专利名称：一种适应式水轮发电机组综合控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适应式的水轮发电机组综合控制器。它是利用一台计算机实现对频率、水位、电压、无功率及准同期的调节控制与限制保护的自动发电综合控制。
背景技术：
根据检索文献可知，目前国内外转速、同期、励磁及水位的控制都是各自构成一套独立系统、独立的设备，还没有真正的综合控制装置。调速器、准同期装置、励磁调节器及水位监控分立设置，不但设备分散、接线复杂、体积大、元器件多、成本高、资源浪费，同时不便进行协调控制，不能达到最佳运行状态，特别是在电力系统功率发生振荡时，不利于提高系统安全性、稳定性。一些高校研究多变量的线性、非线性最优综合控制器，目前还较难实用化，且不适用于中小型发电机组。观察目前中小型电机励磁调节器的调差单元，多数采用无功变送器或电阻变流器变压器耦合的电路，也有采用交流采样求取无功电流。前者是模拟式，它存在机械磨损元件，同时响应时间响应精确度较差；后者虽是数字式但运算较复较难实用化，且不适用于中小型发电机组。观察目前中小型电机励磁调节器的调差单元，多数采用无功变送器或电阻变流器变压器耦合的电路，也有采用交流采用求取无功电流。前者是模拟式，它存在机械磨损元件，同时响应时间响应精确度较差；后者虽是数字式但运算较复杂不适于小型微型机组。
发明内容
本实用新型的目的是设计一套多功能多任务的综合控制器，其硬件系统是调速、调节励磁、同期、水位及水机保护为一体，采用模块化结构，控制算法各自独立，由协调决策单元进行协调控制。它除了励磁、调速、同期、水位调整等常规控制保护功能外，还具有协调控制等功能。采用基于神经网络的鲁棒自适应PID控制，同时采用一种较简便、准确的全数字无功补偿单元。它可以共享资源、缩小体积、简化结构、简化接线、降低成本、提高调节性能，在扰动时提高电力系统暂态稳定性、安全性，在正常运行状态下，提高调节精度，合理分配无功功率。主要用于中小型水轮发电机组发电控制。
本实用新型是这样实现的一种适应式水轮发电机组综合控制器，励磁调节单元、调速单元、同期单元、程控单元、机组保护单元、水位监控单元共用就地控制装置的一台中央控制器，中央控制器通过现场总线与上位机相连，同时与厂内其它机组、人机对话相连，上位机通过网络通信系统与远程调度控制中心联接，中央控制器的励磁调节单元通过同步与触发单元与励磁功率单元相连，励磁功率单元与发电机的励磁回路相连，同时中央控制器的调速单元又通过电液转换中间接力器与水轮机的调速随动系统相连，中央控制器的同期单元通过合闸继电器与断路器执行回路相连，中央控制器的程控单元通过中间继电器与过程控制对象相连，水位监控单元通过电液转换中间接力器与水轮机的调速随动系统相连，机组保护单元通过电液转换中间接力器与水轮机的随动系统相连，各单元的故障信号连接到报警信号装置。
本控制器是一种多功能多任务的发电机组综合控制器，其硬件系统是调速、调节励磁、同期、水位及水机保护为一体，采用模块化结构，控制算法各自独立，由协调决策单元进行协调控制。它除了励磁、调速、同期、水位调整等常规控制保护功能外，还具有协调控制等功能。采用基于神经网络的鲁棒自适应控制，同时采用一种较简便、准确的全数字无功补偿单元。控制系统包括调速、调节励磁、同期及机组保护、水位控制等子系统。除了具有分立式装置的常规功能外，它还具有协调、跟踪控制等功能。在各种运行状态对本机的励磁、调速进行协调控制，解耦控制，同时与本电站其他机组间进行无功功率协调；控制器各单元数学算式各自独立，其硬软件资源共享。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明图1为适应式水轮发电机组综合控制器原理框图图2为适应式水轮发电机组综合控制器的中央控制器结构图图3为适应式水轮发电机组综合控制器相位差测量电路结构图图中1为励磁调节单元；2为调速单元；3为同期单元；4为程控单元；5为机组保护单元；6为水位监控单元；7为上位机；8为网络通信系统；9为远程调度控制中心；10为厂内其它机组；11为人机对话；A为模拟量测量单元；UF为发电机端电压；UX为系统电压；IF为发电机电流；IL为励磁电流；B为开关量测量单元；DW为导水叶开放度；V为水位信号；DL1为断路器位置信号；L为控制命令；C为数据量测量单元；N为转速测量；GD为给定值；D为中央控制器；H为调速随动系统；I为电液转换中间接力器；E为同步与触发单元；F为励磁功率单元；HZ为合闸继电器；DL2为断路器执行回路；K为过程控制对象；BZ为报警信号装置；W为水轮机；G为发电机；BA为电流变送器；BV为电压互感器；Ф为相位差测量电路；LH为电流互感器，YH为电压互感器。
