王順平

（福建省沙縣城關水電有限公司,福建　三明　365500）

解析水輪機微機調速器控制原理調試及故障處理

王順平

（福建省沙縣城關水電有限公司,福建三明365500）

摘要：水輪機調速器分為以下幾種類型：機械和電氣液壓型采用的是PID控制方式，但是常規(guī)的PID控制難以支持大型水輪機和電網機組調節(jié)系統(tǒng)的控制要求，現(xiàn)在所采用的一般是變參數(shù)PID、自適應控制盒模糊控制等高級且復雜的控制方法，通過計算機完成水輪機調節(jié)系統(tǒng)的控制。因此對水輪機的微機調速器的控制策略分析，水輪機調節(jié)系統(tǒng)是一個具有非線性和變形的系統(tǒng)。

關鍵詞：水輪機；微機調速器；智能控制

1　水輪機調節(jié)系統(tǒng)組成

水輪機調節(jié)系統(tǒng)主要是由調速器和被控對象組成。水輪機的調速器主要的作用是運用電力系統(tǒng)的負荷變化來調節(jié)導葉的開度，從而使水輪機調整發(fā)電機的功率輸出，并使發(fā)電機組的轉速維持在規(guī)定的調節(jié)范圍之內。水輪機的被控對象是由水輪機系統(tǒng)（包括水力系統(tǒng)，如調壓井和壓引水道等）和發(fā)電機系統(tǒng)（包括電氣、電壓和機械慣性調節(jié)三部分）組成。水輪機的控制系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，是集水力、機械和電氣一體化系統(tǒng)。在實際應用中，建立系統(tǒng)化的數(shù)學模型需要忽略一些不必要的參數(shù)。

2　微機調速器控制結構

機械液壓型調速器、電氣液壓型調速器和微機調速器是調速器發(fā)展的3個階段。隨著計算機技術的快速發(fā)展，水輪機微機調速器的發(fā)展應用也在不斷進步。數(shù)字化PID技術可以應用計算機技術進行精度高，運算速度快的測頻效，而且具有可靠性高的特點，可以它的控制方式可以由軟件編程控制，具有靈活多變的效果，容易對各種結構的控制參數(shù)進行調節(jié)，方便實現(xiàn)更復雜更高級的控制算法的應用與調節(jié)。計算機的技術的不斷推進也對微機調速器的發(fā)展起到了推動作用，先后也經歷了以下的幾種類型：（1）最早的單板機和單片機8位數(shù)據傳輸調節(jié)，當時的運算速度還是比較慢。（2）STD總線工業(yè)控制機。（3）可編程控制器，現(xiàn)在工業(yè)應用很廣泛，而且相應的技術也比較成熟。（4）工業(yè)PC機。（5）可編計算機控制器（PCC）?，F(xiàn)在工業(yè)中主流的調速器產品就是以PLC為控制器，由PLC圖形化編程和數(shù)學算法一起實現(xiàn)的，但是面對現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的情況來看，它的運算速度等一系列的方式都遠不及PC機。因此，在現(xiàn)代工業(yè)中計算機控制器則是作為最合適的控制來控制實現(xiàn)一些復雜高級的控制方式。

現(xiàn)在工業(yè)生產中開始應用了可編程控制調速器，其功能特點更為先進：（a）可靠性?？删幊陶{速器由可編程控制器，操作面板和功能模塊等構成，穩(wěn)定性和操作安全都做到了最優(yōu)化。（b）測頻。可編程調速器的測頻通道有四條，在機組PT、齒輪和電網的測頻上能夠更快及時的完成檢測任務。而且計算機技術的不斷優(yōu)化，運行速度不斷提升，現(xiàn)在的可編程調速器的測頻精度也進一步提升。而且現(xiàn)在的可編程調速器通過測量信號的上升沿的時間實現(xiàn)測頻，不在需要二分頻來測量周期脈寬時間，因此實時性增強。而且在測頻的應用上，用戶可以根據自身要求任意選擇方式進行測頻，既有單通道，也可用四通道或兩通道搭配使用等等。把他們結合起來使用更是增強了他們檢錯和糾錯效果，能夠快速找出錯誤信息和愿意，并作出報警，且能夠排除故障通道影響，使得測頻有了高可靠性。

