利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路及方法技术方案

本发明专利技术公开了利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路及方法，涉及水轮发电系统的调速控制技术。本发明专利技术技术要点包括调压井水位反馈回路；调压井水位反馈回路用于当系统中出现较大水压扰动时，机组调速系统可以根据调压井中的水位反馈信号，对调速系统输出进行补偿控制；从而实现对系统水压波动的抑制，避免水压上升过快引起的系统震荡现象，增强系统的能控性，从而实现系统过渡过程的稳定。

【技术实现步骤摘要】
利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路及方法
本专利技术涉及水轮发电
，尤其是一管多机发电系统的控制方法。
技术介绍
参见图1，一管多机(指一根引水总管分别给几台发电机组供水的水力发电系统，如附图1)水轮发电系统的工作原理是通过引水廊道、调压井将水库中水引入各个压力钢管，最后到达各个水轮发电机，水力推动水轮发电机的转子转动进而发电。各个发电机分别对应一台调速器，调速器接收控制信号并据其控制发电机导叶的开度进而改变推动发电机转子的水流量，最后达到控制发电机发电功率的目的。在发电过程中，如果某个发电机出现甩负荷或者负荷大范围波动时，将会引起引水系统内水压出现大范围波动，由于一管多机系统通常具有较长的引水管道，从而产生较强的水击现象；当水击在引水系统中传播时，根据水轮机数学方程和水轮机转矩方程：式中：J-机组转动部分的惯性矩(kg·m2)；ω-机组转动角速度(rad/s)；Mt-水轮机转矩(N·m)；Mg-发电机负荷阻力矩(负载转矩)(N·m)；Q-通过水轮机的流量(m3/s)；H-水轮机净水头(m)；η-水轮机效率；ρ-水的密度(g/m3)。机组甩负荷时会引起系统水压(对应式(2)中净水头H)的大范围波动甚至震荡，从式(2)可以看出水头H的大范围波动会引起水轮机转矩Mt出现大范围波动甚至震荡；而Mt的波动或震荡将直接引起机组负荷阻力矩Mg或者机组转速ω的波动和震荡，参见公式(1)，危害系统安全运行。调压井在一定程度上可以抑制机组甩负荷来带的震荡，目前对于一管多机系统的调压井断面面积选择一般套用托马准则，即公式(3)，没有考虑其他机组对系统稳定的影响；所以现有的一管多机系统，调压井一般都需要很大的工程开挖量，会成比例的增加整个水电站的建设投资。根据托马临界断面积公式：式中：At-引水廊道断面积；Lt-引水廊道长度；H0-净水头；α-水库到调压井之间的水头损失系数；ht-引水廊道水头损失；hp-压力钢管水头损失；g-重力加速度。
技术实现思路
本专利技术针对一管多机系统，如图1所示，在机组调速系统中引入调压井水位反馈，通过引入水位(水压)反馈，使系统在出现大幅水压波动时，系统中其他机组可以根据水压波动强度，对其调速系统输入的控制信号输出进行补偿，这时当一台机组甩负荷时，其他机组会对压力波动起到迅速疏导作用，抑制系统水压波动以及系统震荡；使系统可以稳定安全运行。本专利技术提供的利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路，包括调压井水位反馈回路；调压井水位反馈回路用于输出反应调压井水位高低的反馈信号，所述反馈信号和水轮发电系统的调速器输出的控制信号进行叠加，得到最终的调速控制信号。进一步，所述调压井水位反馈回路包括去噪环节、惯性环节、减法器、信号处理单元及调节限幅单元；所述去噪环节的输入端与惯性环节的输入端均与调压井中的水位传感器连接；去噪环节的输出端与减法器的第一输入端连接，惯性环节的输出端与减法器的第二输入端连接，信号处理单元的输出端与减法器的第三输入端连接；减法器用于从去噪环节的输出信号中减去惯性环节的输出信号及信号处理单元的输出信号；减法器的输出端与信号处理单元的输入端连接；信号处理单元的输出端与调节限幅单元的输入端连接；所述信号处理单元用于对输入信号进行PID运算或者PI运算；所述调节限幅单元用于判断信号处理单元的输出信号是否超过设定范围，若超过则将信号处理单元的输出信号进行限制后再输出，若不超出则直接将信号处理单元的输出信号输出。进一步，所述调节限幅单元用于判断信号处理单元输出的信号是否在[a，b]之间，若在则直接将信号处理单元输出的信号输出，若信号处理单元输出的信号小于a，则输出a，若信号处理单元输出的信号大于b，则输出b。进一步，所述a取1％，b取5％。本专利技术还提供了一种利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制方法，包括调压井水位反馈控制方法；将调压井水位反馈控制方法得到的反应调压井水位高低的反馈信号与水轮发电系统的调速器输出的控制信号叠加后再作为最终的调速控制信号。