CN117072369A - 水电站lcu开度模拟量分段开环控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法及系统；本发明是一种开、关双方向的水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法；其在原开方向的导叶开度模拟量分段开环控制方法的基础上进行优化，通过增加方向系数，实现开、关双方向的水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环控制；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，从而同时满足了调节过程速动性好、超调量小的要求，提高了动态调节品质。

Description

水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法及系统
技术领域
本发明涉及水电站计算机监控技术领域，特别是一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法及系统。
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，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等问题。为了弥补上述不足之处，中国长江电力股份有限公司申请了发明专利“导叶开度模拟量分段开环控制方法及系统”(ZL202011420862.1)公开了一种方法及系统。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等问题，提高调节过程速动性，实现机组导叶开度和有功功率的快速稳定控制，提高调节品质。然而该方法仅实现了一种开方向的水电站LCU导叶开度模拟量分段开环控制方法。中国长江电力股份有限公司全资子公司三峡金沙江川云水电开发有限公司在此基础上进行了研究改进，优化了该方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法及系统，本发明可以实现开关双向分段开环控制，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，从而同时满足了调节过程速动性好、超调量小的要求，提高了动态调节品质。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法，包括以下步骤：
S1、初始化监控系统控制参数△D、△D1、方向系数k、限幅系数K1及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第2步。
S2、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；
S3、监控系统检测是否处于开度模式，若是，进入步骤S4；否则，采用非开度模式控制，返回步骤S2；
S4、监控系统检测有功功率给定值G给定是否刷新，若是，进入步骤S5；否则，进入步骤S9；
S5、监控系统根据有功功率给定值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。
S6、控制变量D控制赋初值D；
S7、监控系统检测D表是否变大，若是，k＝1，进入步骤S9；否则，进入步骤S8；
S8、监控系统检测D表是否变小，若是，k＝-1，进入步骤S9；否则，直接进入步骤S9；
S9、监控系统检测是否∣D表-D∣≧△D1，若是，则D控制＝D控制+k*△D，△D为控制参数增减步长，进入步骤S10；否则，D控制＝D控制-k*△D，进入步骤S14；
S10、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤S11；否则，进入步骤S12；
S11、监控系统检测是否D控制>K1*D表，若是，则D控制＝K1*D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S12、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤S13；否则，进入步骤S18；
S13、监控系统检测是否D控制<K1*D表，若是，则D控制＝K1*D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S14、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤S15；否则，进入步骤S16；
S15、监控系统检测是否D控制<D表，若是，则D控制＝D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S16、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤S17；否则，进入步骤S18；
S17、监控系统检测是否D控制>D表，若是，则D控制＝D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S18、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D控制，返回步骤S2。
作为本发明的进一步改进，步骤S5具体如下：
所述水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如下：
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
上表中，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；
若Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤G给定≤Gy，则：
d表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)；
d表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)；
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(G给定-Gy-1)/(Gy-Gy-1)。
本发明还提供一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制系统，包括：
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1模块和限幅2模块；
循环自加模块，用于监测D表变化且∣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，D控制赋初值D；循环自加模块不断对D控制循环自加k*△D，输出D控制给限幅1模块；
