水轮机调速器的智能控制策略.研究

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1、重庆大学硕士学位论文1．2我国水轮机调速器及其控制规律研究的状况我国的水轮机调速器的硬件结构是随着机械制造技术和自动控制技术的发展而发展的，先后由机械液压调速器，电液调速器逐步发展为微机调速器。50年代初期，哈尔滨电机厂仿制的机械液压调速器，开创了我国生产调速器的历史。这一时期还研制成功了大型电子管式电液调速器，并经改进后先后投入运行。70年代初，天津电气传动设计研究所组织机械部及水电部的相关部门研究出我国首台晶体管电液调速器。80年代初，我国开始了以微处理器为核心的电液调速器的研制，从那时起，微机调速器慢慢地成为调速器的主流，得到广泛应用。华中科技大学研制的微机调速器于1984年11

2、月在湖南欧阳海水电厂投入运行。1989年华中科技大学又研制生产了以z．80单板机为核心的双微机调速器。90年代以来，随着可编程序控制器(PLC)技术的不断完善，各单位相继开展了将PLC应用到调速器中的研究工作。首台PLC调节器于1993年5月在欧阳海水电厂投入运行。目前，基于PLC的电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。另外，华中科技大学还与其他单位合作研制出以8086、8096CPU为核心，采用STD总线结构和MIC一2000工控机型双微机调速器，并成功地在岩滩、宝珠寺等水电厂投入运行。南京电力自动化研究院在继承ST-700系列微机调速器的双微机双通道系统结构的基础上，研制出

3、基于MC68322CPU的多微机水轮机调速器。调速器所采用的控制规律不仅取决于调速器的硬件构成，也与控制科学的发展紧密相关。早期的机械调速器的控制规律完全以机械方式实现，均为简单的PI型。后来发展起来的电气液压调速器控制规律有了改善，一般为PID型或其改进型，但由于电液调速器的功能完全靠硬件实现，其功能的改变和增加非常困难，控制方式不能随工况的改变而改变。微机调速器的出现为现代控制技术及智能控制技术在水轮机调速系统中的应用创造了条件，但是由于计算速度和可靠性方面的限制，现在投入运行的微机调速器都是应用PID调节规律，区别只是实现的方法不同，如南京电力自动化研究院的ST-700型采用变结

4、构、变参数的改进型PID控制规律，瑞典的ASEA公司的HPC600采用变参数PID控制，可按不同的工况给定参数【31。1．3微机调速器的现状和发展趋势①我国的微机调速器的特点1)除南京电力自动化研究院自制外，其余都以进口PLC(可编程控制器)、PCC2重庆大学硕士学位论文绪论(可编程计算机控制器)或IPC(工业控制计算机)为核心。2)多采用基本PID或改进的PID控制算法。3)功能较全，除转速控制外还可按用户要求增设有功功率控制。4)具有较强的自诊断和容错功能。②国外的同类产品具有以下优点1)PID参数可按空载、并小网或孤立运行、并大网运行三种工况给定。2)智能化功能增强，如VOITH

5、公司的500系列产品有机组启动加速控制功能，有的调速器还装有实时仿真器。⑨微机调速器的发展趋势1)随着计算机技术的发展，微机调速器的将加快更新换代。2)使用新的智能化调节规律，以提高产品的动静态性能，适应不同的运行工况，实现参数自优化和自适应控制等。3)不断提高和扩充微机调速器的功能，例如实现油压装置的压力控制、储能罐的液位控制、自动补气控制、机组自动化控制，有功功率和频率的自动控制，以及仿真的功能等。1．4智能控制技术在调速器中的应用研究微机调速器的出现和微机运算速度的加快，给智能控制策略用于调速器打下了物质基础。为了满足现代电力系统对调速器的发展的要求，本文对水轮机调速器智能控制策

6、略作了研究，下面简要介绍智能控制技术在水轮机调速器中的应用研究状况。智能控制是控制理论发展的高级阶段，主要用来解决那些传统的控制方法难以解决的复杂系统的控制问题卜”，目前对水轮机调速系统的研究主要集中在以下几个方面：模糊控制，神经网络控制和遗传算法等【61。模糊控制的优点是不需要水轮机的精确数学模型，并且具有较快的收敛性和较强的鲁棒性，但是仍然难以适应水轮机大范围调节的要求，需要对模糊控制规律和参数不断调整，目前需要解决的主要问题是调节品质的问题，如超调量和稳定时间，以及提高学习能力【7~8】。目前将神经网络用于水轮机调速器的研究主要是利用神经网络表达非线性系统的能力和自适应学习的功能

7、来解决系统的控制问题，这样就必须解决水轮发电机组的模型辨识问题[9-12】，同时还要解决神经网络算法计算速度慢，不易收敛的问题，这也是本文将要做的工作。遗传算法由于强大的并行运算能力，正在被广泛用于调速器参数优化和轮发电3重庆大学硕士学位论文机组的模式识别中【13—7]。遗传算法目前主要的问题是适配值调整、变异交叉参数调整不当容易引起计算量过大，使种群收敛速度过慢或种群早熟。对遗传算法在水轮机调速器中的应用研究也是本文的工作之一。1．5论文的主