CN114810468A

CN114810468A - 导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统

Info

Publication number: CN114810468A
Application number: CN202210440457.9A
Authority: CN
Inventors: 涂勇
Original assignee: China Yangtze Power Co Ltd
Current assignee: China Yangtze Power Co Ltd
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN112610399A; CN112610399B; CN114810468B

Abstract

导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统，该系统查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块一，循环自减模块，限幅模块二，选择器模块，循环自加模块二，加法器。该系统基于水头、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，开环控制与闭环控制相结合的方式，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，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制。

Description

导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统

技术领域

本发明属于水电站计算机监控技术领域，具体涉及一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法及系统。

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闭环和分段开环控制相结合的控制方法及系统，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式时，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，以及纯开环控制方式下水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题。实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，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闭环和开环控制相结合的控制方法，包括以下步骤：

S1：监控系统的控制参数△D、△D2、自加转换系数k以及水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表数据初始化，进入S2；

S2：监控系统采集有功功率给定值G_给定，功率反馈G，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S 4；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；

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

W1

W2

…

Wx-1

Wx

…

Wp-1

Wp

G1

D1,1

D2,1

…

Dx-1，1

Dx，1

…

Dp-1,1

Dp，1

G2

D1,2

D2,2

…

Dx-1，2

Dx，2

…

Dp-1,2

Dp，2

…

Gy-1

D1，y-1

D2，y-1

…

Dx-1，y-1

Dx，y-1

…

Dp-1,y-1

Dp，y-1

Gy

D1，y

D2，y

…

Dx-1，y

Dx，y

…

Dp-1,y

Dp，y

…

Gq-1

D1，q-1

D2，q-1

…

Dx-1，q-1

Dx，q-1

…

Dp-1,q-1

Dp，q-1

Gq

D1，q

D2，q

…

Dx-1，q

Dx，q

…

Dp-1,q

Dp，q

若W_x-1≤w≤W_x，G_y-1≤g≤G_y，则

D_表y-1＝D_x-1，y-1+(D_x，y-1-D_x-1，y-1)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表y＝D_x-1，y+(D_x，y-D_x-1，y)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表＝d_表y-1+(d_表y-d_表y-1)(g-G_x-1)/(G_x-G_x-1)。进入S6。

S6：控制变量D1_控制0赋初值D，进入S7；

S7：D1_控制n＝D1_控制n-1+△D，△D为控制参数增加步长，进入S8；D1_控制n-1为D1_控制n的上一周期值，n为正整数；

S8：如果D1_控制n>D_表，则D1’_控制n＝D_表，进入S9；否则，D1’_控制n＝D1_控制n，进入S9；

S9：若∣D_表-D∣<△D2且为初次，进入S10；若∣D_表-D∣<△D2且为非初次，进入第S11；否则，进入S12；

S10：控制变量D2_控制0赋初值0，进入S11；

S11：D2_控制n＝D2_控制n-1+k*(G_给定-G)，进入S12；D2_控制n-1为D2_控制n的上一周期值，n为正整数；

S12：D_控制n＝D1’_控制n+D2_控制n，进入S13；

S13：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闭环和开环控制相结合的控制系统，包括：

查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块,循环自加模块二，加法器；

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、有功功率与有功功率与导叶开度一一对应数据表计算，输出计算结果D_表给限幅模块；

循环自加一模块，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，控制变量D1_控制0赋初值D；循环自加模块一不断对控制变量D1_控制n循环自加控制参数步长△D，输出D1_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_表和循环自加模块一输出的D1_控制n，对D1_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D1’_控制n输出给加法器；循环自加模块二，用于监测∣D_表-D∣<△D2使能信号，并采集有功功率给定G_给定、功率反馈G以及转换系数k，当使能信号动作时，控制变量D2_控制0赋初值0；循环自加模块二不断对控制变量D2_控制n循环自加k*(G_给定-G)，输出D2_控制n给加法器；

加法器，用于采集限幅模块输出的D1’_控制n和循环自加模块二输出的D2_控制n，相加后，输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n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闭环和分段开环控制相结合的控制方法，包括以下步骤：

第1步：监控系统控制参数△D、△D1、△D2、自加转换系数k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，功率反馈G，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