限幅1模块，用于采集查表计算模块输出的D表和循环自加模块输出的D控制，对D控制进行限幅输出，若k＝1则最大值为K1*D表，若k＝-1则最小值为K1*D表；输出导叶开度模拟量控制信号D控制给选择器模块的通道0；
循环自减模块，用于监测∣D表-D∣<△D1使能信号，并采集导叶开度信号D；循环自减模块不断对D控制循环自减k*△D，输出D控制给限幅1模块；
限幅2模块，用于采集查表计算模块1输出的D表和循环自减模块输出的D控制，对D控制进行限幅输出，若k＝1则最小值为D表，若k＝-1则最大值为D表；输出导叶开度模拟量控制信号D控制给选择器模块的通道1；
选择器模块，用于监测∣D表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅1模块和限幅2模块输出给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D控制；当∣D表-D∣<△D1不满足时，选择器模块选择通道0，输出限幅1模块给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D控制；当∣D表-D∣<△D1满足时，选择器模块选择通道1，输出限幅2模块给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D控制；选择器模块将导叶开度模拟量控制信号D控制输出给调速器电控系统。
本发明的有益效果是：
本发明的控制方法可以实现开关双向分段开环控制，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，从而同时满足了调节过程速动性好、超调量小的要求，提高了动态调节品质。具体体现在：
1、实现开关双向分段开环控制。
2、具有开环调节快速的特点，从而提高了调节过程速动性。
3、可以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，从而提高了调节过程的调节品质。
4、可以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为本发明实施例中水电站LCU开度模拟量分段开环控制流程图；
图2为本发明实施例中水电站LCU开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图。
具体实施方式
电厂监控系统总体层次上分为厂站层和现地控制单元层。现地控制单元层与电站控制网连接，采用现场总线技术，完成指定设备的现地监控任务。
本发明中监控系统特指的是现地控制单元层，按被控对象单元分布，由全厂各现地控制单元(LCU)构成，包括各机组LCU，厂用电LCU，公用LCU，开关站LCU及坝顶LCU。各现地控制单元(LCU)包括PLC、触摸屏、网络设备、机柜等，负责设备数据采集和处理、设备状态监视及过程监视、设备控制和调节以及设备信息通讯。
机组LCU PLC采用的是法国施耐德公司生产的Unity Quantum 67261控制器。
将本发明水电站LCU开度模拟量开环控制方法及系统应用于某电厂监控系统。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制详细过程步骤如下：
1、监控系统控制参数△D、△D1、方向系数k、限幅系数K1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。
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，进入第3步。
3、监控系统检测是否处于开度模式，若是，进入第4步；否则，采用非开度模式控制方法，返回第2步。
4、监控系统检测有功功率给定值G给定是否刷新，若是，进入第5步；否则，进入第9步。
5、监控系统根据有功功率给定值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Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤G给定≤Gy，则：
d表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
d表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)。
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(G给定-Gy-1)/(Gy-Gy-1)。进入第6步。
6、控制变量D控制赋初值D，进入第7步。
7、监控系统检测D表是否变大，若是，k＝1，进入9步；否则，进入第8步。
8、监控系统检测D表是否变小，若是，k＝-1，进入9步；否则，进入第9步。
9、监控系统检测是否∣D表-D∣≧△D1，若是，则D控制＝D控制+k*△D，△D为控制参数增减步长，进入第10步；否则，D控制＝D控制-k*△D，进入第14步。
10、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入11步；否则，进入第12步。
11、监控系统检测是否D控制>K1*D表，若是，则D控制＝K1*D表，进入第18步；否则，进入第18步。
12、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入13步；否则，进入第18步。
13、监控系统检测是否D控制<K1*D表，若是，则D控制＝K1*D表，进入第18步；否则，进入第18步。
14、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入15步；否则，进入第16步。
15、监控系统检测是否D控制<D表，若是，则D控制＝D表，进入第18步；否则，进入第18步。
16、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入17步；否则，进入第18步。
17、监控系统检测是否D控制>D表，若是，则D控制＝D表，进入第18步；否则，进入第18步。
18、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D控制，返回第2步。
本实施例的一种水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量分段开环控制结构图如图2所示，主要由查表计算模块1，循环自加模块2，限幅1模块3，循环自减模块4，限幅2模块5，选择器模块6组成。
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1模块3和限幅2模块5。
循环自加模块2监测D表变化且∣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，D控制赋初值D。循环自加模块2不断对D控制循环自加k*△D，输出D控制给限幅1模块3。