实施例本实用新型“一种适应式水轮发电机组综合控制器”，其励磁调节单元(1)、调速单元(2)、同期单元(3)、程控单元(4)、机组保护单元(5)、水位监控单元(6)共用就地控制装置(LCU)的一台中央控制器(D)。中央控制器(D)通过现场总线(CAN)与上位机(7)相连，同时与厂内其它机组(10)、人机对话(11)相连，上位机通过网络通信系统(8)与远程调度控制中心(9)联接。中央控制器(D)的励磁调节单元(1)通过同步与触发单元(E)与励磁功率单元(F)相连，励磁功率单元(F)与发电机(G)的励磁回路相连，同时中央控制器(D)的调速单元(2)又通过电液转换中间接力器(I)与水轮机(W)的调速随动系统(H)相连。中央控制器(D)的同期单元(3)通过合闸继电器(Hz)与断路器执行回路(DL2)相连，中央控制器(D)的程控单元(4)通过中间继电器(CZ)与过程控制对象(K)。水位监控单元(6)通过电液转换中间接力器(I)与水轮机(W)的调速随动系统(H)相连，机组保护单元(5)通过电液转换中间接力器(I)与水轮机(W)的随动系统(H)相连；模拟量测量单元(A)的发电机端电压(UF)、发电机端电流(IF)、励磁电流(IL)、励磁电压(UL)、系统电压(UX)经过A/D转换后接至中央控制器(D)；开关量测量单元(B)的导水叶开度(DW)，水位型号(V)，断路器及各种保护的开关信号(DL1)、控制命令(L)，以及数据量测量单元(C)的转速测量(N)，给定值(GD)分别经光耦(GO)接到中央控制器(D)；模拟量测量单元(A)中的电流互感器(BA)和电压互感器(BV)经相位差测量电路(Ф)接至中央控制器(D)的励磁单元。
由相位差电路及软件求无功电流，它比用无功变送器及用调差电阻与变送器等耦合构成的无功补偿电路或用交流采样傅里叶变换求无功电流，简单、准确、响应速度快。
协调控制一是本机转速与励磁协调，它是以在大扰动时电力系统暂态稳定为目标，并使电压、频率不越限，保证发电机及电力系统稳定性与安全性；在正常运行状态及小扰动时保证电压、频率在给定偏差值内；二是按给定比例协调分配无功功率及按经济负荷分配有功功率。
跟踪控制是在起机起励后同期过程中跟踪电力系统频差、电压、相角，以加快并列过程。
控制器采用改进型PID模式，同时按不同运行状态(起机、起励、同期、正常运行、大扰动等)自动改变中央控制器(D)的数学结构与参数。
权利要求1.一种适应式水轮发电机组综合控制器，其特征在于励磁调节单元(1)、调速单元(2)、同期单元(3)、程控单元(4)、机组保护单元(5)、水位监控单元(6)共用就地控制装置(LCU)的一台中央控制器(D)，中央控制器(D)通过现场总线(CAN)与上位机(7)相连，同时与厂内其它机组(10)、人机对话(11)相连，上位机通过网络通信系统(8)与远程调度控制中心(9)联接，中央控制器(D)的励磁调节单元(1)通过同步与触发单元(E)与励磁功率单元(F)相连，励磁功率单元(F)与发电机(G)的励磁回路相连，同时中央控制器(D)的调速单元(2)又通过电液转换中间接力器(I)与水轮机(W)的调速随动系统(H)相连，中央控制器(D)的同期单元(3)通过合闸继电器(HZ)与断路器执行回路(DL2)相连，中央控制器(D)的程控单元(4)通过中间继电器(CZ)与过程控制对象(K)相连，水位监控单元(6)通过电液转换中间接力器(I)与水轮机(W)的调速随动系统(H)相连，机组保护单元(5)通过电液转换中间接力器(I)与水轮机(W)的随动系统(H)相连，各单元的故障信号连接到报警信号装置(BZ)。
2.根据权利要求1所述的一种适应式水轮发电机组综合控制器，其特征在于模拟量测量单元(A)的发电机端电压(UF)、励磁电流(IL)经过A/D转换后接至中央控制器(D)；开关量测量单元(B)的导水叶开度(DW)，水位信号(V)，断路器及各种保护的开关信号(DL1)、控制命令(L)，以及数据量测量单元(C)的转速测量(N)，给定值(GD)分别经光耦(GO)接到中央控制器(D)。
3.根据权利要求1所述的一种适应式水轮发电机综合控制器，其特征在于模拟量测量单元(A)中的电流互感器(BA)和电压互感器(BV)经相位差测量电路(Φ)接至中央控制器(D)励磁单元(1)。
专利摘要本实用新型公开了一种多功能多任务的适应式水轮发电机组综合控制器。励磁调节单元、调速单元、同期单元、程控单元、水位测控单元、机组保护单元共用一台中央控制器。综合控制器为模块式结构，软件各自独立，由协调决策单元进行协调控制。中央控制器通过现场总线与上位机进行通信，并与其它机组联接，形成分布控制系统，模拟量、开关量、数字量等数据采集系统分别通过A/D与光耦接到中央控制器。中央控制器输出经功率放大，信号转换后送到励磁、转速、水位、程控、同期器等执行单元。采用基于神经网络的鲁棒自适应控制器。
文档编号F03B15/00GK2929234SQ200620117208
公开日2007年8月1日 申请日期2006年5月11日 优先权日2006年5月11日
发明者戴树梅, 戴超波, 施隆照 申请人:国科智海(福建)系统控制有限责任公司