水轮机调节技术的发展与展望VIP专享VIP免费

水轮机调节技术的发展与展望武汉大学程远楚2007年6月第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共12页一．水电机组控制的任务与种类水电机组控制设备主要完成水轮发电机组的操作、调节、控制和事故保护。主要有：调节（控制）系统：水轮机调速系统发电机励磁系统操作（控制）与监视系统：计算机监控系统，同期装置事故保护：发电机继电保护，机组过速保护等辅机控制系统二．水电机组控制系统的特点水电机组控制系统是一个水－机－电过程相互影响、相互制约的复杂系统，它具有时变（被控对象的结构和参数均随时间和运行工况的改变而变化）、非线性、非最小相位等复杂特性，常规控制器难以满足其对控制性能指标和稳定性的要求。另一方面，由于水电机组控制系统的性能指标与稳定性，直接关系到水电厂与整个电力系统的安全运行、供电品质及经济效益，水电机组的安全控制与优化控制一直是该领域研究的核心问题，也是长期存在的理论和技术难题。随着控制技术的发展，水电机组控制系统的控制规律也在不断地发展和完善。从定参数PI、PID到变参数PID[1]，从常规控制到变结构控制、励磁系统附加稳定控制(PSS)，水轮机调节系统和发电机励调节系统的性能得到了不断的提高。但随着单机容量的增大，长距离输电线路的增加，水电厂无人值班、少人值守的实施，对水电机组控制系统的性能指标提出了更高的要求。如在建的三峡水电站，其机组容量大，水头变幅大，运行范围变化宽（有功从0（空载）－700MW；初期水头61米－最高水头113米）；再加上水电机组运行工况的变化及电网负荷的变动导致系统动态特性的变化均较难预测。基于离线模型[1]的适应式ＰＩＤ变参数难以保证调节系统在不同的工况下均有较好的动态品质。另一方面，互联电网容量的不断扩大，为提高电力系统的暂态稳定性，往往采用高顶值电压的快速励磁系统，由此可能使长输电线弱联系的大型电力系统阻尼严重削弱机械械模式阻尼的缺乏，会引发互联系统中出现每分钟只有几个周波至几十个周第2页共12页第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共12页波的低频自激振荡。这种振荡的加剧会破坏发电机组间的并列运行。大容量机组的普遍采用，远距离、超高压、大功率输电系统的不断出现，不但使小干扰稳定问题和由于系统阻尼不足引起的低频振荡成为一个严重的问题，电力系统在大干扰下的稳定问题也成为一个突出的问题。一旦电力系统的稳定遭到破坏，会导致电力系统的崩溃和瓦解，从而给国民经济和人民生活带来巨大的损失。在这方面我国过有多次惨痛的教训，美国、日本、欧洲等也曾发生过多起电力系统瓦解的事故[2]。长期以来，就如何保证和提高电力系统的安全稳定性进行了大量的研究，提出了许多有效的控制措施和方法。其中，改善控制系统的性能、提高控制系统的品质是最主要的方法。因此，为提高大型互联系统的稳定性，为改善水电机组的控制性能，基于现代控制理论的自适应控制[3]、变结构时变参数自完善控制[4][5]、模型参考多变量最优控制[6][7]、鲁棒控制[8][9]等的有关水轮机调节系统的控制模型和控制方法也被提出并进行了大量的理论研究。然而，由于需要被控对象的精确数学模型，而水电机组的数学模型至今尚未完全建立，特别是水轮机特性，因具有严重的非线性，只能以图表或曲线的方式给出，参数估计和参数辨识较为困难，故未能得到很好的实际应用。基于现代控制理论的励磁系统最优控制[10,11]、非线性控制[12,13]、自适应PSS[14,15]等进行了大量的试验研究，有些还在实际中得到了应用。近年来，随着智能控制技术的出现，基于专家系统、模糊逻辑和神经网络及遗传算法的水电机组智能控制规律被提了出来[16-26]，并引起了一股研究热潮。智能控制作为一门新兴的理论和技术，其发展得益于许多学科，其中，包括人工智能、现代自适应控制、最优控制、生物控制、学习理论、模糊控制、神经网络及再励学习等[27]。智能控制理论发展时间不长，理论体系尚不完整，但发展很快。智能控制系统因其特有的自学习功能、自组织功能、良好的自适应性能已在生物、农业、地质、军事、空间...