CN117055343A - 一种水头空载开度曲线在线自动修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，此优化方法立足现有的稳定可行的PID控制方法，在此基础上引入水头、流量、转速等变量为输入，构建新型状态反馈控制，形成新型的优化控制方法，并应用于水轮机调速器，以提升调速控制的响应速度及质量。
Description
技术领域
本发明涉及水电机组调速技术领域，具体涉及一种水头空载开度曲线在线自动修正方法。
背景技术
空载开度是水电机组调速系统频率调节的重要数据，理想状态下，空载开度应为机组频率维持50Hz或网频时的导叶开度。而通过分段线性插值计算的空载开度与实际空载开度存在一定的误差，导致机频与网频存在频差Δf，这时需要通过PID模块进行计算后消除频差，最终的导叶开度给定Ygive＝Ypid+Ynoload。其中Ypid为PID模块输出值，Ynoload为通过插值计算出的的空载开度，调速系统频率调节框图如图1所示。
目前，水头空载开度曲线基于主机厂提供的有限数据，采用分段线性插值计算当前水头对应的空载开度。该插值法计算的空载开度与实际值存在一定的误差，倘若主机厂提供的数据也与实际空载开度差值较大时，会进一步增大误差，延长机组开机频率调节时间，叠加PID参数不合适等因素，极端情况下会出现积分饱和现象，导致频率调节无法达到目标值，最终机组并网失败。
综上，现有技术的缺点：
(1)主机厂提供的水头空载开度数据量有限，同一类型的机组采用相同的数据参数，且与维持机组50Hz所需的空载开度有一定的误差，采用分段线性插值计算出当前水头对应的空载开度值误差较大。
(2)需要通过空载扰动试验进行PID参数整定，不仅造成水资源浪费，还有可能因为参数整定不合适造成机组并网失败。
(3)机组在模式切换时，需要进行PID积分分量清零，否则会出现导叶开度波动进而造成功率波动的情况。
发明内容
基于现有技术中存在问题，本发明目的是提供一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，此方法无需线下修改参数，通过在线自动修正，有效提高了水头空载开度曲线的精度，简化了空载PID参数的整定，减少机组开机至并网时间。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，包括以下步骤：
步骤1，数组创建；
步骤2，主机厂提供数据的更新；
步骤3，数组元素的扩充；
步骤4，机组开机时，读取当前水头值，在扩充完成的数组基础上，通过分段3次埃尔米特插值，计算出当前水头对应的空载开度；
步骤5，验证新的水头空载开度曲线的误差。
所述步骤1具体步骤为：
创建元素个数为主机厂提供数据2倍的数组array，将现有数据赋值给前i个元素，将这i个元素的属性标记为0；
所述数组array为：
array＝[(H1,Y1),(H2,Y2),(H3,Y3),...(H2i-1,Y2i-1),(H2i,Y2i)]；
式中：H表示水头值；Y表示导叶开度；i表示主机厂所提供数据个数。
所述步骤2具体步骤为：
读取机组并网瞬间的水头值及导叶开度(H,Y)，如果|H-Hn|≤ΔH1，则将(H,Y)赋值给(Hn,Yn)，并将其属性标记为1，其中，Hn为与当前水头最接近的水头元素，ΔH1根据实际情况合理选择，ΔH1越小对主机厂提供的数据的验证越准确，n为满足|H-Hn|≤ΔH1条件的Hn水头元素下标，取值范围为1,2,3...i；当所有属性标记为0的元素全部标记为1时表示主机厂提供的数据元素更新完成。
所述步骤3中为了避免水头空载开度数据过于集中在某个区间，在读取实际水头空载开度数据进行数组元素扩充前进行数据筛选，确保数据均匀分布。
所述步骤3中具体步骤为：
步骤3.1，判断当前水头值H所处的水头区间(Hn-1,Hn)，如果：将(Hi,Yi)赋值给(Hi+1,Yi+1)，依次将前一元素赋值给后一元素，直到(Hn,Yn)赋值给(Hn+1,Yn+1)；
步骤3.2，读取机组并网瞬间的水头值及导叶开度(H,Y)，并赋值给(Hn,Yn)，并将该元素的属性标记为1，完成当前水头空载开度元素的扩充，其中ΔH2根据机组运行水头区间合理选择，当所有2i个元素属性全部标记为1时，表示数组元素扩充完成。
所述步骤5中具体步骤为：均匀选取一系列的空载开度Ynoload，读取与之对应水头的机组并网时的导叶开度Y，计算二者差值，当误差小于给定值，即|Y-Ynoload|≤ΔY，满足控制要求，否则，将数组元素继续扩大1倍，重复以上步骤，直到水头空载开度曲线的误差满足控制要求。
所述ΔH1的取值为：0～0.1m。
所述ΔH2的取值为：0～0.2m。
所述ΔY的取值为：0～0.2％。
本发明有益效效果：
本发明专利提出了一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，无需线下修改参数，通过在线自动修正，有效提高了水头空载开度曲线的精度，简化了空载PID参数的整定，减少机组开机至并网时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1调速系统频率调节框图。
图2基于旧数据的水头空载开度插值曲线对比。
图3水头空载开度曲线在线自动修正流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-3，水电机组操作灵活可靠，可根据负荷需要迅速开机或停机，运行数据丰富，尤其是机组并网瞬间的导叶开度即为理想状态下的空载开度。读取该数据后与现有数据进行对比可以验证原有数据的准确性，并进行数据扩充更新。样本点越多则插值函数越接近真实的水头空载开度函数，但是为了降低控制器的占用率，以及避免高次多项式插值产生的龙格现象，将原有数组元素暂时扩充1倍，通过分段3次埃尔米特插值实现水头空载开度曲线的在线自动修正。埃尔米特插值除了满足离散数据点位于插值函数上之外，也满足该点处的一阶导数存在且连续，使得曲线平滑具有保形性，详见附图1。
