一种水轮机调速器功率振荡判断方法和系统与流程

1.本发明涉及水电站调速器控制系统领域，具体涉及一种水轮机调速器功率振荡判断方法和系统。


背景技术：

2.水轮机调速器是水轮机非常重要的自动调节装置，其作用是通过控制水轮机导叶开度，进而控制水轮机的过机流量，维持水轮机100％额定转速不变，即保持机组频率50hz不变。
3.目前，水电行业判断机组功率振荡普遍采用监控系统以及pmu采集数据进行人为分析综合判断，无水轮机调速器直接进行判断。存在问题如下：
4.1、无法自动判断出是电力系统导致机组发生功率振荡，还是调速器系统导致机组发生功率振荡，即无法自动判断出振荡源；
5.2、若是调速器系统某种原因导致机组发生功率振荡，由于调速器未设计功率振荡判断逻辑，所以不能进行机组功率振荡判断，也无法自动进行应急处置；
6.3、不论是电力系统导致机组发生功率振荡，还是调速器系统导致机组发生功率振荡，需要人为进行数据查找、资料搜集、分析判断，所以不能快速准确判断出振荡原因，不利于事故处理，同时增加维护人员工作量。
7.机组发生功率振荡，若不能及时准确判断出振荡源，容易错失最佳处理时机，甚至延误事故处理时间，可能引起事故扩大，对水轮发电机组、电网安全、稳定运行造成严重威胁，特别是参与调峰调频的机组对电网将造成更为严重威胁。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，本发明提出一种水轮机调速器功率振荡判断方法和系统，本发明依托调速器功率采样、功率给定、主配压阀阀芯位移之间关系，通过对机组功率振荡现象研究，结合水轮机调速器调节特性，设计出调速器判断机组功率振荡方法。
9.本发明的技术方案具体如下：
10.一种水轮机调速器功率振荡判断方法，包括如下步骤：
11.计算或获取如下参数：调速器功率给定pc、调速器功率反馈pg、调速器主配压阀阀芯位移s、调速器功率死区pgif，调速器功率死区pgif根据系统多年运行特点，人为设置。
12.同时满足如下条件时，电力系统(调速器功率给定)振荡导致机组发生功率振荡报警：
13.时间t时间段内，调速器功率给定波形连续波动频次先于功率反馈，功率死区pgif不变，|pg-pc|＞pgif的次数≥2n次，调速器主配压阀阀芯位移s波形连续出现波峰≥n次，调速器主配压阀阀芯位移s波形连续出现波谷≥n次；
14.同时满足如下条件时，调速器系统(调速器功率反馈)振荡导致机组发生功率振荡报警：
15.时间t时间段内，调速器功率给定基本pc不变，功率死区pgif不变，|pg-pc|＞pgif的次数≥2n次，调速器主配压阀阀芯位移s波形连续出现波峰≥n次，调速器主配压阀阀芯位移s波形连续出现波谷≥n次。
16.进一步地，调速器功率给定pc直接获取或由以下计算过程得到：
17.下发至调速器功率给定信号为ic；将4～20ma对应标定为计算码值范围βmin～βmax；按下式计算调速器功率给定中间变量β：
18.β＝[(βmax-βmin)*(ic-4)/(20-4)] βmin；
[0019]
将计算码值范围βmin～βmax对应标定为调速器功率给定范围pcmin～pcmax；
[0020]
按下式计算调速器功率给定：
[0021]
pc＝[(pcmax-pcmin)*(β-βmin)/(βmax-βmin)] pcmin。
[0022]
进一步地，调速器功率反馈pg直接获取或由以下计算过程得到：
[0023]
从调速器功率变送器获取电流信号ig；
[0024]
将4～20ma对应标定为计算码值范围αmin～αmax；
[0025]
计算调速器功率采样中间变量：
[0026]
α＝[(αmax-αmin)*(ig-4)/(20-4)] αmin；
[0027]
将计算码值范围αmin～αmax对应标定为调速器功率采样范围pgmin～pgmax；
[0028]
计算调速器功率：
[0029]
pg＝[(pgmax-pgmin)*(α-αmin)/(αmax-αmin)] pgmin。
[0030]
进一步地，调速器主配压阀阀芯位移直接获取或由以下计算过程得到：
[0031]
通过主配压阀阀芯位移传感器获取电流信号is；
[0032]
将4～20ma对应标定为计算码值范围θmin～θmax；
[0033]
计算调速器主配压阀阀芯位移中间变量：
[0034]
θ＝[(θmax-θmin)*(is-4)/(20-4)] θmin；
[0035]
将计算码值范围θmin～θmax对应标定为调速器主配压阀阀芯位移范围smin～smax；
[0036]
计算调速器主配压阀阀芯位移：
[0037]
s＝[(smax-smin)*(θ-θmin)/(θmax-θmin)] smin。
[0038]
本发明还涉及的一种水轮机调速器功率振荡判断系统，包括采集器、处理器，采集器采集信息，处理器根据采集的信息，按上述的方法进行修正补偿计算，并根据计算结果判断出振荡源。
[0039]
进一步地，系统还包括若干报警器，报警器设于不同振荡源，报警器根据处理器的判断结果发出警报。
[0040]
本发明还涉及一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0041]
本发明还涉及一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。
[0042]
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
[0043]
1、本发明能够自动准确判断出振荡源，不再需要人为进行统计分析。
[0044]
