本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，并且更具體地，涉及全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速方法。

背景技術(shù)：

1、大型混流式水電機組，其全年運行期間水頭是不斷變化的，機組功率控制調(diào)節(jié)特性與水頭密切相關(guān)。在綜合穩(wěn)定計算程序中的水輪機調(diào)速系統(tǒng)模型是不考慮水頭的影響因素，假設(shè)水頭是恒定不變的。實際的水輪機組在同一組功率pid控制參數(shù)、不同水頭下時，水輪機組功率調(diào)節(jié)特性不一致，并且在高水頭時機組調(diào)節(jié)特性與低水頭時機組調(diào)節(jié)特性差別明顯。這就使得在全水頭下水輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)實際的控制特性與電網(wǎng)仿真程序中的模型仿真特性有較大差別。

2、因此，需要一種全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)，使得仿真模型特性始終與實際水輪機調(diào)節(jié)特性保持一致。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速方法，以解決如何使水輪機調(diào)速系統(tǒng)與實際水輪機的調(diào)節(jié)特性一致的問題。

2、為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：依次連接的頻率前饋調(diào)節(jié)模塊、功率pid調(diào)節(jié)模塊、執(zhí)行機構(gòu)、水輪機和發(fā)電機，以及分別與所述執(zhí)行機構(gòu)和水輪機相連接的自適應(yīng)控制單元；其中，

3、所述頻率前饋調(diào)節(jié)模塊，用于對機組一次調(diào)頻做速率限制處理，并將速率限制處理后的指令發(fā)送至功率pid調(diào)節(jié)模塊；其中，所述機組一次調(diào)頻為給定頻率與所述發(fā)電機提供的頻率反饋信號的差值；

4、所述功率pid調(diào)節(jié)模塊，用于基于速率限制處理后的指令與功率給定指令，輸出控制指令至執(zhí)行機構(gòu)；

5、所述執(zhí)行機構(gòu)，用于根據(jù)所述控制指令，輸出水輪機導(dǎo)葉開度指令；

6、所述自適應(yīng)控制單元，用于輸出水頭自適應(yīng)控制指令，并與所述水輪機導(dǎo)葉開度指令相乘后作用于水輪機，以控制所述水輪機工作。

7、優(yōu)選地，其中所述自適應(yīng)控制單元，包括：

8、所述水頭自適應(yīng)模塊，用于輸出任意水頭和試驗水頭的水頭比值；

9、所述單位流量自適應(yīng)模塊，用于輸出任意水頭和試驗水頭下的單位流量比值；

10、所述流量系數(shù)自適應(yīng)模塊，用于輸出任一水頭和試驗水頭下的水輪機流速系數(shù)比值；

11、所述自適應(yīng)控制單元，用于根據(jù)所述水頭比值、單位流量比值和水輪機流速系數(shù)比值的乘積，確定所述水頭自適應(yīng)控制指令。

12、優(yōu)選地，其中所述單位流量自適應(yīng)模塊，輸出任意水頭和試驗水頭下的單位流量比值，包括：

13、

14、其中，k為單位流量比值；q110為試驗水頭下水輪機的單位流量；q111為任意水頭下水輪機的單位流量；

15、其中，利用如下方式確定水輪機的單位流量，包括：

16、

17、其中，q11為水輪機的單位流量；q為水輪機的過流量；d為水輪機的轉(zhuǎn)輪直徑；h為水輪機的工作水頭；z為一臺水輪機的噴嘴數(shù)；為噴嘴流速系數(shù)；d0為射流直徑。

18、優(yōu)選地，其中所述流量系數(shù)自適應(yīng)模塊，輸出任一水頭和試驗水頭下的水輪機流速系數(shù)比值，包括：

19、

20、其中，k1為水輪機流速系數(shù)比值；cv0為試驗水頭下水輪機的流速系數(shù)；cv1為任意水頭下水輪機的流速系數(shù)；

21、其中，利用如下方式確定水輪機的流速系數(shù)，包括：

22、

23、其中，cv為流速系數(shù)；v為流速；h為管嘴中心線到容器自由表面的垂直距離；g為重力加速度。

24、根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基于如上所述的全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)的水輪機調(diào)速方法，所述方法包括：

25、利用頻率前饋調(diào)節(jié)模塊對機組一次調(diào)頻做速率限制處理，并將速率限制處理后的指令發(fā)送至功率pid調(diào)節(jié)模塊；其中，所述機組一次調(diào)頻為給定頻率與所述發(fā)電機提供的頻率反饋信號的差值；

26、利用功率pid調(diào)節(jié)模塊基于速率限制處理后的指令與功率給定指令，輸出控制指令至執(zhí)行機構(gòu)；

27、利用執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)所述控制指令，輸出水輪機導(dǎo)葉開度指令；

