专利名称：与安稳系统配合的具有变动信号控制的水轮机调速器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于发电机组控制和电网安全控制领域，尤其涉及水电厂频率及功率调节控制技术。
背景技术：
送端电网的水轮发电机组发出的功率通过电网向受端送电，如果送端电网因故障与受端解列，水轮发电机功率超过了负荷，就会导致孤网频率和机组转速快速上升，严重时会导致电网的变压器过激磁跳闸，还会导致电力用户的电动机过速跳闸、电力电子等设备保护跳闸。负荷减少还会进一步加剧转速飞升，最终导致电网失稳。解列时保障孤网高频稳定的常规措施是安稳系统切机和自动装置高频切机，但是对大机小网系统，这些措施难以做到保持孤网功率的平衡，需要提升水轮机组调速系统的调节能力。提高水轮机组调频能力还不能简单采取送端电网机组统一放开一次调频限幅，提高永态转差系数的方法。根据研究，一次调频限幅放开后，当送端电网解列，大扰动情况下，由于孤网机组之间特性不同，机组之间会发生功率争夺，导致机组功率和电网频率发生较大幅度的振荡。水电机组调速系统承担着电网频率精确调节的任务，PID的积分环节的系数不能过小，在送端电网解列的大扰动情况下，容易发生超调过大而导致电网低频切负荷的问题。
发明内容本实用新型要解决的技术问题:提供一种与安稳系统配合的具有变动信号控制的水轮机调速器，以解决采用水轮机组调速系统一次调频和超调来解决水轮发电机组在大机小网系统中因故障与受端解列时以保持孤网功率的平衡，但是存在在送端电网解列的大扰动情况下，容易发生机组之间会发生功率争夺，导致机组功率和电网频率发生较大幅度的振荡，容易发生超调过大而导致电网低频切负荷等问题。本实用新型技术方案:一种与安稳系统配合的具有变动信号控制的水轮机调速器，它包括主控系统和安全稳定系统，主控系统和安全稳定系统电连接，主控系统与衰减单元和附加功率变动信号的调速器单元电连接，衰减单元与附加功率变动信号的调速器单元电连接，机组功率、转速和电网频率信号与附加功率变动信号的调速器单元电连接，附加功率变动信号的调速器单元与调速机构电连接。衰减单元包括触发累加存储器模块、符号分解器、时间函数衰减器、乘法器和判断器，触发累加存储器模块与符号分解器连接，符号分解器与时间函数衰减器和乘法器连接，时间函数衰减器与乘法器和判断器连接，判断器输出端与触发累加存储器连接，乘法器输出衰减的功率变动值。附加功率变动信号的调速器单元包括PID模块，在PID模块的输入侧有一个变动量后置模块，在PID模块的输出侧有一个变动量前置模块，变动量前置模块与电气限速限幅模块电连接。变动量后置模块采用功率加减器组成。变动量前置模块采用减法器组成。本实用新型有益效果:本实用新型接收主控系统转发来的机组功率设定和机组功率变动量，机组功率变动量经时间衰减器衰减，与机组功率设定信号一起，作为控制量送至具有附加功率变动信号控制的调速器单元，对机组功率和电网的频率进行预测控制，本实用新型水轮机调速器采用附加功率变动控制的调速器，附加功率变动控制的调速器是在PID环节前部和后部均引入预测的功率变动信号，使得水电机组在电网解列后的大幅调整中，在可靠保障机组安全前提下，更加准确和快速进行调整，大幅减少了调节过程中的电网频率飞升和超调导致的低频，实现孤网内各电厂机组之间的协调，孤网内机组按各自设定进行调节，不会发生因机组特性和参数不同产生的功率抢夺和冲突而形成的振荡；本实用新型不改变目前水轮机组其控制系统参数、已有的功能和性能，与国内现行相关标准、规范及规定不发生冲突，利于推广，解决了采用水轮机组调速系统一次调频和超调来解决水轮发电机组在大机小网系统中因故障与受端解列时以保持孤网功率的平衡，但是存在在送端电网解列的大扰动情况下，容易发生机组之间会发生功率争夺，导致机组功率和电网频率发生较大幅度的振荡，容易发生超调过大而导致电网低频切负荷等问题。