调速器功率给定先连续波动，功率反馈后开始连续波动，主配压阀阀芯位移变化
与功率反馈同步，可判断出是电力系统(调速器功率给定)振荡导致机组发生功率振荡。
[0045]
调速器功率给定基本不变，功率死区pgif不变，而功率反馈连续波动，主配压阀阀芯位移变化与功率反馈同步，可判断出是调速器系统(调速器功率反馈)振荡导致机组发生功率振荡。
[0046]
2、机组发生功率振荡调速器可自动进行应急处置，不再需要人为干预。
[0047]
电力系统(调速器功率给定)振荡和调速器系统(调速器功率反馈)振荡导致机组发生功率振荡时，调速器发出报警，同时调速器可自动将控制方式切为手动控制。
[0048]
3、本发明增加了调速器功率给定、功率反馈、主配压阀阀芯位移参与控制的精度。
[0049]
通过合理调整调计算码值(中间变量)，对调速器功率给定、功率反馈、主配压阀阀芯位移进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化，从而增加了其参与控制的精度。
[0050]
4、本发明机组功率振荡逻辑设计中合理引用变量，增加了判断机组功率振荡的准确性。
[0051]
依托调速器功率给定、功率反馈、主配压阀阀芯位移之间关系，机组功率振荡逻辑设计中引用调速器功率给定、功率反馈、主配压阀阀芯位移3个变量，增加了判断机组功率振荡的准确性。
附图说明
[0052]
图1是本发明的系统的框图；
[0053]
图2是本发明的功率调节逻辑框图。
具体实施方式
[0054]
下面将结合本技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0055]
除非另外定义，本技术实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
[0056]
如图1所示，本实施例的水轮机调速器功率振荡判断系统，包括采集器、处理器、报警器1和报警器2，采集器采集信息，处理器根据采集的信息，进行修正补偿计算，并根据计算结果判断出振荡源。
[0057]
报警器1和报警器2设于不同振荡源上，报警器根据处理器的判断结果发出警报。
[0058]
本实施例的水轮机调速器功率振荡判断方法，包括如下步骤：
[0059]
一、调速器功率采样、功率给定、主配压阀阀芯位移计算：
[0060]
1、调速器功率采样计算：
[0061]
(1)调速器功率采样中间变量计算。
[0062]
1)从调速器功率变送器获取电流信号ig；
[0063]
2)将4～20ma(电流信号)对应标定为计算码值(中间变量)范围αmin～αmax；
[0064]
3)调速器功率采样中间变量计算公式：
[0065]
α＝[(αmax-αmin)*(ig-4)/(20-4)] αmin。
[0066]
(2)调速器功率采样计算。
[0067]
1)将计算码值范围αmin～αmax对应标定为调速器功率采样范围pgmin～pgmax；
[0068]
2)调速器功率采样计算公式：
[0069]
pg＝[(pgmax-pgmin)*(α-αmin)/(αmax-αmin)] pgmin。
[0070]
(3)调速器功率采样补偿
[0071]
对于水轮发电机组而言，其装机容量出厂已设定，故速器功率采样范围pgmin～pgmax不可调。4～20ma为非电流信号转化电流信号标准值，即国际通用标准，不可修改。结合以上计算公式可知，通过合理调整调中间变量αmin与αmax大小，对调速器功率采样pg进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化。
[0072]
2、调速器功率给定计算：
[0073]
(1)调速器功率给定中间变量计算。
[0074]
1)监控系统下发至调速器功率给定信号为ic；
[0075]
2)将4～20ma(电流信号)对应标定为计算码值(中间变量)范围βmin～βmax；
[0076]
3)调速器功率给定中间变量计算公式：
[0077]
β＝[(βmax-βmin)*(ic-4)/(20-4)] βmin。
[0078]
(2)调速器功率给定计算。
[0079]
1)将计算码值范围βmin～βmax对应标定为调速器功率给定范围pcmin～pcmax；
[0080]
2)调速器功率给定计算公式：
[0081]
pc＝[(pcmax-pcmin)*(β-βmin)/(βmax-βmin)] pcmin。
[0082]
(3)调速器功率给定补偿。
[0083]
对于水轮发电机组而言，其装机容量出厂已设定，故速器功率给定范围pcmin～pcmax不可调。4～20ma为非电流信号转化电流信号标准值，即国际通用标准，不可修改。结合以上计算公式可知，通过合理调整调中间变量βmin与βmax大小，对调速器功率给定pc进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化。
[0084]
3、调速器主配压阀阀芯位移计算
[0085]
(1)调速器主配压阀阀芯位移中间变量计算
[0086]
1)通过主配压阀阀芯位移传感器获取电流信号is；
[0087]
2)将4～20ma(电流信号)对应标定为计算码值(中间变量)范围θmin～θmax；
[0088]
3)调速器主配压阀阀芯位移中间变量计算公式：
[0089]
θ＝[(θmax-θmin)*(is-4)/(20-4)] θmin
[0090]
(2)调速器主配压阀阀芯位移计算
[0091]
1)将计算码值范围θmin～θmax对应标定为调速器主配压阀阀芯位移范围smin～smax；
[0092]
2)调速器主配压阀阀芯位移计算公式：
[0093]
