而保障了电站的机组安全稳定运行，缓解了运维人员工作压力。

Claims (4)

1.一种水电机组控制中提高模拟量输入可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设定采样周期为t，对模拟量输入信号进行数据采集，产生模拟量输入数字信号采样值；
步骤2，对模拟量输入数字信号进行初分类判断，若为温度量信号则进入下一步，否则将直接输出所述采样值；
步骤3，对温度量信号进行分类判断，若输入的温度量信号为定子绕组温度和定子铁芯温度，则进入步骤4进行处理；若为发电机辅助控制设备的温度量，则进入步骤5进行处理；其余温度量直接输出采样值；
步骤4，进行限幅滤波；本次采样周期的采样值将与上周期有效值进行比较，若低于预设的阈值门槛，则判断本次采样周期的可信值并进入步骤5的滤波处理，否则将放弃本次采样周期的采样值；
步骤5，进行滑动平均滤波；将相邻的N个采样周期的采样有效值之和减去上个采样周期的采样有效值，加上本次采样周期的采样有效值，得到新的采样有效值之和，再求平均，得到本次采样周期的最终采样有效值，其计算公式如下：
TI_SUMt1＝TI_SUMt0-S2_TIt0+S1_TIt1
S2_TIt1＝TI_SUMt1/N
式中，S1_TI为本次采样周期的采样有效值，S2_TI为本次采样周期的最终采样有效值，TI_SUM为邻的N个采样周期的采样有效值之和，下标t0、t1分别代表上一个采样周期和本次采样周期。
2.根据权利要求1所述的提高模拟量输入可靠性的方法，其特征在于，所述
所述发电机辅助控制设备的温度量包括发电机空气冷却器冷热风温度、发电机润滑油冷却器出口水温或者油温以及轴承油箱油温。
3.根据权利要求1或2所述的提高模拟量输入可靠性的方法，其特征在于，所述阈值门槛取值为10℃。
4.一种可编程逻辑控制器可读存储介质，其上存储有可编程逻辑控制器程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的提高模拟量输入可靠性的方法的步骤。
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