:图1为本实用新型组成框图；图2为衰减单元的模块构成图；图3为附加功率变动信号调速器单元结构图；图4为电网解列甩出10%发电负荷时，常规调速系统调节特性图；图5为电网解列甩出10%发电负荷时，本实用新型的调节特性图。
具体实施方式
:本实用新型所述的具有变动信号控制的水轮机调速器(见图1)，包括包括主控系统和安全稳定系统，主控系统和安全稳定系统电连接，安全稳定控制系统与主控系统之间功率变动Λ P，主控系统与衰减单元I和附加功率变动信号的调速器单元2通过DCS网络连接，衰减单元I与附加功率变动信号的调速器单元2通过导线连接连接，机组功率信号、转速和电网频率信号与附加功率变动信号的调速器单元2通过导线连接，附加功率变动信号的调速器单元2与调速机构通过导线连接，组成电气柜，布置在机组集控侧。衰减单元1，见图2，衰减单元I包括触发累加存储器模块1.1、符号分解器1.2、时间函数衰减器1.3、乘法器1.5和判断器1.4，触发累加存储器1.1与符号分解器1.2连接，符号分解器1.2与时间函数衰减器1.3和乘法器1.4连接，时间函数衰减器1.3与乘法器
1.5和判断器1.4连接，判断器1.4输出端与触发累加存储器1.1连接，乘法器1.5输出衰减的功率变动值。衰减单元I受功率变动Λ P信号变动触发，并触发保持，以累加存储的方式记录可能是相继发来功率变动量，随时间缓慢地将累加存储器中的功率变动量衰减，时间函数衰减器1.3的衰减时间常数大于PID积分时间常数5倍以上，将正在随时间衰减的功率变动量送至附加功率变动信号控制的PID单元。当接近于O判断器判断出衰减功率变动量为O或接近于O时，判断器1.4反馈信号至触发累加存储器模块1.1的清零端，触发累加存储器自动重置和清O，衰减单元I的作用是，在电网正常状态下，衰减单元I处于退出状态，附加功率变动控制的调速器单元2与常规调速器完全相同，具有相同的稳态特性；在大扰动紧急状态下，发挥出附加功率变动控制的效果；当电网逐渐从动态返回到稳态后，又能够自动地和平稳地退出调速器单元中附加功率变动控制，使本实用新型的调速系统又能自动地与常规调速系统保持完全一致。衰减单元I存储器采用累加方式的作用是，能够处理连续发生的相继事故，比如冰灾中电网送端电网解列后，孤网又很快发生重载负荷线路跳闸。附加功率变动信号的调速器单元2组成见图3，该单元与常规PID调速器比较，是在PID模块两侧增加了变动量前置模块2.2、变动量后置模块2.1和电气限速限幅模块
2.3。采用了衰减的功率变动量Λ P’和机组功率设定信号，增加了功率变动量的附加控制，采用预测的功率变动量，消除PID模块的滞后和超调，有效降低水轮机组的频率飞升，防止超调后电网频率过低。变动量前置模块2.2采用一个减法器组成，在PID模块输出测增加一个减法器，将PID模块的输出减去衰减功率变动量后输入到电气限速限幅模块2.3。从调节指令输出侧观看，相当于在PID模块之前进行变动，称为变动量前置模块2.2，变动量前置的主要作用是，在解列时立即将调速器的输出快速指向原动机应发出的功率，消除PID环节的迟滞。变动量前置会使控制信号出现跃变，但不会使接力器和导叶的开闭过程产生危害性的机械跃变和水压冲击，这是因为调速机构中的伺服器设置有限幅限速机构，该机构按照标准和规程严格按水工设施的压力与振动的设计进行设定，且留有较大的安全裕度。本实用新型要求前置偏置输出的控制量必须输入到电气限速限幅环节2.3，电气限速限幅环节起到第二重保险作用，能够可靠地保障导叶开闭过程中水工设施的安全。经电气限速限幅模块后的功率值进入导叶修正后输出调节信号至调速机构。