專利名稱：與安穩(wěn)系統(tǒng)配合的具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于發(fā)電機(jī)組控制和電網(wǎng)安全控制領(lǐng)域，尤其涉及水電廠頻率及功率調(diào)節(jié)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
送端電網(wǎng)的水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率通過電網(wǎng)向受端送電，如果送端電網(wǎng)因故障與受端解列，水輪發(fā)電機(jī)功率超過了負(fù)荷，就會導(dǎo)致孤網(wǎng)頻率和機(jī)組轉(zhuǎn)速快速上升，嚴(yán)重時會導(dǎo)致電網(wǎng)的變壓器過激磁跳閘，還會導(dǎo)致電力用戶的電動機(jī)過速跳閘、電力電子等設(shè)備保護(hù)跳閘。負(fù)荷減少還會進(jìn)一步加劇轉(zhuǎn)速飛升，最終導(dǎo)致電網(wǎng)失穩(wěn)。解列時保障孤網(wǎng)高頻穩(wěn)定的常規(guī)措施是安穩(wěn)系統(tǒng)切機(jī)和自動裝置高頻切機(jī)，但是對大機(jī)小網(wǎng)系統(tǒng)，這些措施難以做到保持孤網(wǎng)功率的平衡，需要提升水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。提高水輪機(jī)組調(diào)頻能力還不能簡單采取送端電網(wǎng)機(jī)組統(tǒng)一放開一次調(diào)頻限幅，提高永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)的方法。根據(jù)研究，一次調(diào)頻限幅放開后，當(dāng)送端電網(wǎng)解列，大擾動情況下，由于孤網(wǎng)機(jī)組之間特性不同，機(jī)組之間會發(fā)生功率爭奪，導(dǎo)致機(jī)組功率和電網(wǎng)頻率發(fā)生較大幅度的振蕩。水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)承擔(dān)著電網(wǎng)頻率精確調(diào)節(jié)的任務(wù)，PID的積分環(huán)節(jié)的系數(shù)不能過小，在送端電網(wǎng)解列的大擾動情況下，容易發(fā)生超調(diào)過大而導(dǎo)致電網(wǎng)低頻切負(fù)荷的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題:提供一種與安穩(wěn)系統(tǒng)配合的具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，以解決采用水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)一次調(diào)頻和超調(diào)來解決水輪發(fā)電機(jī)組在大機(jī)小網(wǎng)系統(tǒng)中因故障與受端解列時以保持孤網(wǎng)功率的平衡，但是存在在送端電網(wǎng)解列的大擾動情況下，容易發(fā)生機(jī)組之間會發(fā)生功率爭奪，導(dǎo)致機(jī)組功率和電網(wǎng)頻率發(fā)生較大幅度的振蕩，容易發(fā)生超調(diào)過大而導(dǎo)致電網(wǎng)低頻切負(fù)荷等問題。本實用新型技術(shù)方案:一種與安穩(wěn)系統(tǒng)配合的具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，它包括主控系統(tǒng)和安全穩(wěn)定系統(tǒng)，主控系統(tǒng)和安全穩(wěn)定系統(tǒng)電連接，主控系統(tǒng)與衰減單元和附加功率變動信號的調(diào)速器單元電連接，衰減單元與附加功率變動信號的調(diào)速器單元電連接，機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率信號與附加功率變動信號的調(diào)速器單元電連接，附加功率變動信號的調(diào)速器單元與調(diào)速機(jī)構(gòu)電連接。衰減單元包括觸發(fā)累加存儲器模塊、符號分解器、時間函數(shù)衰減器、乘法器和判斷器，觸發(fā)累加存儲器模塊與符號分解器連接，符號分解器與時間函數(shù)衰減器和乘法器連接，時間函數(shù)衰減器與乘法器和判斷器連接，判斷器輸出端與觸發(fā)累加存儲器連接，乘法器輸出衰減的功率變動值。