本发明一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法，属于水电站自动控制领域。
背景技术：
水轮发电机组并网运行过程中，由于调速器液压随动系统执行元件(例如主配)位置传感器和调速器电控系统输出模块(例如比例阀驱动模块)受到温度变化、电源电压不稳等因素的影响，不可避免存在零漂现象，从而导致调速器液压执行元件电气中位产生偏移。主配电气中位的漂移情况严重到一定程度，就会导致导叶开度小幅频繁波动、主配阀芯位置频繁抽动、调速器液压跟随系统耗油量异常变大、调速器液压系统油泵频繁启停及油温升高等一系列问题，比例阀电气中位的漂移情况严重到一定程度，就会导致当调速器液压随动系统静态平衡时，主配位置反馈的位置不在主配电气中位上，甚至使导叶位置反馈与导叶开度给定形成静差，导叶开度无法调节到位，严重影响调速器液压随动系统调节品质。由此可以看出，调速器液压随动系统中位漂移严重影响机组安全稳定运行。
目前，在并网运行机组上，尚无一种技术能够实现调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应这种功能，因此无法自动解决调速器液压随动系统由于主配和比例阀电气中位发生漂移导致调速器液压随动系统频繁调节等调节品质问题。
技术实现要素：
本发明提供一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法，适用于使用比例阀(或比例阀+步进电机等冗余配置)和主配、接力器作为执行结构形式的水电机组，旨在机组并网运行过程中，实时对调速器液压随动系统主配和比例阀中位进行自动诊断和自动定位。解决由于调速器主配和比例阀电气中位发生漂移导致的调速器液压随动系统频繁调节、导叶开度无法调节到位等调节品质问题，从而适应于当前运行工况。
本发明采取的技术方案为：
一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位方法，包括以下步骤：
步骤1：调速器电气控制系统采集主配位置反馈m、主配位置给定m给定等数据；
步骤2：检测调速器液压随动系统是否处于静态平衡，判据为：主配位置给定m给定保持不变，若满足就进行调速器比例阀中位自诊断，否则等待满足判据条件；
步骤3：进行调速器比例阀中位漂移自诊断，判据为：主配位置反馈m与主配位置给定m给定差值的绝对值小于ε，ε根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；
若∣m-m给定∣≦ε，则此时比例阀中位设定值b0设置合理，等于比例阀实际中位值b0实际，进入主配电气中位诊断环节；若∣m-m给定∣>ε，则比例阀中位漂移，比例阀中位设定值b0设置不合理，执行步骤4，进行比例阀电气中位定位纠偏；
步骤4：进行比例阀电气中位定位纠偏，
若m-m给定<-ε，以比例阀中位设定值最高单位精度i为步长，逐渐增大比例阀中位设定值b0，返回步骤3；若m-m给定>ε时，以i为步长逐渐减小比例阀中位设定值b0，返回步骤3。增大或减小比例阀中位设定值b0的周期或速度可采用一些优化策略提高调整效率和精度。
一种调速器主配电气中位漂移自动诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统pid模块输出的导叶开度给定y给定，主配位置给定m给定等数据；
步骤2：判断相关数据是否满足调速器主配电气中位漂移判据：当导叶开度给定y给定稳定不变时，主配位置给定m给定调节周期小于阈值t，主配调节周期与机组调速器的接力器静态漂移速度和开度调节死区有关，t可根据机组实际情况综合考虑设定，一般不小于20s；
步骤3：若满足判据，则停止诊断，进入主配电气中位智能定位环节；若不满足判据，进入比例阀电气中位诊断环节。
一种调速器主配电气中位自动智能定位方法，包括以下步骤：
步骤1：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统主配位置反馈m，导叶开度反馈y等数据；
步骤2：检测当主配位置反馈∣m∣≦ε稳定不变时，导叶开度反馈y的变化趋势；
