CN114483431A - 一种水电站调速器水头计算校验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水电站调速器水头计算校验系统和方法，该系统包括采集器、处理器和检测模块；采集器采集调速器空载开度与水头值；处理器建立调速器空载开度与水头值对应关系的空载模型，根据空载模型，通过插值法进行反算，将反算的水头与当前运行水头进行比较，当两者偏差值大于偏差设定值则报警；检测模块对运行水头采集回路进行检查，若无异常情况，则处理器判断为运行水头与反算水头实际偏差过大，则对空载模型参数进行修正。本发明能有效反应当前的运行水头，避免外界因素、传感器采样精度及传感器故障等影响，通过计算的水头对实时运行水头进行修正、报警。

Description

一种水电站调速器水头计算校验系统和方法

技术领域

本发明属于水电站调速器控制领域，尤其是一种水电站调速器水头计算校验系统和方法。

背景技术

调速器水头是水轮机控制的重要参数，目前水电厂调速器水头常采用人工设置调速器水头或简单的采集上下游水位作为调速器的水头，采用上下游水位存在水头的跳变、故障等问题，而采用人工设存在值修改不及时、不合理改动、误改动或错误修改都会造成水头设值与实际水头值偏差过大将影响机组调节性能，严重时将导致开机并网失败，甚至影响电网系统的稳定运行。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水电站调速器水头计算校验系统和方法，利用大数据分析建立导叶空载开度-水头模型进行反算，能有效反应当前的运行水头，避免外界因素(天气、上下游水位波动)、传感器采样精度及传感器故障等影响，通过计算的水头对实时运行水头进行修正、报警。

本发明的技术方案具体如下：

一种水电站调速器水头计算校验系统，包括采集器、处理器和检测模块；采集器采集调速器空载开度与水头值；

处理器建立调速器空载开度与水头值对应关系的空载模型，根据空载模型，通过插值法进行反算，将反算的水头与当前运行水头进行比较，当两者偏差值大于偏差设定值则报警；检测模块对运行水头采集回路进行检查，若无异常情况，则处理器判断为运行水头与反算水头实际偏差过大，则对空载模型参数进行修正。

进一步地，异常情况包括传感器故障、失准、外界因素影响，外界因素影响包括天气、上下游水位波动。

进一步地，反算水头过程如下：

H＝H1+(H2-H1)*(Y1-Y)/(Y1-Y2)；

其中：Y：当调速器接收到断路器合闸信号时，采集器同时记录当前的导叶开度值；

Y1：该值来至空载模型，是采集器记录的开度值Y在空载模型区间中对应的最大空载开度值；

Y2：该值来至空载模型，是采集器记录的开度值Y在空载模型区间中对应的最小空载开度值；

H1：该值来至空载模型，是空载模型Y1对应的水头值；

H2：该值来至空载模型，是空载模型Y2对应的水头值。

进一步地，反算的水头与当前运行水头偏差值△H为：

偏差值△H＝|当前运行水头H3-反算水头H|。

进一步地，若反算的水头与当前运行水头偏差值△H随运行水头降低，偏差值变大；或反算的水头与当前运行水头偏差值△H随运行水头升高，偏差值变小，则对H2进行修正；反之则对H1进行修正。通过修正空载模型参数将运行水头与反算计算值一致。

进一步地，当调速器接收到断路器合闸信号时，采集器同时记录当前的导叶开度值，将该值作为当前运行水头下的空载开度值，并参与后续的水头计算。

进一步地，空载开度选择水轮发电机并网瞬间时的导叶开度，此时机组频率最接近50Hz。

本发明还涉及的一种水电站调速器水头计算校验方法，包括如下步骤：

建立空载开度-水头模型；选取并网瞬间的空载开度；通过插值法求取当前空载开度对应的运行水头；通过设置偏差报警，对运行水头采集回路进行检查；判断是否存在异常情况；若无异常情况，则对空载开度-水头模型参数进行修正，使其更加完善，若有异常情况，则对传感器、采集回路进行处理、更换。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

本发明利用大数据分析，建立空载开度-水头模型进行反算，能有效反应当前空载开度的运行水头，该设计摒弃传统水电站水头采集方法，取消水头信号采集传感器，该方法避免外界因素(天气、上下游水位波动)、传感器采样精度及传感器故障等影响，通过计算的水头对实时运行水头进行修正、报警。