附加功率變動信號的調(diào)速器單元包括PID模塊，在PID模塊的輸入側(cè)有一個變動量后置模塊，在PID模塊的輸出側(cè)有一個變動量前置模塊，變動量前置模塊與電氣限速限幅模塊電連接。變動量后置模塊采用功率加減器組成。變動量前置模塊采用減法器組成。本實用新型有益效果:本實用新型接收主控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)來的機(jī)組功率設(shè)定和機(jī)組功率變動量，機(jī)組功率變動量經(jīng)時間衰減器衰減，與機(jī)組功率設(shè)定信號一起，作為控制量送至具有附加功率變動信號控制的調(diào)速器單元，對機(jī)組功率和電網(wǎng)的頻率進(jìn)行預(yù)測控制，本實用新型水輪機(jī)調(diào)速器采用附加功率變動控制的調(diào)速器，附加功率變動控制的調(diào)速器是在PID環(huán)節(jié)前部和后部均引入預(yù)測的功率變動信號，使得水電機(jī)組在電網(wǎng)解列后的大幅調(diào)整中，在可靠保障機(jī)組安全前提下，更加準(zhǔn)確和快速進(jìn)行調(diào)整，大幅減少了調(diào)節(jié)過程中的電網(wǎng)頻率飛升和超調(diào)導(dǎo)致的低頻，實現(xiàn)孤網(wǎng)內(nèi)各電廠機(jī)組之間的協(xié)調(diào)，孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組按各自設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)，不會發(fā)生因機(jī)組特性和參數(shù)不同產(chǎn)生的功率搶奪和沖突而形成的振蕩；本實用新型不改變目前水輪機(jī)組其控制系統(tǒng)參數(shù)、已有的功能和性能，與國內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及規(guī)定不發(fā)生沖突，利于推廣，解決了采用水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)一次調(diào)頻和超調(diào)來解決水輪發(fā)電機(jī)組在大機(jī)小網(wǎng)系統(tǒng)中因故障與受端解列時以保持孤網(wǎng)功率的平衡，但是存在在送端電網(wǎng)解列的大擾動情況下，容易發(fā)生機(jī)組之間會發(fā)生功率爭奪，導(dǎo)致機(jī)組功率和電網(wǎng)頻率發(fā)生較大幅度的振蕩，容易發(fā)生超調(diào)過大而導(dǎo)致電網(wǎng)低頻切負(fù)荷等問題。


:圖1為本實用新型組成框圖；圖2為衰減單元的模塊構(gòu)成圖；圖3為附加功率變動信號調(diào)速器單元結(jié)構(gòu)圖；圖4為電網(wǎng)解列甩出10%發(fā)電負(fù)荷時，常規(guī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性圖；圖5為電網(wǎng)解列甩出10%發(fā)電負(fù)荷時，本實用新型的調(diào)節(jié)特性圖。
具體實施方式
:本實用新型所述的具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器(見圖1)，包括包括主控系統(tǒng)和安全穩(wěn)定系統(tǒng)，主控系統(tǒng)和安全穩(wěn)定系統(tǒng)電連接，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)與主控系統(tǒng)之間功率變動Λ P，主控系統(tǒng)與衰減單元I和附加功率變動信號的調(diào)速器單元2通過DCS網(wǎng)絡(luò)連接，衰減單元I與附加功率變動信號的調(diào)速器單元2通過導(dǎo)線連接連接，機(jī)組功率信號、轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率信號與附加功率變動信號的調(diào)速器單元2通過導(dǎo)線連接，附加功率變動信號的調(diào)速器單元2與調(diào)速機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)線連接，組成電氣柜，布置在機(jī)組集控側(cè)。衰減單元1，見圖2，衰減單元I包括觸發(fā)累加存儲器模塊1.1、符號分解器1.2、時間函數(shù)衰減器1.3、乘法器1.5和判斷器1.4，觸發(fā)累加存儲器1.1與符號分解器1.2連接，符號分解器1.2與時間函數(shù)衰減器1.3和乘法器1.4連接，時間函數(shù)衰減器1.3與乘法器
