实现及提高水电站LCU开度模拟量开环和闭环相结合的一次调频性能控制方法及系统与流程

本发明涉及水电站计算机监控，特别是一种实现及提高水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的一次调频性能控制方法及系统。

背景技术：

1、目前，水轮发电机组运行过程中，开度模式下监控系统通常采用功率闭环常规脉冲调节方式，通过中间继电器，输出开度增减脉冲给调速器电控系统，以实现控制水轮发电机组开度控制，存在导叶开度和有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响等问题等问题。为了弥补上述不足之处，中国长江电力股份有限公司申请了发明专利“导叶开度模拟量闭环和开环控制相结合的控制方法及系统”(zl202011418747.0)公开了一种方法及结构。该方法基于水头、有功功率与导叶开度对应数据表，在开度模式下，采取查对应数据表，开环控制与闭环控制相结合的方式，对机组有功功率进行快速精准调节，输出导叶开度模拟量控制信号的全新方法，旨在解决开度模式下采用功率闭环常规脉冲调节方式，有功功率调节速度慢，调节过程易受水锤反作用和机组惯性作用的影响，以及纯开环控制方式下，水头、有功功率与导叶开度对应数据表有偏差导致开度控制有静态偏差等问题，实现机组导叶开度和有功功率的快速精确稳定控制，提高调节品质。然而该方法没有实现一次调频功能，解决agc和一次调频协调控制问题。中国长江电力股份有限公司全资子公司三峡金沙江川云水电开发有限公司在此基础上进行了研究改进，解决了该问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种实现及提高水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的一次调频性能控制方法及系统，本发明实现agc和一次调频方向闭锁功能，当agc和一次调频动作方向相反时，闭锁agc指令有功功率给定g给定，并增强开、关双方向一次调频功能，解决水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合控制方式agc和一次调频协调控制问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种实现水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的一次调频性能控制方法，包括以下步骤：

3、s1、初始化监控系统控制参数△d、△d2、控制变量d1控制、d2控制、方向系数k、频率死区ef、自加转换系数k2及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据；

4、s2、监控系统采集有功功率给定值g给定n，导叶开度反馈d，机组频率fg，频率给定fc，机组水头w；

5、s3、监控系统检测是否处于开度模式，若是，进入步骤s4；否则，采用非开度模式控制，返回步骤s2；

6、s4、计算一次调频功率目标值pyctp；

7、s5、计算功率给定变化值△g给定＝g给定n-g给定n-1；其中，g给定n-1为上循环周期监控系统采集有功功率给定值；

8、s6、检测δg给定与pyctp是否同向，若是，则g给定＝g给定n，进入步骤s7；否则，直接进入步骤s7；

9、s7、将pyctp叠加到g给定，功率目标值g目标＝g给定+pyctp；

10、s8、监控系统根据功率目标值g目标和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值d表；

11、s9、监控系统检测d表是否变大，若是，k＝1，d1控制＝d，进入步骤s11；否则，进入步骤s10；

12、s10、监控系统检测d表是否变小，若是，k＝-1，d1控制＝d，进入步骤s11；否则，进入步骤s11；

13、s11、d1控制＝d1控制+k*△d，△d为控制参数增加步长；

14、s12、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤s13；否则，进入步骤s14；

15、s13、监控系统检测是否d1控制>d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s16；否则，直接进入步骤s16；

16、s14、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤s15；否则，进入步骤s16；

17、s15、监控系统检测是否d1控制<d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s16；否则，直接进入步骤s16；

18、s16、若∣d表-d∣<△d2，进入步骤s17；否则，进入步骤s18；

19、s17、d2控制＝d2控制+k2*(g目标-g)；

20、s18、d控制＝d1控制+d2控制；

21、s19、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号d控制，n++，返回步骤s2。

22、作为本发明的进一步改进，在步骤s4中，计算一次调频功率目标值pyctp方法如下：

23、若fc-fg>ef,则pyctp＝(fc-fg-ef)/ep；

24、若fc-fg<-ef,则pyctp＝(fc-fg+ef)/ep；

25、若|fc-fg|≤ef，则pyctp＝0。

26、作为本发明的进一步改进，步骤s8具体如下：

27、所述水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表如下：

28、

29、

30、上表中，p、q、x、y都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，dx,y为wx水头gy有功功率对应的导叶开度；

31、若wx-1≤w≤wx，gy-1≤g给定≤gy，则：

32、d表y-1＝dx-1，y-1+(dx，y-1-dx-1，y-1)(w-wx-1)/(wx-wx-1)。

33、d表y＝dx-1，y+(dx，y-dx-1，y)(w-wx-1)/(wx-wx-1)。

34、d表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g给定-gy-1)/(gy-gy-1)。

35、本发明还提供一种实现水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的一次调频性能控制系统，包括：

36、查表计算模块，用于采集功率目标值g目标和机组水头w，其中，功率目标值g目标为有功功率给定g给定与一次调频功率目标值pyctp之和，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果d表给限幅模块；

37、循环自加1模块，用于监测d表变化使能信号，并采集导叶开度信号d；当使能信号动作时，d1控制赋初值d；循环自加1模块不断对d控制循环自加k*△d，输出d1控制给限幅模块；

