水电站LCU开度模拟量开环和闭环及变积分闭环相结合的控制方法及系统与流程

本发明涉及，特别是一种水电站lcu开度模拟量开环和闭环及变积分闭环相结合的控制方法及系统。

背景技术：

1、目前，水轮发电机组运行过程中，开度模式下监控系统通常采用功率闭环常规脉冲调节方式，通过中间继电器，输出开度增减脉冲给调速器电控系统，以实现控制水轮发电机组开度控制，存在导叶开度和有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题等问题。为了弥补上述不足之处，中国长江电力股份有限公司申请了发明专利“导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法及系统”(zl202011418747.0)公开了一种方法及系统。该方法基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表，开环控制与闭环控制相结合的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，提高调节品质。然而该方法仅实现了一种开方向的水电站监控系统导叶开度模拟量开环和闭环相结合控制方法。中国长江电力股份有限公司全资子公司三峡金沙江川云水电开发有限公司在此基础上进行了研究改进，优化了该方法。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种水电站lcu开度模拟量开环和闭环及变积分闭环相结合的控制方法及系统，本发明可以实现开关双向开环和闭环相结合控制，既有开环控制快速的特点，还有闭环控制精准的长处，从而同时满足了调节过程速动性好，调节稳定后无静差的要求，提高了动态和静态调节品质。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的控制方法，包括以下步骤：

3、s1、初始化监控系统控制参数△d、△d2、控制变量d1控制、d2控制、方向系数k、自加转换系数k2及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化；

4、s2、监控系统采集有功功率给定值g给定，导叶开度反馈d，机组水头w,；

5、s3、监控系统检测是否处于开度模式，若是，进入步骤s4；否则，采用非开度模式控制，返回步骤s2；

6、s4、监控系统检测有功功率给定值g给定是否刷新，若是，进入步骤s5；否则，进入步骤s9；

7、s5、监控系统根据有功功率给定值g给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值d表；

8、s6、控制变量d1控制赋初值d；

9、s7、监控系统检测d表是否变大，若是，k＝1，进入步骤s9；否则，进入步骤s8；

10、s8、监控系统检测d表是否变小，若是，k＝-1，进入步骤s9；否则，直接进入步骤s9；

11、s9、d1控制＝d1控制+k*△d，△d为控制参数增加步长；

12、s10、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤s11；否则，进入步骤s12；

13、s11、监控系统检测是否d1控制>d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s14；否则，直接进入步骤s14；

14、s12、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤s13；否则，进入步骤s14；

15、s13、监控系统检测是否d1控制<d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s14；否则，直接进入步骤s14；

16、s14、若∣d表-d∣<△d2，进入步骤s15；否则，进入步骤s16；

17、s15、d2控制＝d2控制+k2*(g给定-g)；

18、s16、d控制＝d1控制+d2控制；

19、s17、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号d控制，返回步骤s2。

20、作为本发明的进一步改进，步骤s5具体如戏：

21、所述水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如下：

22、 <![cdata[w₁]]> <![cdata[w₂]]> … <![cdata[w_x-1]]> <![cdata[w_x]]> … <![cdata[w_p-1]]> <![cdata[w_p]]> <![cdata[g₁]]> <![cdata[d_1,1]]> <![cdata[d_2,1]]> … <![cdata[d_x-1，1]]> <![cdata[d_x，1]]> … <![cdata[d_p-1,1]]> <![cdata[d_p，1]]> <![cdata[g₂]]> <![cdata[d_1,2]]> <![cdata[d_2,2]]> … <![cdata[d_x-1，2]]> <![cdata[d_x，2]]> … <![cdata[d_p-1,2]]> <![cdata[d_p，2]]> … … … … … … … … … <![cdata[g_y-1]]> <![cdata[d_1，y-1]]> <![cdata[d_2，y-1]]> … <![cdata[d_x-1，y-1]]> <![cdata[d_x，y-1]]> … <![cdata[d_p-1,y-1]]> <![cdata[d_p，y-1]]> <![cdata[g_y]]> <![cdata[d_1，y]]> <![cdata[d_2，y]]> … <![cdata[d_x-1，y]]> <![cdata[d_x，y]]> … <![cdata[d_p-1,y]]> <![cdata[d_p，y]]> … … … … … … … … … <![cdata[g_q-1]]> <![cdata[d_1，q-1]]> <![cdata[d_2，q-1]]> … <![cdata[d_x-1，q-1]]> <![cdata[d_x，q-1]]> … <![cdata[d_p-1,q-1]]> <![cdata[d_p，q-1]]> <![cdata[g_q]]> <![cdata[d_1，q]]> <![cdata[d_2，q]]> … <![cdata[d_x-1，q]]> <![cdata[d_x，q]]> … <![cdata[d_p-1,q]]> <![cdata[d_p，q]]>

