CN202348549U - 智能水轮机微机调速系统 - Google Patents

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魏守平
张新华
黄永强
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Abstract

本实用新型是一种智能水轮机微机调速系统，包括电源部分、控制器部分、信号输入输出部分、频率测量部分、通讯部分、电液转换部分以及外围控制系统组成，其特征在于所述控制器部分是由独立的两路电源回路控制两套完全相同的微机控制器组成，两套微机控制器互为冗余，每套微机控制器均单独控制一个电液转换部分，所述电液转换部分采用电机和比例阀两路不对称电液转换机构组成，所述外围控制系统是由试验数据采集与分析、专家库、试验数据自诊三个相互联系的子系统构成，是一种具有自强、自测、自愈、自诊功能的智能水轮机微机调速系统。

Description

智能水轮机微机调速系统
技术领域
本实用新型涉及水轮机调速器及控制，具体说是一种智能水轮机微机调速系统。
背景技术
随着20世纪70年代微电子技术的发展，水轮机调速器的发展进入了微机调速器的阶段。微机调速器从最初的单板机、单片机微机调速器(第一代)发展到现在的第二代微机调速器：PLC(可编程控制器)微机调速器、IPC(工业控制计算机)微机调速器、PCC(可编程计算机控制器)微机调速器。
智能电网以及数字化水电站是我国电力工业将来的发展方向，它的建设将集国内外的先进技术之大成，引领世界水电厂智能化的标准建设和发展方向。而水轮机智能调速器作为数字化水电站机组核心控制设备，对调节电厂机组负荷、稳定频率，保证电网的供电品质和质量极其重要。通常调速器PID的参数整定是根据调节系统对象的特征参数，利用推荐公式、仿真计算及实际经验，先选择PID参数初值，然后进行现场试验并修改调节参数。这种方法只能根据当时的工况选择1～2组较优参数，难以实现水力机组所有工况的最佳控制。
发明内容
本实用新型的目的是为满足我国数字化水电站发展及水电站核心控制设备研制的需要，提供一种智能水轮机微机调速系统。
本实用新型采取的技术方案是：一种智能水轮机微机调速系统，包括电源部分、控制器部分、信号输入输出部分、频率测量部分、通讯部分、电液转换部分以及外围控制系统组成，其特征在于所述控制器部分是由独立的两路电源回路控制两套完全相同的微机控制器组成，两套微机控制器互为冗余，每套微机控制器均单独控制一个电液转换部分。
所述电液转换部分采用电机和比例阀两路不对称电液转换机构组成。
所述外围控制系统是由试验数据采集与分析、专家库、试验数据自诊三个相互联系的子系统构成。
本实用新型的特点和有益效果是：本实用新型是一种具有自强、自测、自愈、自诊功能的智能水轮机微机调速系统：
1.自强-具有以双微机控制器和双电液转换机构为特点的系统结构，具有完善的自动/手动运行方式和无扰动的切换性能。双微机控制器采用四路测频、双探头测频、双采样传感器、双电源独立及通道间电气隔离等措施来保障系统坚强，具有先进的适应式变参数的调节及控制能力。
2.自测-能实现动态过程信息储存及性能指标计算，即实现水轮机调节系统实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的系统动态过程曲线与数表，进行调节系统动态性能指标的分析与计算。记录水轮机调节系统机组开机、空载频率扰动、接力器不动时间、甩负荷和电网一次调频等动态过程的实时数据。
3.自愈-能自动排除自身若干故障，恢复正常运行。本实用新型的微机控制器是具有模块级交叉冗余的双微机控制器(微机控制器Channel 1和Channel 2)，能在2个微机控制器不同名模块故障时，由微机控制器Channel 1的正常模块和微机控制器Channel 2的正常模块交叉构成1个非Channel 1非Channel 2的新的微机控制器，从而在微机控制器模块故障时恢复调速器的正常运行；自动判断电液转换机构故障，自动切换至另一电液转换机构恢复正常运行。
4.自诊-能自动分析水轮机调节系统动态性能，对优化调速器PID参数提供决策支持：本实用新型的外围控制系统能分析水轮机调节系统机组开机、空载频率扰动、接力器不动时间、甩负荷和电网一次调频等动态过程，确定动态过程类型，在分析系统动态过程曲线与数表的基础上，对相应的动态特性进行处理和分析，在专家库的帮助下，提供相应的辅助决策支持，指出水轮机微机调速器PID调节参数优化的方向和数值。
附图说明
图1是本实用新型实施例的调速器部分电气原理总图；
图2是本实用新型实施例的外围控制系统结构示意图。
图中标号分别表示：1-电源部分，2-控制器部分，3-信号输入输出部分，4-频率测量部分，5-通讯部分，6-电液转换部分，7-试验数据采集与分析，8-试验数据自诊，9-专家库。
具体实施方式
图1所示为本实用新型智能水轮机微机调速系统的调速器部分电气原理总图，主要由电源部分1、控制器部分2、信号输入输出部分3、频率测量部分4、通讯部分5和电液转换部分6组成，其中：
