CN117055331A - 水电机组调速系统自适应控制模式pid参数切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，通过对实时变化的运行方式选择自适应水电机组调速系统PID参数选择，进而参与负荷调节或一次调频，该功能可提高机组调速器PID参数选择的可靠性，根据电网运行模式，调速器控制器根据自身的控制模式切换至相应PID参数，能有效防范切换过程中造成出力异常或波动，同时切换后及时按照监控或现地指令调节负荷，进而确保电力设备安全稳定运行和机组长期高效运行；有效解决了地区与地区电网异步联网后电网面临严重的超低频频率振荡风险的问题，保障了各地区电网运行的可靠性和稳定性。

Description

水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法

技术领域

本发明涉及水轮机调速器技术领域，尤其涉及水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法。

背景技术

目前水轮机调速器是水电站水轮发电机组的重要控制设备，保证水轮发电机组的频率稳定、维持电力系统负荷平衡，并根据电站监控系统控制命令完成各种自动化操作。随着微机控制理论及技术的不断发展和成熟，其先进性、可靠性和稳定性进一步提高。水电机组调速系统PID参数配置对电力系统频率的动态特性有重要影响。近年来，随着我国水电装机规模不断增长，电网网构方式也在不断变化，当前流域巨型水电群一般采用特高压直流方式输送到华南、华东、华中等地区，将通过特高压直流与该地区等交流主网形成异步联网方式，存在联网/孤岛运行方式变化，则这些水电机组原有的调速系统参数将无法适应异步运行后的地区电网，给电网的安全稳定控制带来新的问题，容易导致地区电网在异步运行后出现超低频率振荡现象。

为了满足地区电网在异步运行后安全稳定运行的要求，针对实时变化的运行方式需动态选择运行模式自适应水电机组调速系统PID参数，进而参与负荷调节或一次调频，使其满足机组一次调频速度和超低频振荡阻尼等两项要求。

发明内容

本发明提供水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，可提高机组调速器PID参数选择的可靠性，根据电网运行模式，调速器控制器根据自身的控制模式切换至相应PID参数，能有效防范切换过程中造成出力异常或波动，同时切换后及时按照监控或现地指令调节负荷，进而确保电力设备安全稳定运行和机组长期高效运行；有效解决了地区与地区电网异步联网后电网面临严重的超低频频率振荡风险的问题，保障了各地区电网运行的可靠性和稳定性。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，包括以下步骤：

步骤1、调速器控制器状态初始化；

步骤2、判断大型水电机组出口的通用断路器(油开关)是否处于第一预设状态，响应于是，进入步骤3；否则，进入步骤15；

步骤3、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与机组频率的差值的绝对值，进入步骤4；

步骤4、调速器控制器检测频差是否大于阈值f₀或确定调速器的控制方式是否为频率模式，响应于是，进入步骤5；否则进入步骤6；

步骤5、在当前运行模式下调速器控制器调用孤网频率死区f₁、孤网Bp参数、孤网PID参数，进入步骤19；

步骤6、判断调速器控制器是否收到一次调频投入命令，响应于是，分别进入步骤7、步骤8、步骤9、步骤10；否则，分别进入步骤11、步骤12、步骤13、步骤14；

步骤7、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网开度一次调频频率死区f₂、大网开度一次调频Bp参数、大网开度一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤8、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网开度一次调频频率死区f₃、小网开度一次调频Bp参数、小网开度一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤9、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网功率一次调频频率死区f₄、大网功率一次调频Bp参数、大网功率一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤10、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网功率一次调频频率死区f₅、小网功率一次调频Bp参数、小网功率一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤11、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网开度一般负载频率死区f₆、大网开度一般负载Bp参数、大网开度一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤12、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网开度一般负载频率死区f₇、小网开度一般负载Bp参数、小网开度一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤13、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网功率一般负载频率死区f₈、大网功率一般负载Bp参数、大网功率一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤14、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网功率一般负载频率死区f₉、小网功率一般负载Bp参数、小网功率一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤15、判断调速器控制器是否收到频率跟踪投入命令，响应于是，进入步骤16；否则进入步骤17；

步骤16、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与机组频率的差值，进入步骤18；

步骤17、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与滑差相加、再与机组频率相减，进入步骤18；

步骤18、在当前空载运行模式下调速器控制器调用空载PID参数，频率死区为0、Bp参数为0，进入步骤19；

步骤19、响应于步骤5、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10、步骤11、步骤12、步骤13、步骤14或步骤18中的其中1项，调速器控制器PID模块计算相应PID值，通过调速器控制器程序模块输出导叶动作指令，以达到调节机组转速或机组功率的目的。

进一步方案为，所述步骤3、步骤16、步骤17中，频率给定为50Hz。

进一步方案为，所述步骤4中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₀为0.3Hz-0.5Hz。

进一步方案为，所述步骤5中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₁为0.1Hz-0.3Hz，孤网Bp参数为0.01-0.02。

