CN117145689A - 独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，通过机组水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，统一采用一次调频开度目标值计算叠加方法，计算出一次调频开度目标值，并在功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1或开度给定yc上叠加一次调频开度目标值，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值，旨在统一一次调频开度目标值，实现统一的一次调频性能效果。
Description
技术领域
本发明涉及水电站自动控制技术领域，特别是一种独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法。
背景技术
水力发电过程中，水轮机调节系统需要精准完成机组的转速调节、开度调节及功率调节等重要核心任务，调速器通常具有频率模式、开度模式、功率模式三种控制模式。传统调速器频率模式下，采用并联PID调节规律，根据频率给定值与机组频率值的差值作为PID控制器输入，由PID计算出导叶开度值将导叶开启到与频率给定对应的开度，维持机组频率在一定范围内。传统调速器功率模式一次调频控制模型结构采用并联PID调节规律，它根据频率给定与机组频率之间的差值(考虑频率死区)换算成一次调频功率目标值，然后与功率给定值与实际功率值之间偏差叠加，考虑功率死区后作为PID模块输入，由PID模块计算出PID导叶开度给定值Ypid，通过液压随动系统将导叶调节到功率目标值(一次调频功率目标值和机组功率给定值之和)对应的开度。传统调速器功率模式一次调频控制模型结构如图1所示。传统调速器开度模式一次调频控制模型结构采用PI调节规律，它根据开度给定值与导叶实际开度之间的偏差，经过永态转差系数Bp换算后，同频率给定值与机组频率的差值(考虑频率死区)叠加后，输入开度PID模块，由PID模块计算出PID导叶开度给定值Ypid，通过液压随动系统将导叶调节到开度目标值(一次调频开度目标值和机组开度给定值之和)。传统调速器开度模式一次调频控制模型结构如图2所示。
采用传统的控制模型，当机组频率超过一次调频死区时，调速器功率模式一次调频功率目标值和开度模式一次调频开度目标值通常不一致，导致两种控制模式下一次调频的性能不相同，特别是调节过程贡献的积分电量差异明显，而电网对两种控制模式下一次调频的性能要求是相同且统一的。此外，电网对通常的机组有功功率和开度调节性能要求与一次调频性能要求不尽相同，传统的控制模型难以达到这个效果。
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独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，本发明保证了机组和电网的安全稳定优质运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，包括：
通过机组水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，统一采用一次调频开度目标值计算叠加方法，计算出一次调频开度目标值，并在功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1或开度给定yc上叠加一次调频开度目标值，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值。
作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：
S1、初始化控制参数Ep、bp、Ef，以及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表的数据；其中，Ep为频率差值转换为功率差值的系数，即功率差值系数；bp为永态转差系数；Ef为频率死区；
S2、调速器控制器采集机组功率Pg，功率给定Pc，开度给定yc，机组频率fg，频率给定fc，机组水头w；
S3、调速器控制器检测调速器是否处于频率模式，若是，将考虑频率死区的频率给定值与机组频率值的差值输入开度PID模块运算，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，输出给液压随动系统，返回S2；否则，进入S4；
S4、调速器控制器计算一次调频功率目标值Pyctp；
S5、调速器控制器检测调速器是否处于功率模式，若是，将一次调频功率目标值Pyctp叠加到功率给定Pc和机组功率Pg的差值上，进入功率PID运算，进入S6；否则，直接进入S6；
S6、调速器控制器根据机组功率Pg，一次调频功率目标值P yctp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，计算一次调频开度目标值Yyctp；
S7、调速器控制器检测调速器是否处于功率模式，若是，将一次调频开度目标值Yyctp叠加到功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1上，与机组开度y的差值经过永态转差系数bp换算后，进入开度PID模块，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，输出给液压随动系统，返回S2；否则，进入S8；