变动量后置模块2.1采用一个功率加减器组成，将衰减单元发来的衰减的功率变动量Λ P’和功率设定以加运算输入到功率加减器中，将机组功率P以减运算输入到功率加减器中，经过功率加减器处理的值永态转差率输出后经过加法器2.4送至PID模块，转速ω和电网频率经过切换模块后，经过一次调频和限幅处理将结果送至加法器2.4，从调节器输出侧看，相当于在PID模块之后进行变动，称为变动量后置，对功率设定进行变动。PID模块的输入信号的数值，在解列时为解列前功率设定，将逐渐衰减为解列后的功率设定。变动量后置模块2.1起到托举功率、缓慢放下的“软着陆”的作用，有效避免PID模块超调，有效降低电网高频调节过程的超调。送端电网解列时，本实用新型与常规水轮机调速系统相比其调节特性得到了很大的改善，参见图5和图6中的特性曲线，ω —转速，Pe—电功率，Pm—机械功率，S—过载有功。
权利要求1.一种与安稳系统配合的具有变动信号控制的水轮机调速器，它包括主控系统和安全稳定系统，主控系统和安全稳定系统电连接，其特征在于:主控系统与衰减单元(I)和附加功率变动信号的调速器单元(2)电连接，衰减单元(I)与附加功率变动信号的调速器单元(2 )电连接，机组功率、转速和电网频率信号与附加功率变动信号的调速器单元(2 )电连接，附加功率变动信号的调速器单元(2)与调速机构电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有变动信号控制的水轮机调速器，其特征在于:衰减单元(I)包括触发累加存储器模块(1.1)、符号分解器(1.2)、时间函数衰减器(1.3)、乘法器(1.5)和判断器(1.4)，触发累加存储器模块(1.1)与符号分解器(1.2)连接，符号分解器(1.2)与时间函数衰减器(1.3)和乘法器(1.3)连接，时间函数衰减器(1.3)与乘法器(1.5)和判断器(1.4)连接，判断器(1.4)输出端与触发累加存储器(1.1)连接，乘法器(1.5)输出衰减的功率变动值。
3.根据权利要求1所述的一种具有变动信号控制的水轮机调速器，其特征在于:附加功率变动信号的调速器单元(2)包括PID模块，在PID模块的输入侧有一个变动量后置模块(2.1)，在PID模块的输出侧有一个变动量前置模块(2.2)，变动量前置模块(2.2)与电气限速限幅模块(2.3)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有变动信号控制的水轮机调速器，其特征在于:变动量后置模块(2.1)采用功率加减器组成。
5.根据权利要求3所述的一种具有变动信号控制的水轮机调速器，其特征在于:变动量前置模块(2.2)采用减法器组成。
专利摘要本实用新型所述的与安稳系统配合的具有变动信号控制的水轮机调速器，能够配合电网安稳系统对水轮发电机组进行控制，有效提高电网高频稳定水平，本实用新型所述调速器，包括衰减单元[1]和附加功率变动信号的附加功率变动信号的调速器单元[2]。本实用新型采取预测及协调控制技术，在送端电网解列时，根据安稳系统策略所预测的机组功率设定和功率变动，作为机组调速器的预测控制目标，在满足机组导叶开度限速和限幅的安全条件下，对机组的功率进行快速和精确的调节，有效地减少了PID模块的滞后和超调，抑制了解列后电网的频率飞升问题；有效提高了送端电网高频稳定水平，具有显著的安全社会效益。
文档编号F03B15/18GK202971032SQ20122067539
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者邓朴, 王青, 马世英, 唐戢群, 张锐峰, 柏毅辉, 李庆生, 赵庆明 申请人:贵州电网公司电网规划研究中心, 贵州电力试验研究院, 中国电力科学研究院