本发明专利技术属于水电站运行控制技术领域，其特征在于该调节器是在对机组转速按ＰＩＤ规律进行调节的基础上，再将需要反馈的水位经ＰＩＤ运算与之并联共同作用于机组接力器进行调节。并以设定的该梯级电站系统的永态转差系数与该梯级串联电站中所有运行机组的功率的总和（即总功率）的偏差相对值之积与转速偏差相对值作比较，该比较量用以确定转速的静态误差，从而使该梯级串联电站总功率与联合调节系统稳态频率（转速）之间具有一一对应的关系，以实现电力系统对该串联电站的负荷分配。而机组间的出力分配，通过保证站间流量平衡的调节来实现。
Double PID parallel control regulator for combined operation of cascade power stations
The invention belongs to the technical field of hydropower station operation control, which is characterized in that the regulator is in the speed regulation based on PID rules, then require the feedback level after the PID operation and the parallel work together to control the relay unit. And the permanent state of the cascade hydropower system set slip coefficient and the sum of the cascade power station in the operation of all units (i.e. total power) the relative value of the product and the deviation of the speed deviation of relative value comparison, the comparison with the static error to determine the speed, so that the cascaded total power the United Power Station and regulating system steady frequency (speed) of the corresponding relations, in order to achieve the series load distribution of the power station power system. The output allocation between the units is ensured by the adjustment of the flow balance between stations.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水电站运行控制
技术介绍
目前，水电站的调节系统均对每台机组单独采用PID调速器，在电力系统的负荷发生变化、机组转速出现偏差时进行调节，相应改变机组流量，使改变后的水轮机水力矩与发电机负荷阻力矩达到新的平衡，以维持频率(机组转速)在规定的范围内。常规电站由于站前库容大，在受到负荷干扰后进行频率调节时，可以认为水库水位不变，每台机组单独采用PID调速器，根据负荷变化，调节机组的导水机构，使水轮机流量作相应变化，以保持机组转速稳定，保证频率稳定在电力系统要求的范围内。由于电站前有较大缓冲库容，电站的调节对于流域内其他电站的运行影响很小，只要合理调度，各电站即可充分利用水能资源并安全运行。近年来随着西部开发和国家建设对能源需求的增长，西南的各江河流域都在大力开发水电资源。目前在我国，特别是西部的河流上规划了一些电站间没有调节库容仅用明渠和管道连接或者调节库容很小的梯级电站，该类电站系统运行中各级电站彼此间影响较大，可以称为半开式梯级串联电站。由于电站之间的可调节库容小或者没有可调节库容，在受到负荷干扰以后不仅要进行频率的调节，也要进行串联电站间的流量平衡调节。对于站前调节库容小或者没有调节库容的半开式梯级串联电站，采用常规水电站的调节方式，当各级电站的机组采用独立的PID调速器控制机组时，由于PID调速器只能反馈机组转速，因此只能在机组转速发生偏差的情况下进行转速调节，对于系统的流量平衡却不能做出贡献。这种控制方式虽然在短时间能调整转速，但不能保证各级电站的总流量相等，不能改变站间流量不平衡的情况。在此情况下，由于站间库容小或者没有调节库容，电站间的水库或明渠的水位因其进出流量的持续不平衡而导致水面不能稳定，将出现缓慢的持续下降或上升，其快慢取决于上下游电站间流量差以及调节库容的大小，最终将导致站间水库或明渠出现溢流或漏底的情况，不能使电站稳定运行。