现代水轮机调节技术.doc

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1、现代水轮机调节技术2004年5月一水轮机调节系统控制理论的发展水轮机调节系统是一个水、机、电的综合控制系统，是一个本质非线性、快时变与慢时变并存、集中参数与分布参数兼有的多输入多输出的复杂系统，系统中含有死区、时滞，呈现出非最小相位特性。同时，水轮机调节系统还有各种各样的约束条件，如接力器行程、甩负荷时的转速上升率和水压上升率、关机速度等，这就使水轮机调节系统控制策略的研究比较复杂，有必要不断寻求更好的控制策略，以满足日益扩大的电力系统更高的要求。水轮机调节系统控制策略的发展是与自动控制理论的发展紧密联系的，随着现代控制理论、人工智能和计算机技术的发展，水轮机调节系统控制策略

2、的研究也得到不断的发展。控制策略从PI控制，逐渐发展成PID控制、最优PID控制、适应式变参数PID控制，到自适应控制、鲁棒控制、预测控制、变结构控制、模糊控制、神经网络控制以及各种基于PID控制的智能控制，正朝着智能化方向发展。这些研究成果无论是在理论上，还是在工程实际上，对于调速器的发展均起着积极的推动作用。1PID控制按转速偏差进行比例积分调节的调速器称为PI型调速器。比例控制的作用是快速消除偏差，使被调节量尽快达到预定值。积分控制是一种随着时间增加逐渐增大控制值的控制方式，只要偏差存在，控制值就不断增大，直到偏差消除，其作用是消除静差，比较缓慢地使调节平稳。对于水轮发

3、电机组来说，PI型调速器能够提供必要的稳定调节作用，并可达到无差调节，如果合理整定其调节参数，可以基本满足水轮机调节的要求。但是，当电网频率要求更多地减少在动态过程中的频率偏差时，需要调节得更迅速；另一方面，在被控对象的动态特性恶劣，例如引水压力管道的Tw较大时，PI型调速器就很难保证调节系统的稳定性和动态品质。为此，在调速器中采用按转速偏差及加速度调节，或除了转速偏差和加速度外，还引入速度的二次导数即加加速度的比例积分微分型调速器(即PID调速器)。和PI型调速器相比，PID型调速器增加了一个用于测加速度的微分回路，使调速器不仅按转速偏差进行调节，还按转速偏差的加速度进行调

4、节。微分控制是一种有预见性的控制或提前作用的控制，根据偏差变化的速度来确定控制值，偏差变化速度越快，其控制量就越大，即使偏差很小，只要偏差变化速度快，微分控制作用也很强。因此在扰动出现之初，转速刚偏离规定值，虽然转速偏差值还很小，但这时转速偏差的加速度相当大，这样就可以有足够的调节信号促使调速器去改变导水机构的开度。也就是说，采用微分回路就可以使调速器提前加大动作，即所谓超前作用，这能够使调节过程中转速最大偏差减小，提高了调节系统的稳定性，减少了调节时间。对于PID型调速器，根据不同的被控对象，适当整定其比例、积分和微分控制部分的参数，可以使调节系统具有良好的动态特性，获得较

5、为满意的控制效果。2适应式变结构、变参数PID控制传统的PI、PID型调速器除了能区分空载与负载两大工况外，一般根据某一工况点(通常是额定工况点)的小波动线性定常模型的特性确定调速器参数，当调速器的参数被整定后，它们将运行于整个工作区域。由于水轮机调节系统的工作点经常发生较大的变化，并且水轮机、压力引水系统以及电网具有明显的非线性特性，因此在整个工作工况上，采用固定的调节模式和调节参数显然不合理，不能保证当对象工况发生变化后，控制系统仍具有良好的控制性能。因此，在微机调速器中多采用适应式变结构、变参数的PID控制规律。这种变结构、变参数PID控制就是将水轮机调节系统的代表性工

6、况整定一组最优参数，并存贮在计算机内，构成一个具有专家系统功能的数据库，当系统工况改变时，根据系统参数调用调速器参数，以达到最优控制。这种方法虽然简单，但当水轮机工况较多时，不仅占用大量的存贮空间，而且参数寻找比较复杂、费时，在应用中受到一定的限制。第37页共38页3自适应控制自适应控制是传统控制技术发展的高级形态。当被控对象或过程的动力学参数或干扰发生变化时，设计一控制序列，使控制系统的性能能够适应特性和过程信号的变化，自动地校正控制作用，使控制系统仍然具有比较满意的性能。自适应控制系统的适应性表现在：对于被控对象或过程的参数或性能连续不断地进行辨识，根据获得的信息并按照一

7、定的准则进行性能判别，以消除对象特性时变和环境干扰波动等不确定性因素的影响，为确定控制器的算法及其参数或所需的控制信号进行决策。自适应控制的工作方式实际上是一种启发式的。自适应控制方法一般有两种形式：一是用系统辨识理论来建立对象的数学模型，然后根据所辨识的对象模型修改控制器的结构和参数；一是设定一个参考模型过程，以期达到优化系统的响应。目前关于水轮机调节系统的自适应控制研究有如下几种方案：(1)模型参考自适应控制系统：模型参考自适应控制就是利用可调系统的输入量、状态量和输出量来度量某个性能指标，根据实测