步骤3：若导叶开度反馈y逐渐减小，则调速器电控系统控制主配试验信号m试验以主配位置给定m给定的最高单位精度j为步长，逐渐增大；自动判断导叶开度反馈y开始不变和开始增大的临界点，将临界点的主配位置反馈通道值m通记录为主配的关方向动作死区m关和开方向动作死区m开；
步骤4：若导叶开度反馈y逐渐增大，则调速器电控系统控制主配试验信号m试验以主配位置给定m给定的最高单位精度j为步长，逐渐减小；自动判断导叶开度反馈y开始不变和开始减小的临界点，将临界点的主配位置反馈通道值m通记录为主配的关方向动作死区m开和开方向动作死区m关；
步骤5：调速器电控系统最终自动将调速器主配的动作死区中间值(m关+m开)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位m中，即完成了调速器主配中位自动定位，进入比例阀电气中位漂移自动诊断环节。
一种改进的调速器主配电气中位自动智能定位方法，包括以下步骤：
步骤1：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统导叶开度给定y给定，主配位置给定m给定等数据；
步骤2：检测当导叶开度给定y给定稳定不变时，实时计算主配位置给定m给定调节周期；
步骤3：若主配位置给定m给定调节周期小于阈值t且主配位置给定m给定为开向调节时，则在整个主配电气中位定位过程中，将主配中位设定值减小最高单位精度值，调整周期与主配位置给定m给定调节周期正相关；若主配位置给定m给定调节周期小于阈值t且主配位置给定m给定为关向调节时，则在整个主配电气中位定位过程中，将主配中位设定值增加最高单位精度值，调整周期与主配位置给定m给定调节周期正相关；
步骤4：检测主配位置给定m给定调节周期是否满足以下判据，若主配位置给定m给定调节周期增大过程中首次大于阈值t’时，记录此时主配中位设定值m1；若主配位置给定m给定调节周期减小过程中首次小于阈值t’时，记录此时主配中位设定值m2；若未确定m2则返回步骤1；
步骤5：调速器电控系统最终自动将调速器主配中位设定值中间值(m1+m2)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位m中，即完成了调速器主配中位自动定位，进入比例阀电气中位漂移自动诊断环节。
本发明一种调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法，技术效果如下：
1、本发明的调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法，有完善可靠的理论基础指导。
2、采用本发明的方法，可以同时解决并网运行机组由于调速器主配和比例阀电气中位漂移导致的调速器液压随动系统频繁调节等调节品质问题。
3、采用本发明的方法，调速器电控系统可以实时自动诊断调速器主配及比例阀电气中位漂移问题，诊断方法简单高效，诊断结果准确可靠。
4、采用本发明的方法，调速器电控系统可以快速对漂移的调速器主配和比例阀电气中位进行重新精准定位，而非简单纠偏。
5、采用本发明的方法，不影响并网机组的安全稳定运行，应用广泛。
附图说明
图1为本发明中调速器液压随动系统示意图。
图2为调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法流程图。
图3为改进的调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法流程图。
图4为比例阀中位调整曲线图。
图5为主配中位调整曲线图。
图6为调速器液压随动系统的主配控制环示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种并网运行机组调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法，更具体的讲，是一种基于调速器液压随动系统动态平衡理论，调速器电气控制系统对调速器主配和比例阀中位进行自诊断自定位自适应的方法。
本发明的方法基于调速系统液压随动系统动态平衡原理，下面进行详细阐述。