S8、调速器控制器检测调速器是否处于开度模式，若是，将一次调频开度目标值Yyctp叠加到开度给定yc上，与机组开度y的差值经过永态转差系数bp换算后，进入开度PID模块，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值Y yctp，输出给液压随动系统，返回S2；否则，直接返回S2。
作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，计算一次调频功率目标值Pyctp方法如下：
若fc-fg>Ef,则Pyctp＝(fc-fg-Ef)/Ep；若fc-fg<-Ef,则Pyctp＝(fc-fg+Ef)/Ep；
若|fc-fg|≤Ef，则Pyctp＝0。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，水头、有功功率与导叶开度一一对应表如下：
| 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、x1、x2、y、y1、y2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。
作为本发明的进一步改进，在步骤S6中，计算一次调频开度目标值Yyctp方法如下：
若Wx1-1≤w≤Wx1，Gy1-1≤Pg≤Gy1，则：
d表y1-1＝Dx1-1，y1-1+(Dx1，y1-1-Dx1-1，y1-1)(w-Wx1-1)/(Wx1-Wx1-1)；
d表y1＝Dx1-1，y1+(Dx1，y1-Dx1-1，y1)(w-Wx1-1)/(Wx1-Wx1-1)；
D表1＝d表y1-1+(d表y1-d表y1-1)(Pg-Gy1-1)/(Gy1-Gy1-1)；
即可求出机组水头w，功率Pg对应的开度Yw,pg＝D表1＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(Pg-Gy-1)/(Gy-Gy-1)；
若Wx2-1≤w≤Wx2，Gy2-1≤Pg+Pyctp≤Gy2，则：
d表y2-1＝Dx2-1，y2-1+(Dx2，y2-1-Dx2-1，y2-1)(w-Wx2-1)/(Wx2-Wx2-1)。
d表y2＝Dx2-1，y2+(Dx2，y2-Dx2-1，y2)(w-Wx2-1)/(Wx2-Wx2-1)。
D表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(Pg+Pyctp-Gy2-1)/(Gy2-Gy2-1)；
同理可求出机组水头w，功率Pg+Pyctp对应的开度Yw,pg+pyctp＝D表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(Pg-Gy2-1)/(Gy2-Gy2-1)；则Yyctp＝Yw,pg+pyctp-Yw,pg。
本发明的有益效果是：
本发明在水轮机调速器控制器传统控制模型结构基础上进行优化，通过机组水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，统一采用一次调频开度目标值计算叠加方法，计算出一次调频开度目标值，并在功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1或开度给定yc上叠加一次调频开度目标值，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值，旨在统一一次调频功率和开度目标值，实现统一的一次调频性能效果，同时提高一次调频开度和功率调节速度和调节过程贡献的积分电量，以满足电网对水电机组的一次调频性能要求，而且不对通常的机组有功功率调节性能产生影响，避免调节速度太快导致电网低频振荡。既统一精简优化调速器三种控制模式下通用控制模型结构，同时又统一提高了开度和功率两种控制模式下一次调频的性能，特别是统一了调节过程贡献的积分电量，保证机组和电网的安全稳定优质运行。
附图说明
图1为传统调速器功率模式一次调频控制模型结构图；
图2为传统调速器开度模式一次调频控制模型结构图；
图3为本发明实施例中独立加快一次调频响应速度的调速器通用控制模型结构图；
图4为本发明实施例中独立加快一次调频响应速度的调速器通用控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
一种水轮发电机组调速器电控系统包括调速器接力器位移传感器，调速器测频装置，功率变送器，水位传感器，调速器控制器，监控系统。
调速器接力器位移传感器，用于采集测量机组导叶开度反馈信号y；调速器接力器位移传感器采用MTS品牌型号为RP-S-1200M-D60-1-A01的接力器位移传感器。
调速器测频装置，用于采集测量机组频率信号fg，调速器测频装置采用B&R品牌型号为PCC2003的控制器，CPU模块型号为7CP476.60-1。
功率变送器，用于采集测量机组功率信号Pg。
水位传感器，用于采集测量机组水头w。
所述调速器接力器位移传感器、调速器测频装置、功率变送器、水位传感器均连接控制器，控制器连接监控系统。
调速器控制器，接受监控系下发的远方控制指令，包括开度给定、功率给定命令；接受调速器接力器位移传感器采集测量的机组导叶开度反馈信号；接受调速器测频装置采集测量的机组频率信号；接受功率变送器采集测量的机组功率信号；接受水位传感器采集测量机组水头信号。
调速器控制器，采用本发明一种调速器控制方法，对水轮发电机组水力发电过程进行控制。
调速器控制器采用B&R品牌型号为PCC2005的控制器，CPU模块型号为3CP380.60-1。
监控系统，向调速器控制器发出远方控制指令，包括开度给定、功率给定命令。
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。上述设备包括调速器电控系统设备。
