專利名稱：一種適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適應式的水輪發(fā)電機組綜合控制器。它是利用一臺計算機實現(xiàn)對頻率、水位、電壓、無功率及準同期的調(diào)節(jié)控制與限制保護的自動發(fā)電綜合控制。
背景技術：
根據(jù)檢索文獻可知，目前國內(nèi)外轉(zhuǎn)速、同期、勵磁及水位的控制都是各自構(gòu)成一套獨立系統(tǒng)、獨立的設備，還沒有真正的綜合控制裝置。調(diào)速器、準同期裝置、勵磁調(diào)節(jié)器及水位監(jiān)控分立設置，不但設備分散、接線復雜、體積大、元器件多、成本高、資源浪費，同時不便進行協(xié)調(diào)控制，不能達到最佳運行狀態(tài)，特別是在電力系統(tǒng)功率發(fā)生振蕩時，不利于提高系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性。一些高校研究多變量的線性、非線性最優(yōu)綜合控制器，目前還較難實用化，且不適用于中小型發(fā)電機組。觀察目前中小型電機勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元，多數(shù)采用無功變送器或電阻變流器變壓器耦合的電路，也有采用交流采樣求取無功電流。前者是模擬式，它存在機械磨損元件，同時響應時間響應精確度較差；后者雖是數(shù)字式但運算較復較難實用化，且不適用于中小型發(fā)電機組。觀察目前中小型電機勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元，多數(shù)采用無功變送器或電阻變流器變壓器耦合的電路，也有采用交流采用求取無功電流。前者是模擬式，它存在機械磨損元件，同時響應時間響應精確度較差；后者雖是數(shù)字式但運算較復雜不適于小型微型機組。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是設計一套多功能多任務的綜合控制器，其硬件系統(tǒng)是調(diào)速、調(diào)節(jié)勵磁、同期、水位及水機保護為一體，采用模塊化結(jié)構(gòu)，控制算法各自獨立，由協(xié)調(diào)決策單元進行協(xié)調(diào)控制。它除了勵磁、調(diào)速、同期、水位調(diào)整等常規(guī)控制保護功能外，還具有協(xié)調(diào)控制等功能。采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡的魯棒自適應PID控制，同時采用一種較簡便、準確的全數(shù)字無功補償單元。它可以共享資源、縮小體積、簡化結(jié)構(gòu)、簡化接線、降低成本、提高調(diào)節(jié)性能，在擾動時提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、安全性，在正常運行狀態(tài)下，提高調(diào)節(jié)精度，合理分配無功功率。主要用于中小型水輪發(fā)電機組發(fā)電控制。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器，勵磁調(diào)節(jié)單元、調(diào)速單元、同期單元、程控單元、機組保護單元、水位監(jiān)控單元共用就地控制裝置的一臺中央控制器，中央控制器通過現(xiàn)場總線與上位機相連，同時與廠內(nèi)其它機組、人機對話相連，上位機通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)與遠程調(diào)度控制中心聯(lián)接，中央控制器的勵磁調(diào)節(jié)單元通過同步與觸發(fā)單元與勵磁功率單元相連，勵磁功率單元與發(fā)電機的勵磁回路相連，同時中央控制器的調(diào)速單元又通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器與水輪機的調(diào)速隨動系統(tǒng)相連，中央控制器的同期單元通過合閘繼電器與斷路器執(zhí)行回路相連，中央控制器的程控單元通過中間繼電器與過程控制對象相連，水位監(jiān)控單元通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器與水輪機的調(diào)速隨動系統(tǒng)相連，機組保護單元通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器與水輪機的隨動系統(tǒng)相連，各單元的故障信號連接到報警信號裝置。