由于该类梯级串联电站调节目标的特殊性，即在电站受到负荷干扰以后不仅要进行频率调节，也要进行串联电站间的水位控制(流量平衡)调节，而传统的PID调速器为单输入/单输出闭环控制系统，在这种系统中，只关心输出结果一个量(被调节量)，因此，传统的PID调速器不能满足该类串联电站系统的稳定性及动态品质的要求。本课题组针对半开式梯级串联电站的特点，采用双PID并联调节器，即将需要反馈的水位值通过PID运算后与转速的PID控制信号并联作用于机组接力器，从而建立半开式梯级串联电站的联合运行双PID并联调节系统，在半开式梯级串联电站系统联合运行、联合调节的情况下，以该串联电站群为整体对电网输送电力，在电网负荷变化时，同时调节该系统中机组转速和站间流量平衡，实现系统的稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能同时进行流量调节和转速调节以能使整个串联电站群的总负荷在站间流量平衡基础上进行分配的梯级串联电站联合运行控制的调节器。本专利技术的特征在于梯级串联电站联合运行双PID并联控制调节器，其特征在于，该调节器是设置在所述梯级串联电站中的每一台机组i上的用于计算水轮机组调整规律的数字计算机或数字集成电路芯片，设n是该梯级串联电站内机组的总台数，i为机组序号，在所述的每一数字集成电路或数字计算机上设有第1比较器、转速PID控制环节、水位PID控制环节、第2比较器、第1积分运算环节、第3比较器及第2积分运算环节，其中第1比较器，有1个，该比较器有以下2个输入信号x，转速偏差相对值，等于机组转速和系统稳态运行时机组额定转速的偏差值相对于系统稳态运行时机组额定转速的比值，通过机组的测频电路获得；bpP，其中，P为该梯级串联电站所有运行机组总功率的偏差相对值，P=(Σi=1mpi-p)/p,]]>等于整个梯级串联电站运行机组的总功率与整个梯级串联电站系统额定总功率p的偏差值相对于整个梯级串联电站系统额定总功率p的比值，通过机组的功率测量回路得到；pi为该串联电站第i台机组出力，bp为整个梯级串联电站联合运行系统的永态转差系数，是一设定值，其范围为0～0.08；转速PID控制环节，有n个，每个环节输入端与所述相应的第1比较器的输出端相连，以进行KPxi+KIxis+KDxis1+TDxis]]>运算，其中，KPxi为转速PID控制环节比例系数，KIxi为转速PID控制环节积分系数，KDxi为转速PID控制环节微分系数，TDxi为转速PID控制环节微分时间常数，单位为s；水位PID控制环节，有n个，每个环节输入信号为hi，hi是机组i的相应需要反馈的水位偏差相对值，等于测点水位与该点的目标水位的偏差值和设定的基准水位的比值，其中，目标水位为控制所要求该处水位的最终稳态值，基准水位为选取的系统中水位的基准值；以进行KPhi+KIhis+KDhis1+TDhis]]>运算，其中，KPhi为水位PID控制环节比例系数，KIhi为水位PID控制环节积分系数，KDhi为水位PID控制环节微分系数，TDhi为水位PID控制环节微分时间常数，单位为s；第2比较器，有n个，每个比较器有3个输入信号，其中两个为相应转速PID控制环节的输出；相应水位PID控制环节的输出；第1积分运算环节，有n个，每个环节输入端与所述相应的第2比较器的输出端相连，对输入信号进行 运算，其中，Tmi为机组i的液压放大装置的时间常数，单位为s，而输出信号则负反馈至所述相应的第2比较器的输入端；第3比较器，有n个，每个比较器输入端与所述相应的第1积分运算环节的输出端相连；第2积分运算环节，有n个，每个环节输入端与所述相应的第3比较器的输出端相连，对输入信号进行 运算，其中，Tyi为机组i的接力器时间常数，单位为s，而输出信号yi则负反馈至所述相应的第3比较器的输入端，yi为机组i的接力器行程偏差相对值，等于第i台机组接力器行程和第i台机组接力器最大行程的偏差值相对于第i台机组接力器最大行程的比值，i＝1，...，n。为了验证所设计的调节器对系统的实际控制作用，对某半开式梯级串联电站按照本专利技术建立了其联合运行的双PID并联控制调节器，并将设计的控制调节器嵌入到系统的非线性仿真中，仿真计算结果证明该调节器可以实现串联电站的稳定运行，而且在调整系统转速的同时使系统流量平衡，同时可以控制站间调节池水位稳定在目标水位。附图说明图1，梯级串联电站联合运行双PID并联控制调节器原理框图；图2，电站静特性； 图3，某梯级电站输水系统布置示意图；图4，电站机组转速-时间曲线图；图5，1#机组流量-时间曲线图；图6，3#机组流量-时间曲线图；图7，5#机组流量-时间曲线图；图8，一级电站上游调压井水位-时间曲线图；图9，二级电站上游汇水池水位-时间曲线图；图10，二级电站上游调节池水位-时间曲线图；图11，二级电站上游调压井水位-时间曲线图；图12，三级电站上游汇水池水位-时间曲线图；图13，三级电站上游调节池水位-时间曲线图；图14，三级电站上游调压井水位-时间曲线图。具体实施例方式半开式梯级串联电站系统，由于有些电站之间的可调节库容很小或者没有可调节库容，在受到负荷干扰以后不仅需要进行频率的调节，还必须进行串联电站间的流量平衡调节。对这样的串联电站系统采用常规的水轮机PID调速器，是本文档来自技高网...
