一种监测发电机组效率的水轮机调速器控制方法和装置与流程
本发明涉及水轮机调速器技术领域，具体涉及一种监测发电机组效率的水轮机调速器控制方法和装置。
背景技术：
当今世界各国把开发水电放在了能源开发的优先位置，水轮机作为水轮发电机组最为关键的部件之一，水轮机的效率直接影响着整个机组的效益。水电站每年都会专门做水轮机效率试验，缺乏对于机组效率实时监测的常规手段。
对于机组的效率试验，电站一般是例行检测是否合格，或者根据总体运行情况决定是否进行整体优化，并不会通过改变单台机组的运行工况，来获取更高实时效率。提高机组效率，可以使有限的水资源发出更多的电能。
水电站在运行的时候，水头是变化的。虽然有设计水头，但机组并不是一定在设计水头下运行，机组的运行水头是一个范围。在不同水头下，水轮机的效率是不同的，一般来说，水轮机在某水头下有最高效率点，在这个水头附近下工作，偏离越远，效率越低。水轮机在某一固定水头下，流量不同效率也不同，若某流量下达到该水头下的最高效率，那么流量偏离越多，效率越低。如果导叶开度不合适，某些水头下可能效率很低。
在水电站建设初期，水轮机选型的时候，水头范围和水轮机效率是重要的选型依据。(优选较大的水头范围内拥有较高效率且能有较高出力的水轮机)
在水电站建成后，设备已经定型，只需要定期做效率试验来检验即可，投产后有时候也会作一些流道或者叶片的优化来提高效率。
调速器作为水电站所必须的设备，也是水轮机控制的核心设备。实际投产的调速器所控制的水轮机是固定单一的，具有自身运转特性，在不同水头，不同流量工况下，效率是变化的。目前仅有部分电站具有实时监测机组效率的设备，且一般只作参考，不参与控制。目前调速器无法通过自动适应水头变化来提高效率。
技术实现要素：
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种监测发电机组效率的水轮机调速器控制方法和装置，解决了目前调速器无法通过自动适应水头变化来提高效率的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种监测发电机组效率的水轮机调速器控制方法，包括步骤：
根据发电机功率、流量和机组水头数据计算水轮发电机组实时效率；
将水轮发电机组实时效率与当前机组水头下的理论机组效率相减，如果偏差超过设定阈值，则发出报警信号；否则，
根据特征水头和对应的最优效率开度得到当前机组水头的最优效率开度，进而调节导叶开度，使机组在当前水头的最高效率下运行。
进一步的，所述水轮发电机组实时效率，计算公式为：
其中，η为水轮发电机组实时效率，ηt为水轮机效率，ηg为发电机效率，p为发电机功率，单位kw，q为流量，单位m3/s，hr为机组水头，单位m。
进一步的，所述根据特征水头和对应的最优效率开度得到当前机组水头的最优效率开度，方法为：根据特征水头和最优效率开度，使用插值修正法得到当前机组水头对应的最优效率开度。
进一步的，插值修正法为：若机组当前水头h，位于两邻近的特征水头ha和hb之间，特征水头ha和hb所对应的最优效率开度为ya和yb，则当前机组水头对应的最优效率开度
进一步的，所述当前机组水头获取方法为：上游水位减去下游水位，再减去水力损失；
如果上游水位反馈故障或/和下游水位反馈故障，则当前机组水头为人工设定的水头；
若当前机组水头小于最小设定水头，则令当前机组水头为最小设定水头；
若当前机组水头大于最大设定水头，则令当前机组水头为最大设定水头。
一种监测发电机组效率的水轮机调速器控制装置，包括：
机组实时效率计算模块，用于根据发电机功率、流量和机组水头数据计算水轮发电机组实时效率；
报警模块，用于将水轮发电机组实时效率与当前机组水头下的理论机组效率相减，如果偏差超过设定阈值，则发出报警信号；
导叶开度自动调节模块，用于在偏差不超过设定阈值情况下，根据特征水头和对应的最优效率开度得到当前机组水头的最优效率开度，进而调节导叶开度，使机组在当前水头的最高效率下运行。
进一步的，所述水轮发电机组实时效率，计算公式为：
其中，η为水轮发电机组实时效率，ηt为水轮机效率，ηg为发电机效率，p为发电机功率，单位kw，q为流量，单位m3/s，hr为机组水头，单位m。
进一步的，所述根据特征水头和对应的最优效率开度得到当前机组水头的最优效率开度，方法为：根据特征水头和最优效率开度，使用插值修正法得到当前机组水头对应的最优效率开度。
进一步的，插值修正法为：若机组当前水头h，位于两邻近的特征水头ha和hb之间，特征水头ha和hb所对应的最优效率开度为ya和yb，则当前机组水头对应的最优效率开度
进一步的，所述当前机组水头获取方法为：上游水位减去下游水位，再减去水力损失；
如果上游水位反馈故障或/和下游水位反馈故障，则机组水头为人工设定的水头；若当前机组水头小于最小设定水头，则令当前机组水头为最小设定水头；
若当前机组水头大于最大设定水头，则令当前机组水头为最大设定水头。