23、上表中，p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，dx,y为wx水头gy有功功率对应的导叶开度；

24、若wx-1≤w≤wx，gy-1≤g给定≤gy，则：

25、d表y-1＝dx-1，y-1+(dx，y-1-dx-1，y-1)(w-wx-1)/(wx-wx-1)；

26、d表y＝dx-1，y+(dx，y-dx-1，y)(w-wx-1)/(wx-wx-1)；

27、d表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g给定-gy-1)/(gy-gy-1)。

28、本发明还公开了一种水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的控制系统，包括：

29、查表计算模块，用于采集有功功率给定g给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果d表给限幅模块；

30、循环自加1模块，用于监测d表变化使能信号，并采集导叶开度信号d；当使能信号动作时，d1控制赋初值d；循环自加1模块不断对d1控制循环自加k*△d，输出d1控制给限幅模块；

31、限幅模块，用于采集查表计算模块输出的d表和循环自加1模块输出的d1控制，对d1控制进行限幅输出，若k＝1则最大值为d表，若k＝-1则最小值为d表；限幅模块将导叶开度模拟量控制信号d1控制输出给加法器；

32、循环自加2模块，用于监测∣d表-d∣<△d2使能信号，并采集有功功率给定g给定、功率反馈g以及转换系数k2；当使能信号动作时，d2控制赋初值0；循环自加2模块不断对d2控制循环自加k2*(g给定-g)，输出d2控制给加法器；

33、加法器，用于采集限幅模块输出的d1控制和循环自加2模块输出的d2控制，相加后输出导叶开度模拟量控制信号d控制给调速器电控系统。

34、本发明还公开了一种水电站lcu开度模拟量开环和变积分闭环相结合控制方法，包括以下步骤：

35、s1、初始化监控系统控制参数△d、△d2、控制变量d1控制、d2控制、方向系数k、自加转换系数k2及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化；

36、s2、监控系统采集有功功率给定值g给定，导叶开度反馈d，机组水头w；

37、s3、监控系统检测是否处于开度模式，若是，进入步骤s4；否则，采用非开度模式控制，返回步骤s2；

38、s4、监控系统检测有功功率给定值g给定是否刷新，若是，进入步骤s5；否则，进入步骤s9；

39、s5、监控系统根据有功功率给定值g给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值d表；

40、s6、控制变量d1控制赋初值d，进入步骤s7；

41、s7、监控系统检测d表是否变大，若是，k＝1，进入步骤s9；否则，进入步骤s8；

42、s8、监控系统检测d表是否变小，若是，k＝-1，进入步骤s9；否则，直接进入步骤s9；

43、s9、d1控制＝d1控制+k*△d，△d为控制参数增加步长；

44、s10、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤s11；否则，进入步骤s12；

45、s11、监控系统检测是否d1控制>d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s14；否则，进入步骤s14；

46、s12、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤s13；否则，进入步骤s14；

47、s13、监控系统检测是否d1控制<d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s14；否则，直接进入步骤s14；