若W_x-1≤w≤W_x，G_y-1≤g≤G_y，则：

D_表y-1＝D_x-1，y-1+(D_x，y-1-D_x-1，y-1)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表y＝D_x-1，y+(D_x，y-D_x-1，y)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表＝d_表y-1+(d_表y-d_表y-1)(g-G_x-1)/(G_x-G_x-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D1_控制0赋初值D，进入第8步。

第8步：D1_控制n＝D1_控制n-1+△D，△D为控制参数增加步长，进入第9步；D1_控制n-1为D1_控制n的上一周期值，n为正整数；

第9步：如果D1_控制n>K1*D_表则D1’_控制n＝K1*D_表，进入第13步；否则，D1’_控制n＝D1_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D1_控制0赋初值D，进入第11步。

第11步：D1_控制n＝D1_控制n-1-△D，△D为控制参数变化步长，进入第12步。

第12步：如果D1_控制n<D_表则D1’_控制n＝D_表，进入第13步；否则，D1’_控制n＝D1_控制n，进入第13步。

第13步：若∣D_表-D∣<△D2且为初次，进入第14步；若∣D_表-D∣<△D2且为非初次，进入第15步；否则，进入第16步。

第14步：控制变量D2_控制0赋初值0，进入第15步。

第15步：D2_控制n＝D2_控制n-1+k*(G_给定-G)，进入第16步。D2_控制n-1为D2_控制n的上一周期值，n为正整数；

第16步：D_控制n＝D1’_控制n+D2_控制n，进入第17步。

第17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闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括：

查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块一，循环自减模块，限幅模块二，选择器模块，循环自加模块二，加法器；

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。

循环自加模块一，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，D1_控制0赋初值D。循环自加模块一不断对D1_控制n循环自加控制参数步长△D，输出D1_控制n给限幅模块一。

限幅模块一，用于采集查表计算模块输出的D_表和循环自加模块一输出的D1_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D1’_控制n给选择器模块通道0。

循环自减模块，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，D1_控制0赋初值D。循环自减模块不断对D1_控制n循环自减控制参数步长△D，输出D1_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D1_控制n，对D1_控制n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D1’_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D1’_控制n。当∣D_表-D∣<△D1不满足时，选择器模块选择通道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D1’_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D1’_控制n，选择器模块将导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n输出给加法器5。

循环自加模块二，监测∣D_表-D∣<△D2使能信号，并采集有功功率给定G_给定、功率反馈G以及转换系数k。当使能信号动作时，D2_控制0赋初值0。循环自加模块二不断对D2_控制n循环自加k*(G_给定-G)，输出D2_控制n给加法器。

加法器，采集选择器模块输出的D1’_控制n和循环自加模块二输出的D2_控制n，相加后输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n给调速器电控系统。

方案三：

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、监控系统控制参数△D、△D1、△D2、△D3、自加转换系数k1、k2及水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入步骤2。

步骤2、监控系统采集变量有功功率给定值G_给定，功率反馈G，导叶开度反馈D，机组水头w,进入步骤3。

步骤3、检测监控系统是否处于开度模式，若是，进入步骤4；否则，继续检测。

步骤4、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，进入步骤5；否则，进入步骤6。

步骤5、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

W1

W2

…

Wx-1

Wx

…

Wp-1

Wp

G1

D1,1

D2,1

…

Dx-1，1

Dx，1

…

Dp-1,1

Dp，1

G2

D1,2

D2,2

…

Dx-1，2

Dx，2

…

Dp-1,2

Dp，2

…

Gy-1

D1，y-1

D2，y-1

…

Dx-1，y-1

Dx，y-1

…

Dp-1,y-1

Dp，y-1

Gy

D1，y

D2，y

…

Dx-1，y

Dx，y

…

Dp-1,y

Dp，y

…

Gq-1

D1，q-1

D2，q-1

…

Dx-1，q-1

Dx，q-1

…

Dp-1,q-1

Dp，q-1

Gq

D1，q

D2，q

…

Dx-1，q

Dx，q

…

Dp-1,q

Dp，q

若W_x-1≤w≤W_x，G_y-1≤g≤G_y，则

D_表y-1＝D_x-1，y-1+(D_x，y-1-D_x-1，y-1)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表y＝D_x-1，y+(D_x，y-D_x-1，y)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表＝d_表y-1+(d_表y-d_表y-1)(g-G_x-1)/(G_x-G_x-1)。进入第6步。