附图说明

图1是本发明实施例的系统框图；

图2是本发明实施例的根据空载模型，通过插值法进行反算的坐标图；

图3是本发明实施例的计算方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

由于调速器水头将直接影响水轮机的空载开度和最大出力，每个水电站调速器的水头与空载开度(机组空载态对应的导叶开度)、最大出力为一一对应得关系。调速器水头计算方法利用调速器空载开度与水头这一固有特性，通过大数据分析建立空载开度(机组空载态对应的导叶开度)与水头的模型，根据每次开机并网前的空载开度反算出当前的运行水头。

如图1所示，本实施例的水电站调速器水头计算校验系统，包括采集器101、处理器102、显示器103和检测模块104。

采集器101采集水电站调速器空载开度与水头值。当调速器接收到断路器合闸信号时，采集器101同时记录当前的导叶开度值，将该值作为当前运行水头下的空载开度值，并参与后续的水头计算。空载开度选择水轮发电机并网瞬间时的导叶开度，此时机组频率最接近50Hz。

处理器102建立调速器空载开度与水头值对应关系的空载模型，根据空载模型，通过插值法进行反算，将反算的水头与当前运行水头进行比较，当两者偏差值大于偏差设定值则报警。具体水头反算计算公式及模型数据调用原理如下：

其中：Y：当调速器接收到断路器合闸信号时，采集器同时记录当前的导叶开度值。

Y1：该值来至空载模型，是采集器记录的开度值Y在空载模型区间中对应的最大空载开度值。

Y2：该值来至空载模型，是采集器记录的开度值Y在空载模型区间中对应的最小空载开度值。

H1：该值来至空载模型，是空载模型Y1对应的水头值。

H2：该值来至空载模型，是空载模型Y2对应的水头值。

以实际空载模型为例：

序号	1	2	3
				空载开度(％)	13	13.31	14
水头(m)	251	247	234

若采集的空载导叶开度为13.5％(Y)，根据空载模型，该值在13.31％(Y2)至14％(Y1)之间，即调用模型参数2、3的数据，故空载开度13.31％(Y2)对应得水头为247m(H2)，空载开度14％(Y1)对应得水头为234m(H1)。

反算的水头与当前运行水头偏差值△H为：

偏差值△H＝|当前运行水头H3-反算水头H|。

检测模块104对运行水头采集回路进行检查，若无异常情况，则处理器判断为运行水头与反算水头实际偏差过大，则对空载模型参数进行修正。

具体修正方法为：当反算的水头与当前运行水头偏差值△H随运行水头降低，偏差值变大；或反算的水头与当前运行水头偏差值△H随运行水头升高，偏差值变小。则对H2进行修正。反之则对H1进行修正。通过修正空载模型参数将运行水头与反算计算值调整一致，则完成空载模型修正过程。

异常情况可以包括传感器故障、失准、外界因素影响，外界因素影响包括天气、上下游水位波动等。

异常情况的判断依据为：传感器故障、失准可通过传感器其校验进行比对，从而判断传感器运行状态；对于外界环境影响，则为瞬时报偏差故障，当外界影响消失后报警消失。

显示器104显示相关结果。

需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。

这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路，或一个或多个微处理器，或一个或者多个现场可编程门阵列等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统的形式实现。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在可读存储介质中，或者从一个可读存储介质向另一个可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质等。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