将本发明独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法应用于某电站调速器电控系统。
独立加快一次调频响应速度的调速器通用控制模型结构图如图3所示，其在水轮机调速器控制器传统控制模型结构基础上进行优化，通过机组水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，统一采用一次调频开度目标值计算叠加方法，计算出一次调频开度目标值，并在功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1或开度给定yc上叠加一次调频开度目标值，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值。
如图4所示，一种独立加快一次调频响应速度的调速器通用控制方法如下：
S1、控制参数Kf、Kpg、Ky、Ep、bp、Ef、Epg，水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化，进入第S2。
控制参数Kf为频率采样值转换为计算码值转换系数；控制参数Kpg为功率采样值转换为计算码值转换系数；控制参数Ky为开度采样值转换为计算码值转换系数；控制参数Ep为频率差值转换为功率差值的系数，即功率差值系数；控制参数bp为永态转差系数；控制参数Ef、Epg分别为频率死区和功率死区。
S2、调速器控制器采集机组功率Pg，功率给定Pc，开度给定yc，机组频率fg，频率给定fc，机组水头w,进入S3。
S3、调速器控制器检测调速器是否处于频率模式，若是，将频率给定值与机组频率值的差值(考虑频率死区)输入开度PID模块运算，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，输出给液压随动系统，返回S2；否则，进入S4。
S4、调速器控制器计算一次调频功率目标值P yctp，进入S5。
S5、调速器控制器检测调速器是否处于功率模式，若是，将一次调频功率目标值Pyctp叠加到功率给定Pc和机组功率Pg的差值上，进入功率PID运算，进入S6；否则，直接进入S6。
S6、调速器控制器根据机组功率Pg，一次调频功率目标值P yctp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，计算一次调频开度目标值Y yctp，进入S7。
S7、调速器控制器检测调速器是否处于功率模式，若是，将一次调频开度目标值Yyctp叠加到功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1上，与机组开度y的差值经过永态转差系数bp换算后，进入开度PID模块，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值Y yctp，输出给液压随动系统，返回S2；否则，进入S8。
S8、调速器控制器检测调速器是否处于开度模式，若是，将一次调频开度目标值Yyctp叠加到开度给定yc上，与机组开度y的差值经过永态转差系数bp换算后，进入开度PID模块，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值Y yctp，输出给液压随动系统，返回S2；否则，直接返回S2。
S4中，计算一次调频功率目标值P yctp方法如下：
若fc-fg>Ef,则P yctp＝(fc-fg-Ef)/Ep；若fc-fg<-Ef,则P yctp＝(fc-fg+Ef)/Ep；
若|fc-fg|≤Ef，则Pyctp＝0。
S6中，计算一次调频开度目标值Yyctp方法如下：
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、x1、x2、y、y1、y2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Wx1-1≤w≤Wx1，Gy1-1≤Pg≤Gy1，则
d表y1-1＝Dx1-1，y1-1+(Dx1，y1-1-Dx1-1，y1-1)(w-Wx1-1)/(Wx1-Wx1-1)。
d表y1＝Dx1-1，y1+(Dx1，y1-Dx1-1，y1)(w-Wx1-1)/(Wx1-Wx1-1)。
D表1＝d表y1-1+(d表y1-d表y1-1)(Pg-Gy1-1)/(Gy1-Gy1-1)；
即可求出机组水头w，功率Pg对应的开度Yw,pg＝D表1＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(Pg-Gy-1)/(Gy-Gy-1)
若Wx2-1≤w≤Wx2，Gy2-1≤Pg+Pyctp≤Gy2，则
d表y2-1＝Dx2-1，y2-1+(Dx2，y2-1-Dx2-1，y2-1)(w-Wx2-1)/(Wx2-Wx2-1)。
d表y2＝Dx2-1，y2+(Dx2，y2-Dx2-1，y2)(w-Wx2-1)/(Wx2-Wx2-1)。
D表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(Pg+Pyctp-Gy2-1)/(Gy2-Gy2-1)；
采用相同方法可求出机组水头w，功率Pg+Pyctp对应的开度Yw,pg+pyctp＝D表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(Pg-Gy2-1)/(Gy2-Gy2-1)。
则Yyctp＝Yw,pg+pyctp-Yw,pg。
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 (5)