步骤6、若∣D_表-D∣≧△D1且为初次，进入步骤7；若∣D_表-D∣≧△D1且为非初次，进入步骤8；若∣D_表-D∣<△D1且为初次，进入步骤10；若∣D_表-D∣<△D1且为非初次，进入步骤11。

步骤7、控制变量D1_控制0赋初值D，进入步骤8。

步骤8、D1_控制n＝D1_控制n-1+△D，△D为控制参数变化步长，进入步骤9。D1_控制n-1为D1_控制n的上一周期值，n为正整数。

步骤9、如果D1_控制n>K1*D_表,则D1’_控制n＝K1*D_表，进入步骤13；否则，则D1’_控制n＝D1_控制n,进入步骤13。

步骤10、控制变量D1_控制0赋初值D，进入步骤11。

步骤11、D1_控制n＝D1_控制n-1-△D，△D为控制参数变化步长，进入步骤12。

步骤12、如果D1_控制n<D_表,则D1’_控制n＝D_表，进入步骤13；否则，D1’_控制n＝D1_控制n，进入步骤13。

步骤13、若∣D_表-D∣<△D2且为初次，进入步骤14；若∣D_表-D∣<△D2且为非初次，进入步骤15；否则，进入步骤17；

步骤14、控制变量D2_控制0赋初值0，进入步骤15。

步骤15、如果∣D_表-D∣<△D3，则k＝k2，进入步骤16；否则，k＝k1，进入步骤16。

步骤16、D2_控制n＝D2_控制n-1+k*(G_给定-G)，进入步骤17。D2_控制n-1为D2_控制n的上一周期值，n为正整数。

步骤17、D_控制n＝D1’_控制n+D2_控制n，进入步骤18。

步骤18、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n，返回步骤2。

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括：查表计算模块，循环自加模块一，限幅模块一，循环自减模块，限幅模块二，选择器模块一，循环自加模块二，选择器模块二，加法器；

查表计算模块，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。

循环自加模块一，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，D1_控制赋初值D。循环自加模块一不断对D1_控制循环自加控制参数步长△D，输出D1_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_表和循环自加模块一输出的D1_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D1’_控制n给选择器模块一通道0。

循环自减模块，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，D1_控制0赋初值D。循环自减模块不断对D1_控制n循环自减控制参数步长△D，输出D1_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D1_控制n，对D1_控制n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D1’_控制n给选择器模块一通道1。

选择器模块一，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一的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n。当∣D_表-D∣<△D1不满足时，选择器模块一选择通道0输出限幅模块一输出给选择器模块一的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n；当∣D_表-D∣<△D1满足时，选择器模块一选择通道1输出限幅模块二输出给选择器模块一的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n，选择器模块一将导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n输出给加法器。

循环自加模块二，监测∣D_表-D∣<△D2使能信号，并采集有功功率给定G_给定、功率反馈G以及选择器模块二输出的转换系数k。当使能信号动作时，D2_控制0赋初值0。循环自加模块二不断对D2_控制n循环自加k*(G_给定-G)，输出D2_控制n给加法器。

选择器模块二，监测∣D_表-D∣<△D3选择信号，其通道0采集转换系数k1，通道1采集转换系数k2。当∣D_表-D∣<△D3不满足时，选择器模块二选择通道0，输出转换系数k1；当∣D_表-D∣<△D3满足时，选择器模块二选择通道1，输出转换系数k2，选择器模块二将转换系数k输出给循环自加模块二。

加法器，采集选择器模块一输出的D1’_控制n和循环自加模块二输出的D2_控制n，相加后，输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n给调速器电控系统。

本发明的技术效果如下：

1)：本发明的控制方法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，还有监控系统闭环控制不具备而调速器PID闭环控制具有的精准的长处，从而同时满足了调节过程速动性好、超调量小，调节稳定后无静差的要求，提高了动态和静态调节品质。

2)：本发明的方案一：一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法具有①、②、③三个优点：

优点①、具有开环控制快速的特点，从而提高了调节过程速动性。

优点②、具有闭环控制精准的优点，调节稳定后无静差，提高了动态和静态调节品质。优点③、通过分段开环控制可以避免了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。

3)：本发明的的方案二：一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法具有①、②、③、④四个优点：

优点④、通过变积分闭环控制可以提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质。

4)：本发明的的方案三：一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法具有①、②、③、④、⑤五个优点；

优点⑤、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闭环和开环控制相结合的控制系统图。

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闭环和开环控制相结合的控制方法流程图。

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闭环和分段开环控制相结合的控制系统图。

图4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闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图。