限幅模块3采集查表计算模块1输出的D表和循环自加模块2输出的D控制，对D控制进行限幅输出，若k＝1则最大值为K1*D表，若k＝-1则最小值为K1*D表。K1通常取1.4。输出导叶开度模拟量控制信号D控制给选择器模块6通道0。
循环自减模块4监测∣D表-D∣<△D1使能信号，并采集导叶开度信号D。循环自减模块4不断对D控制循环自减k*△D，输出D控制给限幅模块3。
限幅模块5采集查表计算模块1输出的D表和循环自减模块4输出的D控制，对D控制进行限幅输出，若k＝1则最小值为D表，若k＝-1则最大值为D表。输出导叶开度模拟量控制信号D控制给选择器模块6通道1。
选择器模块6监测∣D表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅1模块3和限幅2模块5输出给选择器模块6的导叶开度模拟量控制信号D控制。当∣D表-D∣<△D1不满足时，选择器模块6选择通道0，输出限幅模块3输出给选择器模块6的导叶开度模拟量控制信号D控制；当∣D表-D∣<△D1满足时，选择器模块6选择通道1，输出限幅模块5输出给选择器模块6的导叶开度模拟量控制信号D控制。选择器模块6将导叶开度模拟量控制信号D控制输出给调速器电控系统。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化监控系统控制参数△D、△D1、方向系数k、限幅系数K1及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化,进入第2步。
S2、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；
S3、监控系统检测是否处于开度模式，若是，进入步骤S4；否则，采用非开度模式控制，返回步骤S2；
S4、监控系统检测有功功率给定值G给定是否刷新，若是，进入步骤S5；否则，进入步骤S9；
S5、监控系统根据有功功率给定值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。
S6、控制变量D控制赋初值D；
S7、监控系统检测D表是否变大，若是，k＝1，进入步骤S9；否则，进入步骤S8；
S8、监控系统检测D表是否变小，若是，k＝-1，进入步骤S9；否则，直接进入步骤S9；
S9、监控系统检测是否∣D表-D∣≧△D1，若是，则D控制＝D控制+k*△D，△D为控制参数增减步长，进入步骤S10；否则，D控制＝D控制-k*△D，进入步骤S14；
S10、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤S11；否则，进入步骤S12；
S11、监控系统检测是否D控制>K1*D表，若是，则D控制＝K1*D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S12、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤S13；否则，进入步骤S18；
S13、监控系统检测是否D控制<K1*D表，若是，则D控制＝K1*D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S14、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤S15；否则，进入步骤S16；
S15、监控系统检测是否D控制<D表，若是，则D控制＝D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S16、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤S17；否则，进入步骤S18；
S17、监控系统检测是否D控制>D表，若是，则D控制＝D表，进入步骤S18；否则，直接进入步骤S18；
S18、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号D控制，返回步骤S2。
2.根据权利要求1所述的水电站LCU开度模拟量分段开环控制方法，其特征在于，步骤S5具体如下：
所述水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如下：
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
上表中，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；
若Wx-1≤w≤Wx，Gy-1≤G给定≤Gy，则：
d表y-1＝Dx-1，y-1+(Dx，y-1-Dx-1，y-1)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)；
d表y＝Dx-1，y+(Dx，y-Dx-1，y)(w-Wx-1)/(Wx-Wx-1)；
D表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(G给定-Gy-1)/(Gy-Gy-1)。
3.一种水电站LCU开度模拟量分段开环控制系统，其特征在于，包括：
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1模块和限幅2模块；
循环自加模块，用于监测D表变化且∣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，D控制赋初值D；循环自加模块不断对D控制循环自加k*△D，输出D控制给限幅1模块；
限幅1模块，用于采集查表计算模块输出的D表和循环自加模块输出的D控制，对D控制进行限幅输出，若k＝1则最大值为K1*D表，若k＝-1则最小值为K1*D表；输出导叶开度模拟量控制信号D控制给选择器模块的通道0；
循环自减模块，用于监测∣D表-D∣<△D1使能信号，并采集导叶开度信号D；循环自减模块不断对D控制循环自减k*△D，输出D控制给限幅1模块；
限幅2模块，用于采集查表计算模块1输出的D表和循环自减模块输出的D控制，对D控制进行限幅输出，若k＝1则最小值为D表，若k＝-1则最大值为D表；输出导叶开度模拟量控制信号D控制给选择器模块的通道1；
选择器模块，用于监测∣D表-D∣<△D1选择信号，并采集限幅1模块和限幅2模块输出给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D控制；当∣D表-D∣<△D1不满足时，选择器模块选择通道0，输出限幅1模块给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D控制；当∣D表-D∣<△D1满足时，选择器模块选择通道1，输出限幅2模块给选择器模块的导叶开度模拟量控制信号D控制；选择器模块将导叶开度模拟量控制信号D控制输出给调速器电控系统。
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