如图3所示，基于上述系统，本实施例的水电站调速器水头计算校验方法，包括如下步骤：

1)模型建立：

根据水电站运行水头范围，选取多组空载开度与水头的对应关系建立模型。

以小湾电厂为例，其运行水头范围为164至251米，以3米为间隔，共选取了23组空载开度与水头的对应关系，具体空载模型如表1所示：

表1

2)空载开度抓取：

空载开度选择水轮发电机并网瞬间时的导叶开度，此时机组频率最接近50Hz(50Hz为电力系统标准频率)，将此时的导叶开度作为空载开度最为准确和稳定。

具体抓取方法如下：当调速器接收到断路器合闸信号时，同时记录当前的导叶开度值，将该值作为当前运行水头下的空载开度值，并参与后续的水头计算。

3)水头计算：

根据空载模型，通过插值法进行反算，如图2所示。

若采集的空载导叶开度为13.5％，根据空载模型，该值在13.31％至14％之间，即调用模型参数2、3的数据，通过插值法进行计算，如表2所示。

表2

序号	2	3
			空载开度(％)	13.31	14
水头(m)	247	234

根据空载开度13.31％对应得水头为247m，空载开度14％对应得水头为234m。故反算水头H如下：

反算水头H＝234+(247-234)*(14-13.5)/(14-13.31)＝243.42m。

4)修正、报警：

反算的水头与当前运行水头进行比较，当两者偏差值△H(偏差值△H＝|当前运行水头H3-反算水头H|)大于偏差设定值H3，则报警。当偏差报警时，则对运行水头采集回路进行检查，若无传感器故障、失准、外界因素影响(天气、上下游水位波动)等情况，则判断为运行水头H3与反算水头H实际偏差过大，则对空载模型参数进行修正，从而实现调速器运行水头设定进行校验、修正，使调速器运行水头设置更加合理、准确，最终完全取代原运行水头采集方式。

本实施例中：

4.1、示例的条件

1)空载模型如下表3所示：

表3

2)报警设定值：1.5m

3)现场偏差报警时运行数据如下表4所示：

表4

通过以上运行数据分析，此时水头偏差值大于报警设定值，需对模型参数进行修正。

4.2、修正过程

通过修正判别方法，发现当反算的水头与当前运行水头偏差值△H随运行水头降低，偏差值变大；则需对H2进行修正。根据两次空载导叶开度，开度值均在13.31％(Y2)至14％(Y1)之间，即调用模型参数2、3的数据(具体参数如下)，故需对参数3的水头值进行修正。如下表5所示：

表5

通过修正将参数3的水头设置为240m时，此时运行水头与反算计算值一致，具体数据如下表6所示：

表6

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水电站调速器水头计算校验系统，其特征在于：包括采集器、处理器和检测模块；采集器采集调速器空载开度与水头值；

处理器建立调速器空载开度与水头值对应关系的空载模型，根据空载模型，通过插值法进行反算，将反算的水头与当前运行水头进行比较，当两者偏差值大于偏差设定值则报警；检测模块对运行水头采集回路进行检查，若无异常情况，则处理器判断为运行水头与反算水头实际偏差过大，则对空载模型参数进行修正。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：异常情况包括传感器故障、失准、外界因素影响，外界因素影响包括天气、上下游水位波动。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：反算水头过程如下：

H=H1+（H2-H1）*（Y1-Y）/（Y1-Y2）；

其中：Y：当调速器接收到断路器合闸信号时，采集器同时记录当前的导叶开度值；

Y1：该值来至空载模型，是采集器记录的开度值Y在空载模型区间中对应的最大空载开度值；

Y2：该值来至空载模型，是采集器记录的开度值Y在空载模型区间中对应的最小空载开度值；

H1：该值来至空载模型，是空载模型Y1对应的水头值；

H2：该值来至空载模型，是空载模型Y2对应的水头值。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：反算的水头与当前运行水头偏差值△H为：

偏差值△H=|当前运行水头H3-反算水头H|。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：若反算的水头与当前运行水头偏差值△H随运行水头降低，偏差值变大；或反算的水头与当前运行水头偏差值△H随运行水头升高，偏差值变小，则对H2进行修正；反之则对H1进行修正；通过修正空载模型参数将运行水头与反算计算值一致。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：当调速器接收到断路器合闸信号时，采集器同时记录当前的导叶开度值，将该值作为当前运行水头下的空载开度值，并参与后续的水头计算。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：空载开度选择水轮发电机并网瞬间时的导叶开度，此时机组频率最接近50Hz。

8.一种水电站调速器水头计算校验方法，其特征在于：包括如下步骤：

建立空载开度-水头模型；选取并网瞬间的空载开度；通过插值法求取当前空载开度对应的运行水头；通过设置偏差报警，对运行水头采集回路进行检查；判断是否存在异常情况；若无异常情况，则对空载开度-水头模型参数进行修正，使其更加完善，若有异常情况，则对传感器、采集回路进行处理、更换。

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