1.一种独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，其特征在于，包括：
通过机组水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，统一采用一次调频开度目标值计算叠加方法，计算出一次调频开度目标值，并在功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1或开度给定yc上叠加一次调频开度目标值，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值。
2.根据权利要求1所述的独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、初始化控制参数Ep、bp、Ef，以及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表的数据；其中，Ep为频率差值转换为功率差值的系数，即功率差值系数；bp为永态转差系数；Ef为频率死区；
S2、调速器控制器采集机组功率Pg，功率给定Pc，开度给定yc，机组频率fg，频率给定fc，机组水头w；
S3、调速器控制器检测调速器是否处于频率模式，若是，将考虑频率死区的频率给定值与机组频率值的差值输入开度PID模块运算，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，输出给液压随动系统，返回S2；否则，进入S4；
S4、调速器控制器计算一次调频功率目标值Pyctp；
S5、调速器控制器检测调速器是否处于功率模式，若是，将一次调频功率目标值Pyctp叠加到功率给定Pc和机组功率Pg的差值上，进入功率PID运算，进入S6；否则，直接进入S6；
S6、调速器控制器根据机组功率Pg，一次调频功率目标值Pyctp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，计算一次调频开度目标值Yyctp；
S7、调速器控制器检测调速器是否处于功率模式，若是，将一次调频开度目标值Yyctp叠加到功率PID模块计算出的功率PID导叶开度给定值Ypid1上，与机组开度y的差值经过永态转差系数bp换算后，进入开度PID模块，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，输出给液压随动系统，返回S2；否则，进入S8；
S8、调速器控制器检测调速器是否处于开度模式，若是，将一次调频开度目标值Yyctp叠加到开度给定yc上，与机组开度y的差值经过永态转差系数bp换算后，进入开度PID模块，计算出开度PID导叶开度给定值Ypid2，同时在开度PID模块计算出的开度PID导叶开度给定值Ypid2上叠加一次调频开度目标值Yyctp，输出给液压随动系统，返回S2；否则，直接返回S2。
3.根据权利要求2所述的独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，其特征在于，在步骤S4中，计算一次调频功率目标值Pyctp方法如下：
若fc-fg>Ef,则Pyctp＝(fc-fg-Ef)/Ep；若fc-fg<-Ef,则Pyctp＝(fc-fg+Ef)/Ep；
若|fc-fg|≤Ef，则Pyctp＝0。
4.根据权利要求2所述的独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，其特征在于，在步骤S1中，水头、有功功率与导叶开度一一对应表如下：
上表中，p、q、x、x1、x2、y、y1、y2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。
5.根据权利要求4所述的独立加快一次调频响应速度的调速器控制方法，其特征在于，在步骤S6中，计算一次调频开度目标值Yyctp方法如下：
若Wx1-1≤w≤Wx1，Gy1-1≤Pg≤Gy1，则：
d表y1-1＝Dx1-1，y1-1+(Dx1，y1-1-Dx1-1，y1-1)(w-Wx1-1)/(Wx1-Wx1-1)；
d表y1＝Dx1-1，y1+(Dx1，y1-Dx1-1，y1)(w-Wx1-1)/(Wx1-Wx1-1)；
D表1＝d表y1-1+(d表y1-d表y1-1)(Pg-Gy1-1)/(Gy1-Gy1-1)；
即可求出机组水头w，功率Pg对应的开度Yw,pg＝D表1＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(Pg-Gy-1)/(Gy-Gy-1)；
若Wx2-1≤w≤Wx2，Gy2-1≤Pg+Pyctp≤Gy2，则：
d表y2-1＝Dx2-1，y2-1+(Dx2，y2-1-Dx2-1，y2-1)(w-Wx2-1)/(Wx2-Wx2-1)。
d表y2＝Dx2-1，y2+(Dx2，y2-Dx2-1，y2)(w-Wx2-1)/(Wx2-Wx2-1)。
D表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(Pg+Pyctp-Gy2-1)/(Gy2-Gy2-1)；
同理可求出机组水头w，功率Pg+Pyctp对应的开度Yw,pg+pyctp＝D表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(Pg-Gy2-1)/(Gy2-Gy2-1)；则Yyctp＝Yw,pg+pyctp-Yw,pg。
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