进一步方案为，所述步骤7中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₂为0.04Hz-0.06Hz，大网开度一次调频Bp参数为0.04-0.06。

进一步方案为，所述步骤8中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₃为0.04Hz-0.06Hz，小网开度一次调频Bp参数为0.04-0.06。

进一步方案为，所述步骤9中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₄为0.04Hz-0.06Hz，大网功率一次调频Bp参数为0.03-0.05。

进一步方案为，所述步骤10中，根据电网安全稳定性考虑其阈值f₅为0.04Hz-0.06Hz，小网功率一次调频Bp参数为0.03-0.05。

进一步方案为，所述步骤11中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₆为0.1Hz-0.15Hz，大网开度一般负载Bp参数为0.04-0.06。

进一步方案为，所述步骤12中，根据电网安全稳定性考虑其阈值f₇为0.15Hz-0.25Hz，小网开度一般负载Bp参数为0.04-0.06；

所述步骤13中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₈为0.1Hz-0.15Hz，大网功率负载Bp参数一般为0.03-0.05；

所述步骤14中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₉为0.15Hz-0.25Hz，小网功率一般负载Bp参数为0.03-0.05。

本发明的有益效果在于：

本发明的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，充分利用现有程序条件判断、合理的流程来执行大型水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换，在复杂、不确定性的电网运行情况下，在基于现有的采集信号上，提出调速器在6种运行方式下(空载、孤网、大网开度、小网开度、大网功率、小网功率)PID参数的切换机制，针对实时变化的运行方式选择自适应水电机组调速系统PID参数选择，进而参与负荷调节或一次调频，该功能可提高机组调速器PID参数选择的可靠性，根据电网运行模式，调速器控制器根据自身的控制模式切换至相应PID参数，能有效防范切换过程中造成出力异常或波动，同时切换后及时按照监控或现地指令调节负荷，进而确保电力设备安全稳定运行和机组长期高效运行；有效解决了地区与地区电网异步联网后电网面临严重的超低频频率振荡风险的问题，保障了各地区电网运行的可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在任一实施例中，如图1所示，本发明的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，包括以下步骤：

步骤1、调速器控制器状态初始化；

步骤2、判断大型水电机组出口的通用断路器(油开关)是否处于第一预设状态，响应于是，进入步骤3；否则，进入步骤15；

步骤3、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差一般为频率给定与机组频率的差值的绝对值，一般情况下频率给定为50Hz，进入步骤4；

步骤4、调速器控制器检测频差是否大于阈值f₀或确定调速器的控制方式是否为频率模式，响应于是，进入步骤5；否则进入步骤6；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₀一般为0.3Hz-0.5Hz；

步骤5、在当前运行模式下调速器控制器调用孤网频率死区f₁、孤网Bp参数、孤网PID参数，进入步骤19；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₁一般为0.1Hz-0.3Hz，孤网Bp参数一般为0.01-0.02；

步骤6、判断调速器控制器是否收到一次调频投入命令，响应于是，分别进入步骤7、步骤8、步骤9、步骤10；否则，分别进入步骤11、步骤12、步骤13、步骤14；

步骤7、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网开度一次调频频率死区f₂、大网开度一次调频Bp参数、大网开度一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₂一般为0.04Hz-0.06Hz，大网开度一次调频Bp参数一般为0.04-0.06；

步骤8、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网开度一次调频频率死区f₃、小网开度一次调频Bp参数、小网开度一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₃一般为0.04Hz-0.06Hz，小网开度一次调频Bp参数一般为0.04-0.06；

步骤9、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网功率一次调频频率死区f₄、大网功率一次调频Bp参数、大网功率一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₄一般为0.04Hz-0.06Hz，大网功率一次调频Bp参数一般为0.03-0.05；

步骤10、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网功率一次调频频率死区f₅、小网功率一次调频Bp参数、小网功率一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₅一般为0.04Hz-0.06Hz，小网功率一次调频Bp参数一般为0.03-0.05；

步骤11、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网开度一般负载频率死区f₆、大网开度一般负载Bp参数、大网开度一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₆一般为0.1Hz-0.15Hz，大网开度一般负载Bp参数一般为0.04-0.06；

步骤12、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网开度一般负载频率死区f₇、小网开度一般负载Bp参数、小网开度一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₇一般为0.15Hz-0.25Hz，小网开度一般负载Bp参数一般为0.04-0.06；

步骤13、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网功率一般负载频率死区f₈、大网功率一般负载Bp参数、大网功率一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₈一般为0.1Hz-0.15Hz，大网功率一般负载Bp参数一般为0.03-0.05；

步骤14、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网功率一般负载频率死区f₉、小网功率一般负载Bp参数、小网功率一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₉一般为0.15Hz-0.25Hz，小网功率一般负载Bp参数一般为0.03-0.05；

步骤15、判断调速器控制器是否收到频率跟踪投入命令，响应于是，进入步骤16；否则进入步骤17；

步骤16、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与机组频率的差值，一般情况下频率给定为50Hz，进入步骤18；