【技术保护点】
梯级串联电站联合运行双ＰＩＤ并联控制调节器，其特征在于，该调节器是设置在所述梯级串联电站中的每一台机组ｉ上的用于计算水轮机组调整规律的数字计算机或数字集成电路芯片，设ｎ是该梯级串联电站内机组的总台数，ｉ为机组序号，在所述的每一数字集成电路或数字计算机上设有：第１比较器、转速ＰＩＤ控制环节、水位ＰＩＤ控制环节、第２比较器、第１积分运算环节、第３比较器及第２积分运算环节，其中：第１比较器，有１个，该比较器有以下２个输入信号；ｘ，转速偏差相对值，等于机组转速和系统稳 态运行时机组额定转速的偏差值相对于系统稳态运行时机组额定转速的比值，通过机组的测频电路获得；ｂ↓［ｐ］＊，其中，Ｐ为该梯级串联电站所有运行机组总功率的偏差相对值，Ｐ＝（＊ｐ↓［ｉ］－ｐ）／ｐ，等于整个梯级串联电站运行机组的总功率与整 个梯级串联电站系统额定总功率ｐ的偏差值相对于整个梯级串联电站系统额定总功率ｐ的比值，通过机组的功率测量回路得到；ｐ↓［ｉ］为该串联电站第ｉ台机组出力，ｂ↓［ｐ］为整个梯级串联电站联合运行系统的永态转差系数，是一设定值，其范围为０～０．０８；转速ＰＩＤ控制环节，有ｎ个，每个环节输入端与所述相应的第１比较器的输出端相连，以进行Ｋ↓［Ｐｘｉ］＋Ｋ↓［Ｉｘｉ］／Ｓ＋＊＊＊运算，其中，Ｋ↓［Ｐｘｉ］为转速ＰＩＤ控制环节比例系数，Ｋ↓［Ｉｘｉ］为转速ＰＩＤ控制环节积分系数，Ｋ↓［ Ｄｘｉ］为转速ＰＩＤ控制环节微分系数，Ｔ↓［Ｄｘｉ］为转速ＰＩＤ控制环节微分时间常数，单位为ｓ；水位ＰＩＤ控制环节，有ｎ个，每个环节输入信号为ｈ↓［ｉ］，ｈ↓［ｉ］是机组ｉ的相应需要反馈的水位偏差相对值，等于测点水位与该点的目标水位 的偏差值和设定的基准水位的比值，其中，目标水位为控制所要求该处水位的最终稳态值，基准水位为选取的系统中水位的基准值；以进行Ｋ↓［Ｐｈｉ］＋Ｋ↓［Ｉｈｉ］／Ｓ＋＊＊＊运算，其中，Ｋ↓［Ｐｈｉ］为水位ＰＩＤ控制环节比例系数，Ｋ↓［Ｉｈｉ］为水位ＰＩＤ控制环节积分系数，Ｋ↓［Ｄｈｉ］为水位ＰＩＤ控制环节微分系数，Ｔ↓［Ｄｈｉ］为水位ＰＩＤ控制环节微分时间常数，单位为ｓ；第２比较器，有ｎ个，每个比较器有３个输入信号，其中两个为：相应转速ＰＩＤ控制环节的输出；相 应水位ＰＩＤ控制环节的输出；第１积分运算环节，有ｎ个，每个环节输入端与所述相应的第２比较器的输出端相连，对输入信号进行１／Ｔ↓...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊红刚，陈乃祥，朱渊岳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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