1.5和判斷器1.4連接，判斷器1.4輸出端與觸發(fā)累加存儲器1.1連接，乘法器1.5輸出衰減的功率變動值。衰減單元I受功率變動Λ P信號變動觸發(fā)，并觸發(fā)保持，以累加存儲的方式記錄可能是相繼發(fā)來功率變動量，隨時間緩慢地將累加存儲器中的功率變動量衰減，時間函數(shù)衰減器1.3的衰減時間常數(shù)大于PID積分時間常數(shù)5倍以上，將正在隨時間衰減的功率變動量送至附加功率變動信號控制的PID單元。當(dāng)接近于O判斷器判斷出衰減功率變動量為O或接近于O時，判斷器1.4反饋信號至觸發(fā)累加存儲器模塊1.1的清零端，觸發(fā)累加存儲器自動重置和清O，衰減單元I的作用是，在電網(wǎng)正常狀態(tài)下，衰減單元I處于退出狀態(tài)，附加功率變動控制的調(diào)速器單元2與常規(guī)調(diào)速器完全相同，具有相同的穩(wěn)態(tài)特性；在大擾動緊急狀態(tài)下，發(fā)揮出附加功率變動控制的效果；當(dāng)電網(wǎng)逐漸從動態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)后，又能夠自動地和平穩(wěn)地退出調(diào)速器單元中附加功率變動控制，使本實用新型的調(diào)速系統(tǒng)又能自動地與常規(guī)調(diào)速系統(tǒng)保持完全一致。衰減單元I存儲器采用累加方式的作用是，能夠處理連續(xù)發(fā)生的相繼事故，比如冰災(zāi)中電網(wǎng)送端電網(wǎng)解列后，孤網(wǎng)又很快發(fā)生重載負(fù)荷線路跳閘。附加功率變動信號的調(diào)速器單元2組成見圖3，該單元與常規(guī)PID調(diào)速器比較，是在PID模塊兩側(cè)增加了變動量前置模塊2.2、變動量后置模塊2.1和電氣限速限幅模塊
2.3。采用了衰減的功率變動量Λ P’和機(jī)組功率設(shè)定信號，增加了功率變動量的附加控制，采用預(yù)測的功率變動量，消除PID模塊的滯后和超調(diào)，有效降低水輪機(jī)組的頻率飛升，防止超調(diào)后電網(wǎng)頻率過低。變動量前置模塊2.2采用一個減法器組成，在PID模塊輸出測增加一個減法器，將PID模塊的輸出減去衰減功率變動量后輸入到電氣限速限幅模塊2.3。從調(diào)節(jié)指令輸出側(cè)觀看，相當(dāng)于在PID模塊之前進(jìn)行變動，稱為變動量前置模塊2.2，變動量前置的主要作用是，在解列時立即將調(diào)速器的輸出快速指向原動機(jī)應(yīng)發(fā)出的功率，消除PID環(huán)節(jié)的遲滯。變動量前置會使控制信號出現(xiàn)躍變，但不會使接力器和導(dǎo)葉的開閉過程產(chǎn)生危害性的機(jī)械躍變和水壓沖擊，這是因為調(diào)速機(jī)構(gòu)中的伺服器設(shè)置有限幅限速機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程嚴(yán)格按水工設(shè)施的壓力與振動的設(shè)計進(jìn)行設(shè)定，且留有較大的安全裕度。本實用新型要求前置偏置輸出的控制量必須輸入到電氣限速限幅環(huán)節(jié)2.3，電氣限速限幅環(huán)節(jié)起到第二重保險作用，能夠可靠地保障導(dǎo)葉開閉過程中水工設(shè)施的安全。經(jīng)電氣限速限幅模塊后的功率值進(jìn)入導(dǎo)葉修正后輸出調(diào)節(jié)信號至調(diào)速機(jī)構(gòu)。變動量后置模塊2.1采用一個功率加減器組成，將衰減單元發(fā)來的衰減的功率變動量Λ P’和功率設(shè)定以加運算輸入到功率加減器中，將機(jī)組功率P以減運算輸入到功率加減器中，經(jīng)過功率加減器處理的值永態(tài)轉(zhuǎn)差率輸出后經(jīng)過加法器2.4送至PID模塊，轉(zhuǎn)速ω和電網(wǎng)頻率經(jīng)過切換模塊后，經(jīng)過一次調(diào)頻和限幅處理將結(jié)果送至加法器2.4，從調(diào)節(jié)器輸出側(cè)看，相當(dāng)于在PID模塊之后進(jìn)行變動，稱為變動量后置，對功率設(shè)定進(jìn)行變動。PID模塊的輸入信號的數(shù)值，在解列時為解列前功率設(shè)定，將逐漸衰減為解列后的功率設(shè)定。變動量后置模塊2.1起到托舉功率、緩慢放下的“軟著陸”的作用，有效避免PID模塊超調(diào)，有效降低電網(wǎng)高頻調(diào)節(jié)過程的超調(diào)。送端電網(wǎng)解列時，本實用新型與常規(guī)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比其調(diào)節(jié)特性得到了很大的改善，參見圖5和圖6中的特性曲線，ω —轉(zhuǎn)速，Pe—電功率，Pm—機(jī)械功率，S—過載有功。