步骤17、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与滑差相加、再与机组频率相减，一般情况下频率给定为50Hz，进入步骤18；

步骤18、在当前空载运行模式下调速器控制器调用空载PID参数，频率死区一般为0、Bp参数一般为0，进入步骤19；

步骤19、响应于步骤5、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10、步骤11、步骤12、步骤13、步骤14或步骤18中的其中1项，调速器控制器PID模块计算相应PID值，通过调速器控制器程序模块输出导叶动作指令，以达到调节机组转速或机组功率的目的。

其中，所述第一预设状态为合闸状态，即大型水电机组处于并网态。

所述步骤5、步骤7、步骤8等中，根据电网运行模式，大型水电机组调速系统自适应运行于相应的“大网”、“小网”或“孤网”模式，所述两个地区通过交流联网时，机组调速系统在正常并网时自动选用大网模式；所述两个地区通过直流联网时，机组调速系统在正常并网时自动选用小网模式；在极端情况下，若电网频率波动较大时大型水电机组调速系统运行于“孤网模式”，以快速帮助电网频率恢复至正常水平。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、调速器控制器状态初始化；

步骤2、判断大型水电机组出口的通用断路器是否处于第一预设状态，响应于是，进入步骤3；否则，进入步骤15；

步骤3、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与机组频率的差值的绝对值，进入步骤4；

步骤4、调速器控制器检测频差是否大于阈值f₀或确定调速器的控制方式是否为频率模式，响应于是，进入步骤5；否则进入步骤6；

步骤5、在当前运行模式下调速器控制器调用孤网频率死区f₁、孤网Bp参数、孤网PID参数，进入步骤19；

步骤6、判断调速器控制器是否收到一次调频投入命令，响应于是，分别进入步骤7、步骤8、步骤9、步骤10；否则，分别进入步骤11、步骤12、步骤13、步骤14；

步骤7、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网开度一次调频频率死区f₂、大网开度一次调频Bp参数、大网开度一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤8、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网开度一次调频频率死区f₃、小网开度一次调频Bp参数、小网开度一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤9、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网功率一次调频频率死区f₄、大网功率一次调频Bp参数、大网功率一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤10、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网功率一次调频频率死区f₅、小网功率一次调频Bp参数、小网功率一次调频PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤11、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网开度一般负载频率死区f₆、大网开度一般负载Bp参数、大网开度一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤12、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网开度模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网开度一般负载频率死区f₇、小网开度一般负载Bp参数、小网开度一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤13、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为大网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用大网功率一般负载频率死区f₈、大网功率一般负载Bp参数、大网功率一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤14、调速器控制器检测当前调速器控制模式是否为小网功率模式，响应于是，在当前运行模式下调速器控制器调用小网功率一般负载频率死区f₉、小网功率一般负载Bp参数、小网功率一般负载PID参数，进入步骤19；否则继续所述模式检测；

步骤15、判断调速器控制器是否收到频率跟踪投入命令，响应于是，进入步骤16；否则进入步骤17；

步骤16、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与机组频率的差值，进入步骤18；

步骤17、通过调速器控制器程序模块计算频差，频差为频率给定与滑差相加、再与机组频率相减，进入步骤18；

步骤18、在当前空载运行模式下调速器控制器调用空载PID参数，频率死区为0、Bp参数为0，进入步骤19；

步骤19、响应于步骤5、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10、步骤11、步骤12、步骤13、步骤14或步骤18中的其中1项，调速器控制器PID模块计算相应PID值，通过调速器控制器程序模块输出导叶动作指令。

2.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤3、步骤16、步骤17中，频率给定为50Hz。

3.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤4中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₀为0.3Hz-0.5Hz。

4.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤5中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₁为0.1Hz-0.3Hz，孤网Bp参数为0.01-0.02。

5.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤7中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₂为0.04Hz-0.06Hz，大网开度一次调频Bp参数为0.04-0.06。

6.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤8中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₃为0.04Hz-0.06Hz，小网开度一次调频Bp参数为0.04-0.06。

7.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤9中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₄为0.04Hz-0.06Hz，大网功率一次调频Bp参数为0.03-0.05。

8.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤10中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₅为0.04Hz-0.06Hz，小网功率一次调频Bp参数为0.03-0.05。

9.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤11中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₆为0.1Hz-0.15Hz，大网开度一般负载Bp参数为0.04-0.06。

10.如权利要求1所述的水电机组调速系统自适应控制模式PID参数切换方法，其特征在于，所述步骤12中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₇为0.15Hz-0.25Hz，小网开度一般负载Bp参数为0.04-0.06；

所述步骤13中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₈为0.1Hz-0.15Hz，大网功率负载Bp参数一般为0.03-0.05；

所述步骤14中，根据电网安全稳定性考虑其阈值，f₉为0.15Hz-0.25Hz，小网功率一般负载Bp参数为0.03-0.05。