3　微機調速器控制策略

（1）PID調節(jié)PID控制的優(yōu)勢在于結構簡單、參數(shù)容易整定和適應能力強，因此得到了廣泛的應用。對此PID控制成為水輪機調節(jié)系統(tǒng)的一種很實用控制方式。目前，我國大部分水輪調節(jié)均是采用PID控制。同時，應用PID的增量型控制算法配合步進電機的應用，采用增量型PID控制比較適合與步進電機配合使用，使得系統(tǒng)工作運行更加穩(wěn)定。

（2）變參數(shù)PID調節(jié)控制策略水輪機調節(jié)系統(tǒng)是一個具有時變與不確定特性的非線性系統(tǒng)。目前我國大部分調速器都采用變參數(shù)PID控制,通過水頭、導葉開度和轉速等參數(shù)的運行情況來確定PID參數(shù)。變參數(shù)算法主要分為模糊變參數(shù)PID控制、自適應變參數(shù)PID控制、神經網絡PID控制和遺傳算法PID控制等,這些控制都是以PID為主體框架,通過對參數(shù)進行辨識來調整,使系統(tǒng)在不同的運行情況下可以更優(yōu)化運行。

a.模糊控制，是一種非線性不需要被控對象的控制模型,對于處理非線性、時變參數(shù)系統(tǒng)的控制具有良好的控制效果,對于純模糊控制,會存在靜差,所以要結合積分環(huán)節(jié)來消除靜差。模糊控制對結構和參數(shù)變化較大的水輪機調節(jié)系統(tǒng),其控制性能并不能達到最優(yōu)。

b.自適應控制，是按照系統(tǒng)的運行情況對其進行相應的參數(shù)變化的PID調節(jié)器。對于水輪機調節(jié)系統(tǒng)如果采用自適應控制。不僅具有較強的參數(shù)自適應性,而且能使調節(jié)系統(tǒng)獲得更優(yōu)良的動態(tài)品質。

c.人工神經網絡控制，是模仿人腦神經系統(tǒng)進行信息的存儲，檢索和處理，它對環(huán)境有很好的適應性，但是由于這種控制的決策時間比較長的原因，所以并不能滿足實時性控制。

4　故障處理

對于一些常見故障的診斷方法：

（1）網頻故障：首先要去檢查網頻保險是否熔斷，接線是否虛斷；

（2）導葉隨動系統(tǒng)故障：要先檢查電位器是否松動，其次反饋打壓有沒有輸入，然后看電位器的工作電源是否正常；

（3）水力故障：有時可能是由于引水系統(tǒng)的水流壓力振動導致水輪機的齒輪轉速產生波動；

（4）電氣故障：可能是由于發(fā)電機轉子和釘子的間隙不均勻。

在日常的生產工作中，遇到的問題往往是想不到的，產生的原因更是出乎意料，所以要對調速器的基本原理有很詳細的掌握。

5　總結

在我國，水輪機調節(jié)系統(tǒng)的應用技術還有待提高，因為我國控制學科的研究起步比較晚，對于控制的策略還有待精進和研究，目前我國大部分的調速器生產還是采用的PID調節(jié)。采用PID，一是PID調節(jié)的魯棒性很強，二是我國PID技術還是比較成熟，三是對于其他方法計算方式過于復雜，四是其他控制策略的理論研究還是比較少的?，F(xiàn)在由于計算機技術的采用，PLC作為控制器的使用方式也比較少用。因此對于水輪發(fā)電機調節(jié)器的研究更多的應采取對控制學科的深入研究，將更多更好的控制策略有效的結合在一起，發(fā)揮出更優(yōu)化的效果。

參考文獻：

［1］俞亞新,金波.一種模糊變系數(shù)PID控制器及其在水輪機調速器中的應用［J］.中國機械工程.2007（08）.

［2］梁宏柱,葉魯卿,孟安波.參數(shù)自適應模糊PID控制器及其在水電機組調速器中的應用［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測.2003（06）.