进一步，所述调压井水位反馈控制方法包括：去噪步骤，去除调压井中的水位传感器的输出信号中的噪声；惯性步骤，根据调压井中的水位传感器的输出信号实时跟踪调压井中的稳定水位；减法步骤，计算去噪步骤的结果与惯性步骤、信号处理步骤结果的差值；信号处理步骤，对减法步骤的结果进行PID运算或者PI运算；调节限幅步骤，判断信号处理步骤的输出结果是否大于设定范围，若超过则将信号处理步骤的结果进行限制后再输出，若不超出则直接将信号处理步骤的结果直接输出。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、当系统中出现一台发电机甩负荷或者负荷大范围波动时，其他机组可以根据回路补偿信号对系统波动进行疏导，起到抑制波动的作用，提高系统稳定性。2、有效减少系统水击强度提高时系统过渡过程稳定性，从而减小系统过渡过程对调压井调节能力的依赖，可以减小调压井的直径，大幅降低工程造价。3、打破了一管多机水轮发电系统中各机组间的正相关特性，通过适当的调节参数可以使其他机组和甩负荷机组间产生负相关，对系统波动产生抑制作用，使系统将变成一个更加鲁棒，更加稳定的系统。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为一管多机水轮发电系统示意图。图2为本法中调压井水位反馈回路原理框图。图3为加入调压井水位反馈回路的一管多机水轮发电系统仿真图。图4～图6为仿真效果图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。装置实施例如图2所示，本专利技术中的调压井水位反馈回路，包括去噪环节、惯性环节、减法器、信号处理单元及调节限幅单元。所述去噪环节的输入端与惯性环节的输入端均与调压井中的水位传感器连接。在一个具体实施例中，去噪环节为一个低通滤波器，用于滤除调压井水位传感器输出信号中的高频噪声。惯性环节用于根据水位传感器输出的水位信号跟踪调压井的稳定水位。去噪环节的输出端与减法器的第一输入端连接，惯性环节的输出端与减法器的第二输入端连接，信号处理单元的输出端与减法器的第三输入端连接；减法器用于从去噪环节的输出信号中减去惯性环节的输出信号及信号处理单元的输出信号，得到引入具有反馈的调压井水位变化值。减法器的输出端与信号处理单元的输入端连接；信号处理单元的输出端与调节限幅单元的输入端连接；所述信号处理单元根据调压井水位变化情况计算反馈补充强度，一个具体实施例中，信号处理单元采用传统的PID算法对输入信号进行处理，得到补偿控制信号。在其他实施例中，信号处理单元还可以采用PI算法对输入信号进行处理，得到补偿控制信号。考虑到，信号处理单元输出的信号可能会过大从而引起系统控制过程中的不稳定问题，因此还需要加入调节限幅单元，用于判断信号处理单元的输出信号是否超过设定范围，若超过则将信号处理单元的输出信号进行限制后再输出，若不超出则直接将信号处理单元的输出信号输出。在其他具体实施例中，所述调节限幅单元用于判断信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路，其特征在于，包括调压井水位反馈回路；调压井水位反馈回路用于实现对调压井水位信号的处理，并输出补偿信号，补偿信号和水轮发电系统的调速器输出的控制信号进行叠加，得到最终的调速控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路，其特征在于，包括调压井水位反馈回路；调压井水位反馈回路用于实现对调压井水位信号的处理，并输出补偿信号，补偿信号和水轮发电系统的调速器输出的控制信号进行叠加，得到最终的调速控制信号。2.根据权利要求1所述的控制回路，其特征在于，所述调压井水位反馈回路包括去噪环节、惯性环节、减法器、信号处理单元及调节限幅单元；所述去噪环节的输入端与惯性环节的输入端均与调压井中的水位传感器连接；去噪环节的输出端与减法器的第一输入端连接，惯性环节的输出端与减法器的第二输入端连接，信号处理单元的输出端与减法器的第三输入端连接；减法器用于从去噪环节的输出信号中减去惯性环节的输出信号及信号处理单元的输出信号；减法器的输出端与信号处理单元的输入端连接；信号处理单元的输出端与调节限幅单元的输入端连接；所述信号处理单元用于对输入信号进行PID运算或者PI运算；所述调节限幅单元用于判断信号处理单元的输出信号是否超过设定范围，若超过则将信号处理单元的输出信号进行限制后再输出，若不超出则直接将信号处理单元的输出信号输出。3.根据权利要求2所述的控制回路，其特征在于，所述调节限幅单元用于判断信号处理单元输出的信号是否在[a，b]之间，若在则直接将信号处理单元输出的信号输出，若信号处理单元输出的信号小于a...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军科，邬廷军，曹维福，
申请(专利权)人：东方电机控制设备有限公司，东方电气集团东方电机有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51