一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，包括以下步骤：
步骤1，数组创建：
创建元素个数为主机厂提供数据2倍的数组array，将现有数据赋值给前i个元素，将这i个元素的属性标记为0；
所述数组array为：
array＝[(H1,Y1),(H2,Y2),(H3,Y3),...(H2i-1,Y2i-1),(H2i,Y2i)]；
式中：H表示水头值；Y表示导叶开度；i表示主机厂所提供数据个数。
步骤2，主机厂提供数据的更新：
读取机组并网瞬间的水头值及导叶开度(H,Y)，如果|H-Hn|≤ΔH1，则将(H,Y)赋值给(Hn,Yn)，并将其属性标记为1，其中，Hn为与当前水头最接近的水头元素，ΔH1根据实际情况合理选择，ΔH1越小对主机厂提供的数据的验证越准确，n为满足|H-Hn|≤ΔH1条件的Hn水头元素下标，取值范围为1,2,3...i；当所有属性标记为0的元素全部标记为1时表示主机厂提供的数据元素更新完成。
所述ΔH1的取值为：0～0.1m。
步骤3，数组元素的扩充：
为了避免水头空载开度数据过于集中在某个区间，在读取实际水头空载开度数据进行数组元素扩充前进行数据筛选，确保数据均匀分布。
所述步骤3中具体步骤为：
步骤3.1，判断当前水头值H所处的水头区间(Hn-1,Hn)，如果：将(Hi,Yi)赋值给(Hi+1,Yi+1)，依次将前一元素赋值给后一元素，直到(Hn,Yn)赋值给(Hn+1,Yn+1)；
步骤3.2，读取机组并网瞬间的水头值及导叶开度(H,Y)，并赋值给(Hn,Yn)，并将该元素的属性标记为1，完成当前水头空载开度元素的扩充，其中ΔH2根据机组运行水头区间合理选择，当所有2i个元素属性全部标记为1时，表示数组元素扩充完成；
所述ΔH2的取值为：0～0.2m。
步骤4，机组开机时，读取当前水头值，在扩充完成的数组基础上，通过分段3次埃尔米特插值，计算出当前水头对应的空载开度；
步骤5，验证新的水头空载开度曲线的误差：
均匀选取一系列的空载开度Ynoload，读取与之对应水头的机组并网时的导叶开度Y，计算二者差值，当误差小于给定值，即|Y-Ynoload|≤ΔY，满足控制要求，否则，将数组元素继续扩大1倍，重复以上步骤，直到水头空载开度曲线的误差满足控制要求。
所述ΔY的取值为：0～0.2％。
Claims (9)
1.一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，数组创建；
步骤2，主机厂提供数据的更新；
步骤3，数组元素的扩充；
步骤4，机组开机时，读取当前水头值，在扩充完成的数组基础上，通过分段3次埃尔米特插值，计算出当前水头对应的空载开度；
步骤5，验证新的水头空载开度曲线的误差。
2.根据权利要求1所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述步骤1具体步骤为：
创建元素个数为主机厂提供数据2倍的数组array，将现有数据赋值给前i个元素，将这i个元素的属性标记为0；
所述数组array为：
array＝[(H1,Y1),(H2,Y2),(H3,Y3),...(H2i-1,Y2i-1),(H2i,Y2i)]；
式中：H表示水头值；Y表示导叶开度；i表示主机厂所提供数据个数。
3.根据权利要求2所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述步骤2具体步骤为：
读取机组并网瞬间的水头值及导叶开度(H,Y)，如果|H-Hn|≤ΔH1，则将(H,Y)赋值给(Hn,Yn)，并将其属性标记为1，其中，Hn为与当前水头最接近的水头元素，ΔH1根据实际情况合理选择，ΔH1越小对主机厂提供的数据的验证越准确，n满足|H-Hn|≤ΔH1条件的Hn水头元素下标，取值范围为1，2，3...i；当所有属性标记为0的元素全部标记为1时表示主机厂提供的数据元素更新完成。
4.根据权利要求1所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述步骤3中为了避免水头空载开度数据过于集中在某个区间，在读取实际水头空载开度数据进行数组元素扩充前进行数据筛选，确保数据均匀分布。
5.根据权利要求4所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述步骤3中具体步骤为：
步骤3.1，判断当前水头值H所处的水头区间(Hn-1,Hn)，如果：将(Hi,Yi)赋值给(Hi+1,Yi+1)，依次将前一元素赋值给后一元素，直到(Hn,Yn)赋值给(Hn+1,Yn+1)；
步骤3.2，读取机组并网瞬间的水头值及导叶开度(H,Y)，并赋值给(Hn,Yn)，并将该元素的属性标记为1，完成当前水头空载开度元素的扩充，其中ΔH2根据机组运行水头区间合理选择，当所有2i个元素属性全部标记为1时，表示数组元素扩充完成。
6.根据权利要求1所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述步骤5中具体步骤为：均匀选取一系列的空载开度Ynoload，读取与之对应水头的机组并网时的导叶开度Y，计算二者差值，当误差小于给定值ΔY，即|Y-Ynoload|≤ΔY，满足控制要求，否则，将数组元素继续扩大1倍，重复以上步骤，直到水头空载开度曲线的误差满足控制要求。
7.根据权利要求3所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述ΔH1的取值为：0～0.1m。
8.根据权利要求5所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述ΔH2的取值为：0～0.2m。
9.根据权利要求6所述一种水头空载开度曲线在线自动修正方法，其特征在于，所述ΔY的取值为：0～0.2％。
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