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变积分闭环和分段开环控制相结合的控制系统图。

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变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图。

具体实施方式

实施例一：

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法及结构。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，开环控制与闭环控制相结合的方式，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，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，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。

导叶开度闭环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端或末端精确调整的情形。分段开环控制与闭环控制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△D2。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法详细过程步骤如下：

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

若W_x-1≤w≤W_x，G_y-1≤g≤G_y，则

D_表y-1＝D_x-1，y-1+(D_x，y-1-D_x-1，y-1)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表y＝D_x-1，y+(D_x，y-D_x-1，y)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表＝d_表y-1+(d_表y-d_表y-1)(g-G_x-1)/(G_x-G_x-1)。进入S6。

S6：控制变量D1_控制0赋初值D，进入S7；

S7：D1_控制n＝D1_控制n-1+△D，△D为控制参数增加步长，进入S8；D1_控制n-1为D1_控制n的上一周期值，n为正整数。

S8：如果D1_控制n>D_表，则D1’_控制n＝D_表，进入S9；否则，D1’_控制n＝D1_控制n，进入S9。

S9：若∣D_表-D∣<△D2且为初次，进入S10；若∣D_表-D∣<△D2且为非初次，进入第

S11；否则，进入S12；

S10：控制变量D2_控制0赋初值0，进入S11；

S11：D2_控制n＝D2_控制n-1+k*(G_给定-G)，进入S12；D2_控制n-1为D2_控制n的上一周期值，n为正整数。

S12：D_控制n＝D1’_控制n+D2_控制n，进入S13；

查表计算模块1，循环自加模块一2，限幅模块3,循环自加模块二4，加法器5；

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、有功功率与有功功率与导叶开度一一对应数据表计算，输出计算结果D_表给限幅模块3；

循环自加一模块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，控制变量D1_控制0赋初值D；循环自加模块一2不断对控制变量D1_控制n循环自加控制参数步长△D，输出D1_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_表和循环自加模块一2输出的D1_控制n，对D1_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D1’_控制n输出给加法器5；

循环自加模块二4，用于监测∣D_表-D∣<△D2使能信号，并采集有功功率给定G_给定、功率反馈G以及转换系数k，当使能信号动作时，控制变量D2_控制0赋初值0；循环自加模块二4不断对控制变量D2_控制n循环自加k*(G_给定-G)，输出D2_控制n给加法器5；

加法器5，用于采集限幅模块3输出的D1’_控制n和循环自加模块二4输出的D2_控制n，相加后，输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n给调速器电控系统。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法流程图如图2所示。

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闭环和开环控制相结合的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闭环和分段开环控制相结合的控制方法及结构。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，分段开环控制与积分闭环控制相结合的方式，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，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，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精确稳定控制，提高调节品质。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法采用先分段开环控制，后闭环控制的控制方法。

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。

导叶开度闭环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端精确调整的情形。分段开环控制与闭环控制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△D2。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法，详细过程步骤如下：

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

W1

W2

…

Wx-1

Wx

…

Wp-1

Wp

G1

D1,1

D2,1

…

Dx-1，1

Dx，1

…

Dp-1,1

Dp，1

G2

D1,2

D2,2

…

Dx-1，2

Dx，2

…

Dp-1,2

Dp，2

…

Gy-1

D1，y-1

D2，y-1

…

Dx-1，y-1

Dx，y-1

…

Dp-1,y-1

Dp，y-1

Gy

D1，y

D2，y

…

Dx-1，y

Dx，y

…

Dp-1,y

Dp，y

…

Gq-1

D1，q-1

D2，q-1

…

Dx-1，q-1

Dx，q-1

…

Dp-1,q-1

Dp，q-1

Gq

D1，q

D2，q

…

Dx-1，q

Dx，q

…

Dp-1,q

Dp，q

若W_x-1≤w≤W_x，G_y-1≤g≤G_y，则：

D_表y-1＝D_x-1，y-1+(D_x，y-1-D_x-1，y-1)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表y＝D_x-1，y+(D_x，y-D_x-1，y)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表＝d_表y-1+(d_表y-d_表y-1)(g-G_x-1)/(G_x-G_x-1)。进入第6步。