电源部分1：采用交直流共同供电的方式，系统接收外部两路交流及一路直流电源，其中一路交流专门用于调速器电气控制柜内辅助设备(如柜内照明灯、风扇、插座等)供电，另外一路交流和一路直流电源经电源板整流滤波后输出直流电源，然后再经开关电源得到调速器电气控制柜内所需的24V、12V或5V直流电源，并对双微机控制器Channel 1和Channel 2独立供电。
控制器部分2：是由独立的两路电源回路控制两套完全相同的微机控制器Channel 1和Channel 2组成，微机控制器主要包括CPU模块、电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、高速计数模块等，两套微机控制器互为冗余，具有模块级交叉冗余的功能。每套微机控制器均单独控制一个电液转换部分。
信号输入输出部分3：信号输入输出回路具有隔离作用，每个开关量输入点在进入控制器之前均经过输入信号快速转换板的隔离，开关量输出点从控制器输出均经过输出信号快速转换板的隔离。输入信号快速转换板主要实现16路开关量输入，经光电隔离后输出两通道、每通道16个开关量，分别送到Channel 1和Channel 2微机控制器的开关量输入模块；输出信号快速转换板具有两通道、每通道8个开关量输入，分别将Channel 1和Channel 2的开关量输出模块的开关量经光电隔离后输出8个常开开关量和8个常开常闭可选开关量。
频率测量部分4：采用四路频率测量，两路残压测频及双探头测频互为主备用。
通讯部分5：提供多种通讯方式，可采用以太网或者RS 485通讯口。
电液转换部分6：采用电机和比例阀两路不对称的电液转换机构。
图2所示为本实用新型微机调速系统的自诊专家库系统软件结构示意图，它是同属于本微机调速系统的外围控制系统，包括试验数据采集与分析7、试验数据自诊8、专家库9等三个相互联系的子系统。其中：
试验数据采集与分析7子系统用于进行调速器静、动态试验，记录及分析试验数据，并形成试验报告，该子系统包含如下试验功能：①调速器静态特性试验；②水轮发电机组开、停机过程试验；③调速系统手动工况和自动工况下空载频率摆动值测定；④水轮机调速系统空载扰动试验；⑤水轮发电机组负荷调整(增、减)试验；⑥水轮机调速器接力器不动时间检测试验；⑦水轮机调速系统甩100％负荷时动态过程记录及调节时间tp和波动次数等动态特性指标检测；⑧双调机组的协联曲线测定试验；⑨一次调频相关试验；⑩用户定义的其它试验(示波器功能)等。
试验数据采集与分析7子系统包括人机界面、数据通讯、数据处理、数据报表等模块。人机界面模块提供系统和用户的交互，是主线程，用户能通过界面对试验进行控制，监视调速器的实时数据，同时可以进行历史试验的查询、报表打印等。其他的模块产生一些并发执行的线程，其中数据通讯优先级最高，以保证数据的准确性。数据通讯模块以通讯驱动方式实现，既保证了系统的可扩展性，又能够支持基于不同通讯规约、通讯介质的调速器系统，如Modbus Rtu、Modbus TCP/IP等。用户可以根据实际情况选择对应的通讯驱动，并可根据开放的接口规范自行编写通讯驱动程序。数据处理模块在试验过程中对缓冲区中的数据进行处理，试验完成后对数据进行分析并保存成文件，并将相关试验结果发送给试验数据自诊8子系统用于专家决策。数据报表模块用于形成完整的试验曲线、结果及专家决策报表，用户可以查询并打印数据报表。
专家库9子系统基于数据库技术，收集了众多水轮机调速系统的现场试验资料和仿真结果，建立了较为全面和系统的专家决策库，为用户解决工程实际问题提供直观、清晰和快速的决策支持。例如：将水轮机调速系统动态特性，划分为迟缓型(S型)、优良型(B型)和震荡型(O型)等三个有代表性的典型动态过程，确定了典型动态特性和水轮机调节系统参数之间的关系。
试验数据自诊8子系统用于对试验结果数据进行诊断并给出参数整定建议。本子系统接收试验数据采集与分析7子系统传递的试验结果数据后，基于专家库9子系统对试验数据进行分析，并将形成的专家决策传递给试验数据采集与分析7子系统。专家库9子系统和试验数据自诊8子系统可以结合试验数据采集与分析7子系统一起使用，也可单独使用。用户可以通过手动输入试验数据从专家库9子系统中获取专家决策。

Claims (3)

1.一种智能水轮机微机调速系统，包括电源部分(1)、控制器部分(2)、信号输入输出部分(3)、频率测量部分(4)、通讯部分(5)、电液转换部分(6)以及外围控制系统组成，其特征在于所述控制器部分(2)是由独立的两路电源回路控制两套完全相同的微机控制器组成，两套微机控制器互为冗余，每套微机控制器均单独控制一个电液转换部分(6)。
2.根据权利要求1所述的智能水轮机微机调速系统，其特征在于所述电液转换部分(6)采用电机和比例阀两路不对称电液转换机构组成。
3.根据权利要求1或2所述的智能水轮机微机调速系统，其特征在于所述外围控制系统是由试验数据采集与分析(7)、专家库(9)、试验数据自诊(8)三个相互联系的子系统构成。
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