s＝[(smax-smin)*(θ-θmin)/(θmax-θmin)] smin
[0094]
(3)调速器主配压阀阀芯位移补偿
[0095]
对于调速器主配压阀而言，其阀芯全开、全关位置出厂已设定，故不可调。4～20ma为非电流信号转化电流信号标准值，即国际通用标准，不可修改。结合以上计算公式可知，通过合理调整调中间变量θmin与θmax大小，对调速器主配压阀阀芯位移s进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化。
[0096]
二、机组功率振荡判断：
[0097]
(1)判断功率振荡变量
[0098]
调速器功率给定pc、调速器功率反馈pg、调速器主配压阀阀芯位移s、调速器功率死区pgif。
[0099]
(2)功率调节逻辑如图2所示，其中，闭环控制模式下功率反馈pg跟踪功率给定pc。
[0100]
(3)电力系统(调速器功率给定)振荡导致机组发生功率振荡
[0101]
电力系统(调速器功率给定)振荡导致机组发生功率振荡现象是调速器功率给定波形连续波动频次先于功率反馈，其次主配压阀阀芯位移变化与功率反馈波形变化始终同步。按下表进行判断：
[0102]
表1
[0103][0104]
(4)调速器系统(调速器功率反馈)振荡导致机组发生功率振荡
[0105]
调速器系统(调速器功率反馈)振荡导致机组发生功率振荡现象是调速器功率给定基本不变，功率死区pgif不变，调速器功率反馈波形连续波动，其次主配压阀阀芯位移变化与功率反馈波形变化始终同步。按下表进行判断：
[0106]
表2
[0107][0108]
本实施例依托调速器功率采样、功率给定、主配压阀阀芯位移之间关系，通过对机组功率振荡现象研究，结合水轮机调速器调节特性，设计出调速器判断机组功率振荡方法，可自动准确判断出振荡源，并报警，同时调速器自动进行应急处置，不再需要人为干预。通过合理调整调计算码值(中间变量)，对调速器功率给定、功率反馈、主配压阀阀芯位移进行修正补偿。增加了调速器功率给定、功率反馈、主配压阀阀芯位参与控制的精度和准确性。有效避免因机组功率振荡对设备及电网造成的威胁，有效提高了设备自动化水平，降低了维护人员的工作量，同时也填补了水电行业无水轮机调速器直接判断机组功率振荡的空白。
[0109]
作为一个具体实例：
[0110]
本实施例的系统基于采集的数据，进行如下计算：
[0111]
1、调速器功率采样计算：
[0112]
αmin＝9887、αmax＝29369、α＝19636、pgmin＝-700wm、pgmax＝700wm：计算调速器功率采样pg：
[0113]
pg＝{[(700-(-700)]*(19639-9887)/(29369-9887)} (-700)wm＝0.79wm。
[0114]
2、调速器功率给定计算：
[0115]
βmin＝6570、βmax＝24903、β＝6554、pcmin＝0wm、pcmax＝700wm：计算调速器功率给定pc：
[0116]
pc＝[(700-0)*(6554-6570)/(24903-6570)] 0wm＝-0.61wm。
[0117]
3、调速器主配压阀阀芯位移计算：
[0118]
θmin＝14400、θmax＝23106、θ＝19054、smin＝0mm、smax＝63.7mm：计算调速器主配压阀阀芯位移s：
[0119]
s＝[(63.7-0)*(19054-14400)/(23106-14400)] 0mm＝34.05mm。
[0120]
4、电力系统(调速器功率给定)振荡导致机组发生功率振荡分析：
[0121]
调速器功率给定pc在590wm至600wm之间跳变，调速器功率死区pgif＝5wm，时间t＝0.5s，次数2n＝4,试分析电力系统(调速器功率给定)振荡导致机组发生功率振荡：
[0122]
a)当pc＝600wm、pg＝590wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调
节使调速器功率反馈pg增大，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数1次，即2n＝1，由于是正向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波峰计数1次，即n＝0.5；
[0123]
b)当pc＝590wm、pg＝600wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调节使调速器功率反馈pg减小，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数2次，即2n＝2，由于是负向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波谷计数1次，即n＝0.5；
[0124]
c)当pc＝600wm、pg＝590wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调节使调速器功率反馈pg增大，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数3次，即2n＝3，由于是正向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波峰计数2次，即n＝1；
[0125]