28、利用自適應(yīng)控制單元輸出水頭自適應(yīng)控制指令，并與所述水輪機導(dǎo)葉開度指令相乘后作用于水輪機，以控制所述水輪機工作。

29、優(yōu)選地，其中所述方法還包括：

30、利用自適應(yīng)控制單元中的水頭自適應(yīng)模塊，輸出任意水頭和試驗水頭的水頭比值；

31、利用自適應(yīng)控制單元中的單位流量自適應(yīng)模塊，輸出任意水頭和試驗水頭下的單位流量比值；

32、利用自適應(yīng)控制單元中的流量系數(shù)自適應(yīng)模塊，輸出任一水頭和試驗水頭下的水輪機流速系數(shù)比值；

33、利用自適應(yīng)控制單元根據(jù)所述水頭比值、單位流量比值和水輪機流速系數(shù)比值的乘積，確定所述水頭自適應(yīng)控制指令。

34、優(yōu)選地，其中所述利用自適應(yīng)控制單元中的單位流量自適應(yīng)模塊，輸出任意水頭和試驗水頭下的單位流量比值，包括：

35、

36、其中，k為單位流量比值；q110為試驗水頭下水輪機的單位流量；q111為任意水頭下水輪機的單位流量；

37、其中，利用如下方式確定水輪機的單位流量，包括：

38、

39、其中，q11為水輪機的單位流量；q為水輪機的過流量；d為水輪機的轉(zhuǎn)輪直徑；h為水輪機的工作水頭；z為一臺水輪機的噴嘴數(shù)；為噴嘴流速系數(shù)；d0為射流直徑。

40、優(yōu)選地，其中所述利用自適應(yīng)控制單元中的流量系數(shù)自適應(yīng)模塊，輸出任一水頭和試驗水頭下的水輪機流速系數(shù)比值，包括：

41、

42、其中，k1為水輪機流速系數(shù)比值；cv0為試驗水頭下水輪機的流速系數(shù)；cv1為任意水頭下水輪機的流速系數(shù)；

43、其中，利用如下方式確定水輪機的流速系數(shù)，包括：

44、

45、其中，cv為流速系數(shù)；v為流速；h為管嘴中心線到容器自由表面的垂直距離；g為重力加速度。

46、本發(fā)明提供了全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速方法，包括：頻率前饋調(diào)節(jié)模塊，用于對機組一次調(diào)頻做速率限制處理，并將速率限制處理后的指令發(fā)送至功率pid調(diào)節(jié)模塊；其中，所述機組一次調(diào)頻為給定頻率與所述發(fā)電機提供的頻率反饋信號的差值；功率pid調(diào)節(jié)模塊，用于基于速率限制處理后的指令與功率給定指令，輸出控制指令至執(zhí)行機構(gòu)；執(zhí)行機構(gòu)，用于根據(jù)所述控制指令，輸出水輪機導(dǎo)葉開度指令；自適應(yīng)控制單元，用于輸出水頭自適應(yīng)控制指令，并與所述水輪機導(dǎo)葉開度指令相乘后作用于水輪機，以控制所述水輪機工作。本發(fā)明利用水利流體的流速系數(shù)與水頭相關(guān)性，既水利流動效率隨著水頭變化而變化，使得不同水頭下單位流量作用效能不同，引入流速系數(shù)因素到仿真模型中以此提高模型的精細化程度，考慮流速系數(shù)因素的仿真模型的仿真特性實現(xiàn)了與實際運行機組在全水頭下的調(diào)節(jié)特性始終保持一致，可以有效地解決穩(wěn)定計算中水輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型仿真特性實時適應(yīng)全水頭下實際水輪機組調(diào)節(jié)特性，可以根據(jù)實時水頭的變化而改變。

技術(shù)特征：

1.一種全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：依次連接的頻率前饋調(diào)節(jié)模塊、功率pid調(diào)節(jié)模塊、執(zhí)行機構(gòu)、水輪機和發(fā)電機，以及分別與所述執(zhí)行機構(gòu)和水輪機相連接的自適應(yīng)控制單元；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述自適應(yīng)控制單元，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述單位流量自適應(yīng)模塊，輸出任意水頭和試驗水頭下的單位流量比值，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流量系數(shù)自適應(yīng)模塊，輸出任一水頭和試驗水頭下的水輪機流速系數(shù)比值，包括：

5.一種基于權(quán)利要求1-5中任一項所述的全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)的水輪機調(diào)速方法，其特征在于，所述方法包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方法還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述利用自適應(yīng)控制單元中的單位流量自適應(yīng)模塊，輸出任意水頭和試驗水頭下的單位流量比值，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述利用自適應(yīng)控制單元中的流量系數(shù)自適應(yīng)模塊，輸出任一水頭和試驗水頭下的水輪機流速系數(shù)比值，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種全水頭下水輪機調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速方法，包括：頻率前饋調(diào)節(jié)模塊，用于對機組一次調(diào)頻做速率限制處理，并將速率限制處理后的指令發(fā)送至功率PID調(diào)節(jié)模塊；其中，機組一次調(diào)頻為給定頻率與所述發(fā)電機提供的頻率反饋信號的差值；功率PID調(diào)節(jié)模塊，用于基于速率限制處理后的指令與功率給定指令，輸出控制指令至執(zhí)行機構(gòu)；執(zhí)行機構(gòu)，用于根據(jù)所述控制指令，輸出水輪機導(dǎo)葉開度指令；自適應(yīng)控制單元，用于輸出水頭自適應(yīng)控制指令，并與所述水輪機導(dǎo)葉開度指令相乘后作用于水輪機，以控制所述水輪機工作。本發(fā)明可以有效地解決穩(wěn)定計算中水輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型仿真特性實時適應(yīng)全水頭下實際水輪機組調(diào)節(jié)特性，可以根據(jù)實時水頭的變化而改變。

技術(shù)研發(fā)人員：王本紅,黃興,鄧友漢,朱斌,魏巍,于大海,余志強,劉磊,馬曉光,張廷偉
受保護的技術(shù)使用者：中國長江電力股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19