调速系统液压随动系统如图1所示存在两个闭环反馈：导叶开度控制环和主配控制环，当调速系统液压随动系统静态平衡时，导叶开度控制环和主配控制环必然平衡稳定。
假设导叶开度反馈为y，调速器电气控制系统pid模块输出的导叶开度给定为y给定，开度死区为y死区，开度差值为△y，导叶开度控制模块增益系数为ky，导叶开度控制模块输出的主配位置给定为m给定，主配位置反馈为m，主配电气中位设定值为m中(最高单位精度为i)，主配的动作死区为[m1，m2]，其中m1<0<m2，主配控制模块增益系数为km，主配控制模块输出的比例阀位置给定为b给定，比例阀电气设定中位为b0，比例阀的动作死区为[b1，b2]，调速器液压随动系统静态平衡时比例阀位置为b0平衡。
由于比例阀的动作死区很小，而且比例阀电气控制部分通常设计有以零为中心对称振荡电流信号，此振荡用以克服比例阀的动作死区，防止比例阀卡涩，由此，比例阀的动作死区缩小到可以认为是一个点，即比例阀的实际中位b0实际＝b1＝b2。
在导叶开度控制模块输出的主配位置给定m给定叠加一个主配试验信号m试验，用以调速器电气控制系统自动测量主配动作死区，未进行主配动作死区测量时，m试验＝0。
由图1所示，当调速系统液压随动系统静态平衡时，各变量必然满足以下关系
△y*ky＝m给定(1)
(m给定+m试验-m)*km＝b给定(2)
b给定+b0＝b0平衡(3)
b0平衡＝b0实际(4)
当︱y给定-y︱≤y死区时
△y＝0(5)
未进行主配动作死区测量时，由上述两式(2)(3)(4)可以得到：
(m给定-m)*km＝b0实际-b0(6)
由(6)式明显可以看出：
当m＝m给定时，b0＝b0实际；当m>m给定时，b0>b0实际；当m<m给定时，b0<b0实际。这就是理想情况下一种调速器比例阀中位自诊断自定位方法的表达，即若m＝m给定，则比例阀中位设定值b0设置合理，等于比例阀实际中位值b0实际；若m≠m给定，则比例阀电气中位漂移，比例阀中位设定值b0设置不合理，需调整b0，直到m＝m给定为止就调整完毕。
现场实际应用中，比例阀的动作死区不可能缩小到一个点，且主配位置反馈m存在测量误差，比例阀中位自诊断自定位方法应优化为：
当∣m-m给定∣≦ε时，b0＝b0实际；当m-m给定>ε时，b0>b0实际；当m-m给定<-ε时，b0<b0实际。这就是实际应用情况下一种调速器比例阀中位自诊断自定位方法的表达，即若∣m-m给定∣≦ε，则比例阀中位设定值b0设置合理，等于比例阀实际中位值b0实际；若∣m-m给定∣>ε，则比例阀电气中位漂移，比例阀中位设定值b0设置不合理，需调整b0，直到m＝m给定为止就调整完毕。
水轮发电机组并网运行过程中，由于调速器电控系统模拟量输出模块受温度变化、电源电压不稳等因素的影响，输出的比例阀驱动信号不可避免存在温漂现象，即比例阀驱动信号发生漂移，从而调速器比例阀电气中位产生偏移。这会导致当调速器液压随动系统静态平衡时，主配位置反馈的位置不在主配电气中位上，甚至导叶位置反馈与导叶开度给定形成静差，严重影响调速器液压随动系统调节品质，此时可通过这种方法自动诊断比例阀中位是否漂移并进行重新定位。
经过比例阀电气中位自诊断自定位处理后
b0＝b0实际(7)
由上述六式(1)(2)(3)(4)(5)(7)可以得到：
m＝m试验(8)
由(8)式明显可以看出，在调速器液压随动系统静态平衡，比例阀中位设定值设定合理前提下，若进行主配动作死区测量，主配位置反馈m主动跟踪主配试验信号m试验，否则，主配位置反馈m为0，主配位置被调速器电控系统调节到主配电气中位。
测量主配位置信号的传感器由于受温度变化、电源电压不稳等因素的影响，不可避免输出信号存在温漂现象，即主配位置反馈信号发生漂移，从而调速器主配电气中位产生偏移，设偏移量为△m，则主配位置实际反馈m实际＝m-△m＝-△m。
当主配电气中位偏移为正时，主配位置反馈偏关；当主配电气中位偏移为负时，主配位置反馈偏开。
当主配电气中位产生严重偏移，导致主配位置实际反馈
当︱y给定-y︱＞y死区时，调速系统液压随动系统静态平衡暂时打破，调速系统液压随动系统开始驱动比例阀、主配以及接力器动作，将导叶开度反馈y调节至导叶开度给定y给定附近位置，当︱y给定-y︱≤y死区时，调速器液压随动系统又恢复至静态平衡状态。