本控制器是一種多功能多任務的發(fā)電機組綜合控制器，其硬件系統(tǒng)是調(diào)速、調(diào)節(jié)勵磁、同期、水位及水機保護為一體，采用模塊化結(jié)構(gòu)，控制算法各自獨立，由協(xié)調(diào)決策單元進行協(xié)調(diào)控制。它除了勵磁、調(diào)速、同期、水位調(diào)整等常規(guī)控制保護功能外，還具有協(xié)調(diào)控制等功能。采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡的魯棒自適應控制，同時采用一種較簡便、準確的全數(shù)字無功補償單元?？刂葡到y(tǒng)包括調(diào)速、調(diào)節(jié)勵磁、同期及機組保護、水位控制等子系統(tǒng)。除了具有分立式裝置的常規(guī)功能外，它還具有協(xié)調(diào)、跟蹤控制等功能。在各種運行狀態(tài)對本機的勵磁、調(diào)速進行協(xié)調(diào)控制，解耦控制，同時與本電站其他機組間進行無功功率協(xié)調(diào)；控制器各單元數(shù)學算式各自獨立，其硬軟件資源共享。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明圖1為適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器原理框圖圖2為適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器的中央控制器結(jié)構(gòu)圖圖3為適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器相位差測量電路結(jié)構(gòu)圖圖中1為勵磁調(diào)節(jié)單元；2為調(diào)速單元；3為同期單元；4為程控單元；5為機組保護單元；6為水位監(jiān)控單元；7為上位機；8為網(wǎng)絡通信系統(tǒng)；9為遠程調(diào)度控制中心；10為廠內(nèi)其它機組；11為人機對話；A為模擬量測量單元；UF為發(fā)電機端電壓；UX為系統(tǒng)電壓；IF為發(fā)電機電流；IL為勵磁電流；B為開關量測量單元；DW為導水葉開放度；V為水位信號；DL1為斷路器位置信號；L為控制命令；C為數(shù)據(jù)量測量單元；N為轉(zhuǎn)速測量；GD為給定值；D為中央控制器；H為調(diào)速隨動系統(tǒng)；I為電液轉(zhuǎn)換中間接力器；E為同步與觸發(fā)單元；F為勵磁功率單元；HZ為合閘繼電器；DL2為斷路器執(zhí)行回路；K為過程控制對象；BZ為報警信號裝置；W為水輪機；G為發(fā)電機；BA為電流變送器；BV為電壓互感器；Ф為相位差測量電路；LH為電流互感器，YH為電壓互感器。
實施例本實用新型“一種適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器”，其勵磁調(diào)節(jié)單元(1)、調(diào)速單元(2)、同期單元(3)、程控單元(4)、機組保護單元(5)、水位監(jiān)控單元(6)共用就地控制裝置(LCU)的一臺中央控制器(D)。中央控制器(D)通過現(xiàn)場總線(CAN)與上位機(7)相連，同時與廠內(nèi)其它機組(10)、人機對話(11)相連，上位機通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)(8)與遠程調(diào)度控制中心(9)聯(lián)接。中央控制器(D)的勵磁調(diào)節(jié)單元(1)通過同步與觸發(fā)單元(E)與勵磁功率單元(F)相連，勵磁功率單元(F)與發(fā)電機(G)的勵磁回路相連，同時中央控制器(D)的調(diào)速單元(2)又通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器(I)與水輪機(W)的調(diào)速隨動系統(tǒng)(H)相連。中央控制器(D)的同期單元(3)通過合閘繼電器(Hz)與斷路器執(zhí)行回路(DL2)相連，中央控制器(D)的程控單元(4)通過中間繼電器(CZ)與過程控制對象(K)。水位監(jiān)控單元(6)通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器(I)與水輪機(W)的調(diào)速隨動系統(tǒng)(H)相連，機組保護單元(5)通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器(I)與水輪機(W)的隨動系統(tǒng)(H)相連；模擬量測量單元(A)的發(fā)電機端電壓(UF)、發(fā)電機端電流(IF)、勵磁電流(IL)、勵磁電壓(UL)、系統(tǒng)電壓(UX)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后接至中央控制器(D)；開關量測量單元(B)的導水葉開度(DW)，水位型號(V)，斷路器及各種保護的開關信號(DL1)、控制命令(L)，以及數(shù)據(jù)量測量單元(C)的轉(zhuǎn)速測量(N)，給定值(GD)分別經(jīng)光耦(GO)接到中央控制器(D)；模擬量測量單元(A)中的電流互感器(BA)和電壓互感器(BV)經(jīng)相位差測量電路(Ф)接至中央控制器(D)的勵磁單元。
由相位差電路及軟件求無功電流，它比用無功變送器及用調(diào)差電阻與變送器等耦合構(gòu)成的無功補償電路或用交流采樣傅里葉變換求無功電流，簡單、準確、響應速度快。