本发明所达到的有益效果：本发明根据发电机功率、流量和机组水头数据计算水轮发电机组实时效率，将水轮发电机组实时效率与当前机组水头下的理论机组效率相减，如果偏差超过设定阈值，则发出报警信号；否则根据特征水头和对应的最优效率开度得到当前机组水头的最优效率开度，进而调节导叶开度，使机组在当前水头的最高效率下运行。
当机组实时效率异常时，发出报警提醒，在正常效率下，根据水头的变化，自动控制导叶开度，使水轮发电机组始终运行在当前水头的最优效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中水头变化自动控制导叶开度的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，一种监测发电机组效率的水轮机调速器控制方法，包括步骤：
步骤1，根据发电机功率、流量和机组水头数据计算水轮发电机组实时效率；
水轮机效率的计算公式为：
发电机效率的计算公式为：
水轮发电机组实时效率的计算公式为：
其中，η为发电机组效率，ηt为水轮机效率，ηg为发电机效率，p为发电机功率，单位kw，q为流量，单位m3/s，hr为机组水头，单位m。
由上述公式可知，有功率、流量、机组水头数据，就可以计算出水轮发电机组效率。功率信号由功率变送器提供。
由水位计测量上下游水位差，上游水位减去下游水位就是毛水头，再减去水力损失，就是机组水头。
如果上游水位反馈故障或/和下游水位反馈故障，则机组水头为人工设定的水头，且对上游水位故障报警；
流量信号由流量计提供。常规调速器具有水头和功率信号，只需接入流量计信号，在plc编程中设置水力损失，就可以计算出机组的实时效率。
步骤2，将水轮发电机组实时效率(图1中用η1表示)与机组当前机组水头下的理论机组效率(图1中用η0表示)相减，如果偏差超过设定阈值θ，则发出报警信号，表明机组效率低；否则，进入步骤3；
考虑到机组的过渡过程情况，该报警需要加延时以避免误报。效率偏差达到多少报警根据实际情况设值，报警延时也可以按照实际需求修改。
步骤3，根据特征水头和对应的最优效率开度的数组关系，得到当前机组水头的最优效率开度目标值，根据所述目标值调节导叶开度(即图1中的开度pi调节)，使机组能够在当前水头的最高效率下运行。
若当前机组水头h小于最小设定水头hmin，则令当前机组水头h为最小设定水头hmin；
若当前机组水头h大于最大设定水头hmax，则令当前机组水头h为最大设定水头hmax；
根据机组的实际情况，获取该机组若干个特征水头、理论最优效率、最优效率对应的导叶开度，得到表1。根据特征水头和最优效率开度，使用插值修正法得到当前机组水头对应的最优效率开度；
插值修正法，是根据水轮机机组特性曲线的特征所开发的一种精度高于插值法的算法。若当前机组水头h，位于两邻近的特征水头ha和hb之间，特征水头ha和hb所对应的最优效率开度为ya和yb，则当前机组水头对应的最优效率开度
采用本发明的差值修正法，插值的准确率更高。
由于使用的是插值修正法，所以特征水头取的越多，最优效率对应的开度就会越精确。如表1所示，取了七个特征水头，根据测量到的当前水头，运算得到当前的最优效率开度。
表1是某机组在额定负荷下，特征水头、最优效率、开度关系表
将最优效率的开度赋予导叶开度给定并执行，将导叶开度调节到最优开度位置。
实施例2：
一种监测发电机组效率的水轮机调速器控制装置，包括：
机组实时效率计算模块，用于根据发电机功率、流量和机组水头数据计算水轮发电机组实时效率；
报警模块，用于将水轮发电机组实时效率与当前机组水头下的理论机组效率相减，如果偏差超过设定阈值，则发出报警信号；
导叶开度自动调节模块，用于在偏差不超过设定阈值情况下，根据特征水头和对应的最优效率开度得到当前机组水头的最优效率开度，进而调节导叶开度，使机组在当前水头的最高效率下运行。
进一步的，所述水轮发电机组实时效率，计算公式为：
其中，η为水轮发电机组实时效率，ηt为水轮机效率，ηg为发电机效率，p为发电机功率，单位kw，q为流量，单位m3/s，hr为机组水头，单位m。
进一步的，所述根据特征水头和对应的最优效率开度得到当前机组水头的最优效率开度，方法为：根据特征水头和最优效率开度，使用插值修正法得到当前机组水头对应的最优效率开度。
进一步的，插值修正法为：若机组当前水头h，位于两邻近的特征水头ha和hb之间，特征水头ha和hb所对应的最优效率开度为ya和yb，则当前机组水头对应的最优效率开度
进一步的，所述当前机组水头获取方法为：上游水位减去下游水位，再减去水力损失；
如果上游水位反馈故障或/和下游水位反馈故障，则机组水头为人工设定的水头；若当前机组水头小于最小设定水头，则令当前机组水头为最小设定水头；
若当前机组水头大于最大设定水头，则令当前机组水头为最大设定水头。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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