48、s14、若∣d表-d∣<△d2，进入步骤s15；否则，进入步骤s17；

49、s15、若∣d表-d∣<△d3，则k2＝j2，进入步骤s16步；否则，k2＝j1，进入步骤s16；

50、s16、d2控制＝d2控制+k2*(g给定-g)；

51、s17、d控制＝d1控制+d2控制；

52、s18、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号d控制，返回步骤s2。

53、作为本发明的进一步改进，步骤5具体如下：

54、所述水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表下：

55、 <![cdata[w₁]]> <![cdata[w₂]]> … <![cdata[w_x-1]]> <![cdata[w_x]]> … <![cdata[w_p-1]]> <![cdata[w_p]]> <![cdata[g₁]]> <![cdata[d_1,1]]> <![cdata[d_2,1]]> … <![cdata[d_x-1，1]]> <![cdata[d_x，1]]> … <![cdata[d_p-1,1]]> <![cdata[d_p，1]]> <![cdata[g₂]]> <![cdata[d_1,2]]> <![cdata[d_2,2]]> … <![cdata[d_x-1，2]]> <![cdata[d_x，2]]> … <![cdata[d_p-1,2]]> <![cdata[d_p，2]]> … … … … … … … … … <![cdata[g_y-1]]> <![cdata[d_1，y-1]]> <![cdata[d_2，y-1]]> … <![cdata[d_x-1，y-1]]> <![cdata[d_x，y-1]]> … <![cdata[d_p-1,y-1]]> <![cdata[d_p，y-1<!-- 3 -->]]> <![cdata[g_y]]> <![cdata[d_1，y]]> <![cdata[d_2，y]]> … <![cdata[d_x-1，y]]> <![cdata[d_x，y]]> … <![cdata[d_p-1,y]]> <![cdata[d_p，y]]> … … … … … … … … … <![cdata[g_q-1]]> <![cdata[d_1，q-1]]> <![cdata[d_2，q-1]]> … <![cdata[d_x-1，q-1]]> <![cdata[d_x，q-1]]> … <![cdata[d_p-1,q-1]]> <![cdata[d_p，q-1]]> <![cdata[g_q]]> <![cdata[d_1，q]]> <![cdata[d_2，q]]> … <![cdata[d_x-1，q]]> <![cdata[d_x，q]]> … <![cdata[d_p-1,q]]> <![cdata[d_p，q]]>

56、上表中，p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，dx,y为wx水头gy有功功率对应的导叶开度；

57、若wx-1≤w≤wx，gy-1≤g给定≤gy，则：

58、d表y-1＝dx-1，y-1+(dx，y-1-dx-1，y-1)(w-wx-1)/(wx-wx-1)；

59、d表y＝dx-1，y+(dx，y-dx-1，y)(w-wx-1)/(wx-wx-1)；

60、d表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g给定-gy-1)/(gy-gy-1)。

61、本发明还公开了一种水电站lcu开度模拟量开环和变积分闭环相结合控制系统，包括：

62、查表计算模块，用于采集有功功率给定g给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果d表给限幅模块；

63、循环自加1模块，用于监测d表变化使能信号，并采集导叶开度信号d；当使能信号动作时，d1控制赋初值d；循环自加1模块不断对d1控制循环自加k*△d，输出d1控制给限幅模块；

64、限幅模块，用于采集查表计算模块输出的d表和循环自加1模块输出的d1控制，对d1控制进行限幅输出，若k＝1则最大值为d表，若k＝-1则最小值为d表；限幅模块将导叶开度模拟量控制信号d1控制输出给加法器；

65、循环自加2模块，用于监测∣d表-d∣<△d2使能信号，并采集有功功率给定g给定、功率反馈g以及转换系数k2；当使能信号动作时，d2控制赋初值0；循环自加2模块不断对d2控制循环自加k2*(g给定-g)，输出d2控制给加法器；

66、选择器2模块，用于监测∣d表-d∣<△d3选择信号，其通道0采集转换系数j1，通道1采集转换系数j2；当∣d表-d∣<△d3不满足时，选择器2模块选择通道0，输出转换系数k2＝j1；当∣d表-d∣<△d3满足时，选择器2模块选择通道1，输出转换系数k2＝j2；选择器2模块将转换系数k2输出给循环自加2模块；

67、加法器，用于采集限幅模块输出的d1控制和循环自加2模块输出的d2控制，相加后输出导叶开度模拟量控制信号d控制给调速器电控系统。

68、本发明的有益效果是：

69、本发明的控制方法可以实现开关双向开环和闭环相结合控制，既有开环控制快速的特点，还有闭环控制精准的长处，从而同时满足了调节过程速动性好，调节稳定后无静差的要求，提高了动态和静态调节品质。具体体现在：

70、1、可以实现开关双向开环和闭环相结合控制。

71、2、具有开环调节快速的特点，从而提高了调节过程速动性。

72、3、可以通过开环控制避免调节过程中受到水锤反作用和机组惯性作用的影响，降低整个控制系统发散振荡的风险。

73、4、具有闭环控制精准的优点，调节稳定后无静差，提高了动态和静态调节品质。

74、5、通过变积分闭环控制可以提高机组导叶开度和有功功率的小幅度或末端调整的性能和品质。。