由于调速器主配电气中位漂移的持续作用，导致这个过程周而复始的进行，这就是调速器液压随动系统的动态平衡。主配电气中位的漂移情况越严重，这个过程的周期就越短，调速器主配及导叶调节就越频繁。当主配电气中位的漂移情况严重到一定程度时，就会导致导叶开度小幅频繁波动、主配阀芯位置频繁抽动、调速器液压跟随系统耗油量异常变大、调速器液压系统油泵频繁启停及油温升高等一系列问题，对机组设备产生不良影响，严重威胁并网机组的安全稳定运行。
为了解决机组并网运行过程中上述调速器液压随动系统主配和比例阀中位漂移问题，就需要实时对调速器主配电气中位和比例阀中位漂移进行自动诊断和智能定位。
本发明由调速器比例阀电气中位漂移自动诊断和智能定位方法、主配电气中位漂移自动诊断和智能定位方法两部分组成。
1)、比例阀电气中位自诊断自定位方法具体方法步骤如下：
①调速器电气控制系统采集主配位置反馈m、主配位置给定m给定等数据。
②检测调速器液压随动系统是否处于静态平衡，判据为：主配位置给定m给定保持不变。若满足就进行调速器比例阀中位自诊断，否则等待满足判据条件。
③进行调速器比例阀中位漂移自诊断，判据为：主配位置反馈m与主配位置给定m给定差值的绝对值小于ε，ε根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定；
若∣m-m给定∣≦ε，则此时比例阀中位设定值b0设置合理，等于比例阀实际中位值b0实际，进入主配电气中位诊断环节；若∣m-m给定∣>ε，则比例阀中位漂移，比例阀中位设定值b0设置不合理，执行步骤④，进行比例阀电气中位定位纠偏；
④进行比例阀电气中位定位纠偏，
若m-m给定<-ε，以比例阀中位设定值最高单位精度i为步长，逐渐增大比例阀中位设定值b0，返回步骤③；若m-m给定>ε时，以i为步长逐渐减小比例阀中位设定值b0，返回步骤③。增大或减小比例阀中位设定值b0的周期或速度可采用一些优化策略提高调整效率和精度。
2)、调速器主配电气中位漂移自动诊断方法步骤：
①调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统pid模块输出的导叶开度给定y给定，主配位置给定m给定等数据。
②判断相关数据是否满足调速器主配电气中位漂移判据：当导叶开度给定y给定稳定不变时，主配位置给定m给定调节周期小于阈值t。主配调节周期与机组调速器的接力器静态漂移速度和开度调节死区有关，t可根据机组实际情况综合考虑设定，一般不小于20s。
③若满足判据，则停止诊断，进入主配电气中位智能定位环节；若不满足判据，进入比例阀电气中位诊断环节。
3)、调速器主配电气中位自动智能定位方法步骤：
①调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统主配位置反馈m，导叶开度反馈y等数据
②检测当主配位置反馈∣m∣≦ε稳定不变时，导叶开度反馈y的变化趋势。
③若导叶开度反馈y逐渐减小，则调速器电控系统控制主配试验信号m试验以主配位置给定m给定的最高单位精度j为步长，逐渐增大；自动判断导叶开度反馈y开始不变和开始增大的临界点，将临界点的主配位置反馈通道值m通记录为主配的关方向动作死区m关和开方向动作死区m开。
④若导叶开度反馈y逐渐增大，则调速器电控系统控制主配试验信号m试验以主配位置给定m给定的最高单位精度j为步长，逐渐减小；自动判断导叶开度反馈y开始不变和开始减小的临界点，将临界点的主配位置反馈通道值m通记录为主配的关方向动作死区m开和开方向动作死区m关。
⑤调速器电控系统最终自动将调速器主配的动作死区中间值(m关+m开)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位m中，即完成了调速器主配中位自动定位，进入比例阀电气中位漂移自动诊断环节。
调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法流程图如图2所示。
4)、一种改进的调速器主配电气中位自动智能定位方法步骤：
步骤1：调速器电控系统实时采集调速器液压随动系统导叶开度给定y给定，主配位置给定m给定等数据；