第7步：控制变量D1_控制0赋初值D，进入第8步。

第8步：D1_控制n＝D1_控制n-1+△D，△D为控制参数增加步长，进入第9步；D1_控制n-1为D1_控制n的上一周期值，n为正整数。

第10步：控制变量D1_控制0赋初值D，进入第11步。

第14步：控制变量D2_控制0赋初值0，进入第15步。

第15步：D2_控制n＝D2_控制n-1+k*(G_给定-G)，进入第16步。D2_控制n-1为D2_控制n的上一周期值，n为正整数。

第16步：D_控制n＝D1’_控制n+D2_控制n，进入第17步。

查表计算模块1，循环自加模块一2，限幅模块一6，循环自减模块7，限幅模块二8，选择器模块9，循环自加模块二4，加法器5；

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_表给限幅模块一6和限幅模块二8。

循环自加一模块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，D1_控制0赋初值D。循环自加一模块2不断对D1_控制n循环自加控制参数步长△D，输出D1_控制n给限幅模块一6。

限幅模块一6，用于采集查表计算模块1输出的D_表和循环自加模块一2输出的D1_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D1’_控制n给选择器模块9通道0。

循环自减模块7，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，D1_控制0赋初值D。循环自减模块7不断对D1_控制n循环自减控制参数步长△D，输出D1_控制n给限幅模块二8。

限幅模块二8，采集查表计算模块1输出的D_表和循环自减模块7输出的D1_控制n，对D1_控制n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D1’_控制n给选择器模块9通道1。

选择器模块9，监测∣D_表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅模块一6和限幅模块二8输出给选择器模块9的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n。当∣D_表-D∣<△D1不满足时，选择器模块9选择通道0输出限幅模块一6输出给选择器模块9的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n；当∣D_表-D∣<△D1满足时，选择器模块9选择通道1输出限幅模块二8输出给选择器模块9的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n，选择器模块9将导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n输出给加法器5。

循环自加模块二4，监测∣D_表-D∣<△D2使能信号，并采集有功功率给定G_给定、功率反馈G以及转换系数k。当使能信号动作时，D2_控制0赋初值0。循环自加模块二4不断对D2_控制n循环自加k*(G_给定-G)，输出D2_控制n给加法器5。

加法器5，采集选择器模块9输出的D1’_控制n和循环自加模块二4输出的D2_控制n，相加后输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n给调速器电控系统。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图如图4所示。

实施例三：

为了进一步提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质，在一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的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变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法及结构。

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，分段开环控制与变积分闭环控制相结合的方式，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，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，同时抑制调节速度过快产生严重超调现象，提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，提高调节品质。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法采用先分段开环控制，后变积分闭环控制的控制方法。

导叶开度闭环控制尤其适用于机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端精确调整的情形。导叶开度分段变积分闭环控制可以提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质。变积分闭环控制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△D3。

分段开环控制与闭环控制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△D2。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法，详细过程步骤如下：

表1水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表

W1

W2

…

Wx-1

Wx

…

Wp-1

Wp

G1

D1,1

D2,1

…

Dx-1，1

Dx，1

…

Dp-1,1

Dp，1

G2

D1,2

D2,2

…

Dx-1，2

Dx，2

…

Dp-1,2

Dp，2

…

Gy-1

D1，y-1

D2，y-1

…

Dx-1，y-1

Dx，y-1

…

Dp-1,y-1

Dp，y-1

Gy

D1，y

D2，y

…

Dx-1，y

Dx，y

…

Dp-1,y

Dp，y

…

Gq-1

D1，q-1

D2，q-1

…

Dx-1，q-1

Dx，q-1

…

Dp-1,q-1

Dp，q-1

Gq

D1，q

D2，q

…

Dx-1，q

Dx，q

…

Dp-1,q

Dp，q

若W_x-1≤w≤W_x，G_y-1≤g≤G_y，则

D_表y-1＝D_x-1，y-1+(D_x，y-1-D_x-1，y-1)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表y＝D_x-1，y+(D_x，y-D_x-1，y)(w-W_x-1)/(W_x-W_x-1)。

D_表＝d_表y-1+(d_表y-d_表y-1)(g-G_x-1)/(G_x-G_x-1)。进入第6步。

步骤7、控制变量D1_控制0赋初值D，进入步骤8。

步骤10、控制变量D1_控制0赋初值D，进入步骤11。

步骤14、控制变量D2_控制0赋初值0，进入步骤15。

步骤17、D_控制n＝D1’_控制n+D2_控制n，进入步骤18。

一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括：查表计算模块1，循环自加模块一2，限幅模块一6，循环自减模块7，限幅模块二8，选择器模块一10，循环自加模块二4，选择器模块二11，加法器5；