d)当pc＝590wm、pg＝600wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调节使调速器功率反馈pg减小，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数4次，即2n＝4，由于是负向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波谷计数2次，即n＝1。
[0126]
5、调速器系统(调速器功率反馈)振荡导致机组发生功率振荡分析：
[0127]
调速器功率给定pc＝600wm，调速器功率反馈pg在590wm至610wm之间跳变，调速器功率死区pgif＝5wm，时间t＝0.5s，次数2n＝4,试分析调速器系统(调速器功率反馈)振荡导致机组发生功率振荡：
[0128]
a)当pg＝590wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调节使调速器功率反馈pg增大，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数1次，即2n＝1，由于是正向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波谷计数1次，即n＝0.5；
[0129]
b)当pg＝610wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调节使调速器功率反馈pg减小，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数2次，即2n＝2，由于是负向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波峰计数1次，即n＝0.5；
[0130]
c)当pg＝590wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调节使调速器功率反馈pg增大，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数3次，即2n＝3，由于是正向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波谷计数2次，即n＝1；
[0131]
d)当pg＝610wm时，|pg-pc|＞pgif，超出功率死区5wm，机组开始自调节使调速器功率反馈pg减小，直至|pg-pc|＜pgif，机组停止自调节，此时|pg-pc|＞pgif次数计数4次，即2n＝4，由于是负向调节，调速器主配压阀阀芯位移s出现波峰计数2次，即n＝1。
[0132]
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。
[0133]
这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
[0134]
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：
一个或多个特定集成电路(application specific integrated circuit，asic)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(centralprocessing unit，cpu)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，soc)的形式实现。在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在可读存储介质中，或者从一个可读存储介质向另一个可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0135]
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signalprocessing，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0136]
可选的，本技术实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述所示实施例的方法。
[0137]
可选的，本技术实施例还提供一种运行指令的芯片，所述芯片用于执行上述所示实施例的方法。
[0138]
本技术实施例还提供一种程序产品，所述程序产品包括计算机程序，所述计算机程序存储在存储介质中，至少一个处理器可以从所述存储介质读取所述计算机程序，所述至少一个处理器执行所述计算机程序时可实现上述实施例的方法。
[0139]
本技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；在公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中，a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0140]
可以理解的是，在本技术的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本技术的实施例的范围。
[0141]
可以理解的是，在本技术的实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行
顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术的实施例的实施过程构成任何限定。