步骤2：检测当导叶开度给定y给定稳定不变时，实时计算主配位置给定m给定调节周期；
步骤3：若主配位置给定m给定调节周期小于阈值t且主配位置给定m给定为开向调节时，则在整个主配电气中位定位过程中，将主配中位设定值减小最高单位精度值，调整周期与主配位置给定m给定调节周期正相关；若主配位置给定m给定调节周期小于阈值t且主配位置给定m给定为关向调节时，则在整个主配电气中位定位过程中，将主配中位设定值增加最高单位精度值，调整周期与主配位置给定m给定调节周期正相关；
步骤4：检测主配位置给定m给定调节周期是否满足以下判据，若主配位置给定m给定调节周期增大过程中首次大于阈值t’时，记录此时主配中位设定值m1；若主配位置给定m给定调节周期减小过程中首次小于阈值t’时，记录此时主配中位设定值m2；若未确定m2则返回步骤1；
步骤5：调速器电控系统最终自动将调速器主配中位设定值中间值(m1+m2)/2设为调速器主配位置反馈通道采样通道电气中位m中，即完成了调速器主配中位自动定位，进入比例阀电气中位漂移自动诊断环节。
改进的调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法流程图如图3所示。
实施例：
以向家坝水电站某台机组调速器液压随动系统中位调整为例：
本节以向家坝水电站某台机组调速器液压随动系统中位调整为例，说明调速器调速器液压随动系统中位自诊断自定位自适应方法在调速器液压随动系统中位调整中的应用，该方法可广泛应用于使用比例阀(或比例阀+步进电机等冗余配置)及主配、接力器作为执行机构形式的水轮发电机组。
在调速器无水试验过程中，将向家坝水电站某台机组调速器控制方式切为a套控制器在线，电手动运行方式，比例阀和主配、接力器作为执行机构，导叶开度开至65％，模拟机组并网负载态，强制输入机组转速50hz信号，保持电手动开度给定稳定不变，液压随动系统比例阀中位已准确设定为630码值(相当于比例阀全行程的2.4％)，此码值为比例阀的实际中位值，人为试验修改至700后进行试验数据录波，ε根据主配位置传感器测量精度和比例阀实际动作死区大小综合确定为10，比例阀中位设定值b0调整采用主配位置反馈m与主配位置给定m给定差值的绝对值小于ε累计20个程序执行周期调整一次的策略，比例阀中位调整数据记录表见表1，比例阀中位调整曲线图见图4。
由表1和图4可见，试验中，试验人员将控制程序中主配电气中位调整功能使能位置1，第10.1秒程序自动检测到比例阀中位设定值偏移，开始每2秒减少1个码值，直到第179.3秒，主配位置反馈m与主配位置给定m给定差值的绝对值小于ε为止，比例阀中位重新设定为比例阀的实际中位值633，调整结束。主配给定试验过程中一直为0。
表1比例阀中位调整数据记录表
向家坝水电站某台机组调速器a套控制器主配中位传感器为反向安装。在调速器无水试验过程中，将向家坝水电站某台机组调速器控制方式切为a套控制器在线，电手动运行方式，比例阀和主配、接力器作为执行机构，导叶开度开至65％，模拟机组并网负载态，强制输入机组转速50hz信号，保持电手动开度给定稳定不变，液压随动系统比例阀中位已调整完毕，准确设定后，通过人工整定，主配电气中位已准确设定为15771，人为修改至15950后进行试验，主配电气中位设定值调整周期为主配位置给定m给定调节周期的二分之一，t设为20秒，t’设为30秒，主配位置给定m给定调节周期初始化值为25秒，主配电气中位调整数据记录表见表1，主配电气中位调整曲线图见图3。
由表2和图5可见，试验中，试验人员将控制程序中主配电气中位调整功能使能位置1，第14秒程序自动检测到主配位置给定m给定调节周期为2.7秒，小于阈值t，开始以主配位置给定m给定调节周期二分之一为周期，减少1个码值，程序实时计算刷新主配位置给定m给定调节周期，第233.3秒，主配位置给定m给定调节周期开始大于阈值t’，直到第1140.6秒，主配位置给定m给定调节周期开始小于阈值t’为止，m1为15897，m2为15465主配电气中位重新设定为15681，调整结束。t’设置越大，最终主配电气中位设定值越接近主配电气中位实际值。
表2主配电气中位调整数据记录表