查表计算模块1，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_表给限幅模块一6和限幅模块二8。

循环自加模块一2，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，D1_控制赋初值D。循环自加模块一2不断对D1_控制循环自加控制参数步长△D，输出D1_控制n给限幅模块一6。

限幅模块一6，采集查表计算模块1输出的D_表和循环自加模块一2输出的D1_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D1’_控制n给选择器模块一10通道0。

循环自减模块7，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，D1_控制0赋初值D。循环自减模块7不断对D1_控制n循环自减控制参数步长△D，输出D1_控制n给限幅模块二8。

限幅模块二8，采集查表计算模块1输出的D_表和循环自减模块7输出的D1_控制n，对D1_控制n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D1’_控制n给选择器模块一10通道1。

选择器模块一10，监测∣D_表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅模块一6和限幅模块二8输出给选择器模块一10的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n。当∣D_表-D∣<△D1不满足时，选择器模块一10选择通道0输出限幅模块一6输出给选择器模块一10的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n；当∣D_表-D∣<△D1满足时，选择器模块一10选择通道1输出限幅模块二8输出给选择器模块一10的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n，选择器模块一10将导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n输出给加法器5。

循环自加模块二4，监测∣D_表-D∣<△D2使能信号，并采集有功功率给定G_给定、功率反馈G以及选择器模块二11输出的转换系数k。当使能信号动作时，D2_控制0赋初值0。循环自加模块二4不断对D2_控制n循环自加k*(G_给定-G)，输出D2_控制n给加法器5。

选择器模块二11，监测∣D_表-D∣<△D3选择信号，其通道0采集转换系数k1，通道1采集转换系数k2。当∣D_表-D∣<△D3不满足时，选择器模块二11选择通道0，输出转换系数k1；当∣D_表-D∣<△D3满足时，选择器模块二11选择通道1，输出转换系数k2，选择器模块二11将转换系数k输出给循环自加模块二4。

加法器5，采集选择器模块一10输出的D1’_控制n和循环自加模块二4输出的D2_控制n，相加后，输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n给调速器电控系统。

本发明的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法流程图如图6所示。

Claims

1.一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统，包括，其特征在于：查表计算模块(1)，循环自加模块一(2)，限幅模块一(6)，循环自减模块(7)，限幅模块二(8)，选择器模块(9)，循环自加模块二(4)，加法器(5)；

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(6)和限幅模块二(8)；

循环自加一模块(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，D1_控制0赋初值D；循环自加一模块(2)不断对D1_控制n循环自加控制参数步长△D，输出D1_控制n给限幅模块一(6)；

限幅模块一(6)，用于采集查表计算模块1输出的D_表和循环自加模块一(2)输出的D1_控制n，对D_控制n进行限幅输出，最大值为K1*D_表；输出导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n给选择器模块(9)通道0；

循环自减模块(7)，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，D1_控制0赋初值D；循环自减模块(7)不断对D1_控制n循环自减控制参数步长△D，输出D1_控制n给限幅模块二(8)；

限幅模块二(8)，采集查表计算模块1输出的D_表和循环自减模块(7)输出的D1_控制n，对D1_控制n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D1’_控制n给选择器模块(9)通道1；

选择器模块(9)，监测∣D_表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅模块一(6)和限幅模块二(8)输出给选择器模块(9)的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n；当∣D_表-D∣<△D1不满足时，选择器模块(9)选择通道0输出限幅模块一(6)输出给选择器模块(9)的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n；当∣D_表-D∣<△D1满足时，选择器模块(9)选择通道1输出限幅模块二(8)输出给选择器模块(9)的导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n，选择器模块(9)将导叶开度模拟量控制信号D1’_控制n输出给加法器(5)；

循环自加模块二(4)，监测∣D_表-D∣<△D2使能信号，并采集有功功率给定G_给定、功率反馈G以及转换系数k；当使能信号动作时，D2_控制0赋初值0；循环自加模块二(4)不断对D2_控制n循环自加k*(G_给定-G)，输出D2_控制n给加法器(5)；

加法器(5)，采集选择器模块(9)输出的D1’_控制n和循环自加模块二(4)输出的D2_控制n，相加后输出导叶开度模拟量控制信号D_控制n给调速器电控系统。