權(quán)利要求1.一種與安穩(wěn)系統(tǒng)配合的具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，它包括主控系統(tǒng)和安全穩(wěn)定系統(tǒng)，主控系統(tǒng)和安全穩(wěn)定系統(tǒng)電連接，其特征在于:主控系統(tǒng)與衰減單元(I)和附加功率變動信號的調(diào)速器單元(2)電連接，衰減單元(I)與附加功率變動信號的調(diào)速器單元(2 )電連接，機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率信號與附加功率變動信號的調(diào)速器單元(2 )電連接，附加功率變動信號的調(diào)速器單元(2)與調(diào)速機(jī)構(gòu)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，其特征在于:衰減單元(I)包括觸發(fā)累加存儲器模塊(1.1)、符號分解器(1.2)、時間函數(shù)衰減器(1.3)、乘法器(1.5)和判斷器(1.4)，觸發(fā)累加存儲器模塊(1.1)與符號分解器(1.2)連接，符號分解器(1.2)與時間函數(shù)衰減器(1.3)和乘法器(1.3)連接，時間函數(shù)衰減器(1.3)與乘法器(1.5)和判斷器(1.4)連接，判斷器(1.4)輸出端與觸發(fā)累加存儲器(1.1)連接，乘法器(1.5)輸出衰減的功率變動值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，其特征在于:附加功率變動信號的調(diào)速器單元(2)包括PID模塊，在PID模塊的輸入側(cè)有一個變動量后置模塊(2.1)，在PID模塊的輸出側(cè)有一個變動量前置模塊(2.2)，變動量前置模塊(2.2)與電氣限速限幅模塊(2.3)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，其特征在于:變動量后置模塊(2.1)采用功率加減器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，其特征在于:變動量前置模塊(2.2)采用減法器組成。
專利摘要本實用新型所述的與安穩(wěn)系統(tǒng)配合的具有變動信號控制的水輪機(jī)調(diào)速器，能夠配合電網(wǎng)安穩(wěn)系統(tǒng)對水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制，有效提高電網(wǎng)高頻穩(wěn)定水平，本實用新型所述調(diào)速器，包括衰減單元[1]和附加功率變動信號的附加功率變動信號的調(diào)速器單元[2]。本實用新型采取預(yù)測及協(xié)調(diào)控制技術(shù)，在送端電網(wǎng)解列時，根據(jù)安穩(wěn)系統(tǒng)策略所預(yù)測的機(jī)組功率設(shè)定和功率變動，作為機(jī)組調(diào)速器的預(yù)測控制目標(biāo)，在滿足機(jī)組導(dǎo)葉開度限速和限幅的安全條件下，對機(jī)組的功率進(jìn)行快速和精確的調(diào)節(jié)，有效地減少了PID模塊的滯后和超調(diào)，抑制了解列后電網(wǎng)的頻率飛升問題；有效提高了送端電網(wǎng)高頻穩(wěn)定水平，具有顯著的安全社會效益。
文檔編號F03B15/18GK202971032SQ20122067539
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者鄧樸, 王青, 馬世英, 唐戢群, 張銳峰, 柏毅輝, 李慶生, 趙慶明 申請人:貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心, 貴州電力試驗研究院, 中國電力科學(xué)研究院