協(xié)調(diào)控制一是本機轉(zhuǎn)速與勵磁協(xié)調(diào)，它是以在大擾動時電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定為目標，并使電壓、頻率不越限，保證發(fā)電機及電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性；在正常運行狀態(tài)及小擾動時保證電壓、頻率在給定偏差值內(nèi)；二是按給定比例協(xié)調(diào)分配無功功率及按經(jīng)濟負荷分配有功功率。
跟蹤控制是在起機起勵后同期過程中跟蹤電力系統(tǒng)頻差、電壓、相角，以加快并列過程。
控制器采用改進型PID模式，同時按不同運行狀態(tài)(起機、起勵、同期、正常運行、大擾動等)自動改變中央控制器(D)的數(shù)學結(jié)構(gòu)與參數(shù)。
權利要求1.一種適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器，其特征在于勵磁調(diào)節(jié)單元(1)、調(diào)速單元(2)、同期單元(3)、程控單元(4)、機組保護單元(5)、水位監(jiān)控單元(6)共用就地控制裝置(LCU)的一臺中央控制器(D)，中央控制器(D)通過現(xiàn)場總線(CAN)與上位機(7)相連，同時與廠內(nèi)其它機組(10)、人機對話(11)相連，上位機通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)(8)與遠程調(diào)度控制中心(9)聯(lián)接，中央控制器(D)的勵磁調(diào)節(jié)單元(1)通過同步與觸發(fā)單元(E)與勵磁功率單元(F)相連，勵磁功率單元(F)與發(fā)電機(G)的勵磁回路相連，同時中央控制器(D)的調(diào)速單元(2)又通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器(I)與水輪機(W)的調(diào)速隨動系統(tǒng)(H)相連，中央控制器(D)的同期單元(3)通過合閘繼電器(HZ)與斷路器執(zhí)行回路(DL2)相連，中央控制器(D)的程控單元(4)通過中間繼電器(CZ)與過程控制對象(K)相連，水位監(jiān)控單元(6)通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器(I)與水輪機(W)的調(diào)速隨動系統(tǒng)(H)相連，機組保護單元(5)通過電液轉(zhuǎn)換中間接力器(I)與水輪機(W)的隨動系統(tǒng)(H)相連，各單元的故障信號連接到報警信號裝置(BZ)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器，其特征在于模擬量測量單元(A)的發(fā)電機端電壓(UF)、勵磁電流(IL)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后接至中央控制器(D)；開關量測量單元(B)的導水葉開度(DW)，水位信號(V)，斷路器及各種保護的開關信號(DL1)、控制命令(L)，以及數(shù)據(jù)量測量單元(C)的轉(zhuǎn)速測量(N)，給定值(GD)分別經(jīng)光耦(GO)接到中央控制器(D)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種適應式水輪發(fā)電機綜合控制器，其特征在于模擬量測量單元(A)中的電流互感器(BA)和電壓互感器(BV)經(jīng)相位差測量電路(Φ)接至中央控制器(D)勵磁單元(1)。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能多任務的適應式水輪發(fā)電機組綜合控制器。勵磁調(diào)節(jié)單元、調(diào)速單元、同期單元、程控單元、水位測控單元、機組保護單元共用一臺中央控制器。綜合控制器為模塊式結(jié)構(gòu)，軟件各自獨立，由協(xié)調(diào)決策單元進行協(xié)調(diào)控制。中央控制器通過現(xiàn)場總線與上位機進行通信，并與其它機組聯(lián)接，形成分布控制系統(tǒng)，模擬量、開關量、數(shù)字量等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別通過A/D與光耦接到中央控制器。中央控制器輸出經(jīng)功率放大，信號轉(zhuǎn)換后送到勵磁、轉(zhuǎn)速、水位、程控、同期器等執(zhí)行單元。采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡的魯棒自適應控制器。
文檔編號F03B15/00GK2929234SQ200620117208
公開日2007年8月1日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權日2006年5月11日
發(fā)明者戴樹梅, 戴超波, 施隆照 申請人:國科智海(福建)系統(tǒng)控制有限責任公司