38、限幅模块，用于采集查表计算模块输出的d表和循环自加1模块输出的d1控制，对d1控制进行限幅输出，若k＝1则最大值为d表，若k＝-1则最小值为d表；限幅模块将导叶开度模拟量控制信号d1控制输出给加法器；

39、循环自加2模块，用于监测∣d表-d∣<△d2使能信号，并采集功率目标值g目标、功率反馈g以及转换系数k2；当使能信号动作时，d2控制赋初值0；循环自加2模块不断对d2控制循环自加k2*(g目标-g)，输出d2控制给加法器；

40、加法器，用于采集限幅模块输出的d1控制和循环自加2模块输出的d2控制，相加后输出导叶开度模拟量控制信号d控制给调速器电控系统。

41、本发明还公开了一种提高水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的一次调频性能控制方法，包括以下步骤：

42、s1、初始化监控系统控制参数△d、△d2、控制变量d1控制、d2控制、方向系数k、频率死区ef、自加转换系数k2及初始化水头、有功功率与导叶开度一一对应表数据初始化；

43、s2、监控系统采集有功功率给定值g给定n，导叶开度反馈d，机组水头w；

44、s3、监控系统检测是否处于开度模式，若是，进入步骤s4；否则，采用非开度模式控制，返回步骤s2；

45、s4、计算一次调频功率目标值pyctp,；

46、s5、计算一次调频开度目标值yyctp；

47、s6、计算功率给定变化值△g给定＝g给定n-g给定n-1；其中，g给定n-1为上循环周期监控系统采集有功功率给定值；

48、s7、检测δg给定与pyctp是否同向，若是，则g给定＝g给定n，进入步骤s8；否则，直接进入步骤s8；

49、s8、监控系统根据有功功率给定g给定和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算对应的导叶开度值d表；

50、s9、监控系统检测d表是否变大，若是，k＝1，d1控制＝d，进入步骤s11；否则，进入步骤s10步；

51、s10、监控系统检测d表是否变小，若是，k＝-1，d1控制＝d，进入步骤s11；否则，直接进入步骤s11；

52、s11、d1控制＝d1控制+k*△d，△d为控制参数增加步长；

53、s12、监控系统检测是否k＝1，若是，则进入步骤s13；否则，进入步骤s14；

54、s13、监控系统检测是否d1控制>d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s16；否则，直接进入步骤s16；

55、s14、监控系统检测是否k＝-1，若是，则进入步骤s15；否则，进入步骤s16；

56、s15、监控系统检测是否d1控制<d表，若是，则d1控制＝d表，进入步骤s16；否则，直接进入步骤s16；

57、s16、若∣d表-d∣<△d2，进入步骤s17；否则，进入步骤s19；

58、s17、将pyctp叠加到g给定，功率目标值g目标＝g给定+pyctp；

59、s18、d2控制＝d2控制+k2*(g目标-g)；

60、s19、d控制＝d1控制+d2控制+yyctp；

61、s20、监控系统输出导叶开度模拟量控制信号d控制，n++，返回步骤s2。

62、作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述水头、有功功率与导叶开度一一对应表如下：

63、 <![cdata[w₁]]> <![cdata[w₂]]> … <![cdata[w_x-1]]> <![cdata[w_x]]> … <![cdata[w_p-1]]> <![cdata[w_p]]> <![cdata[g₁]]> <![cdata[d_1,1]]> <![cdata[d_2,1]]> … <![cdata[d_x-1，1]]> <![cdata[d_x，1]]> … <![cdata[d_p-1,1]]> <![cdata[d_p，1]]> <![cdata[g₂]]> <![cdata[d_1,2]]> <![cdata[d_2,2]]> … <![cdata[d_x-1，2]]> <![cdata[d_x，2]]> … <![cdata[d_p-1,2]]> <![cdata[d_p，2]]> … … … … … … … … … <![cdata[g_y-1]]> <![cdata[d_1，y-1]]> <![cdata[d_2，y-1]]> … <![cdata[d_x-1，y-1]]> <![cdata[d_x，y-1]]> … <![cdata[d_p-1,y-1]]> <![cdata[d_p，y-1]]> <![cdata[g_y]]> <![cdata[d_1，y]]> <![cdata[d_2，y]]> … <![cdata[d_x-1，y]]> <![cdata[d_x，y]]> … <![cdata[d_p-1,y]]> <![cdata[d_p，y]]> … … … … … … … … … <![cdata[g_q-1]]> <![cdata[d_1，q-1]]> <![cdata[d_2，q-1]]> … <![cdata[d_x-1，q-1]]> <![cdata[d_x，q-1]]> … <![cdata[d_p-1,q-1]]> <![cdata[d_p，q-1]]> <![cdata[g_q]]> <![cdata[d_1，q]]> <![cdata[d_2，q]]> … <![cdata[d_x-1，q]]> <![cdata[d_x，q]]> … <![cdata[d_p-1,q]]> <![cdata[d_p，q]]>

64、上表中，p、q、x、x1、x2、y、y1、y2都为正整数，1＜x≤p，1＜y≤q，dx,y为wx水头gy有功功率对应的导叶开度。

65、作为本发明的进一步改进，在步骤s4中，计算一次调频功率目标值pyctp方法如下：

66、若fc-fg>ef,则pyctp＝(fc-fg-ef)/ep；

67、若fc-fg<-ef,则pyctp＝(fc-fg+ef)/ep；

68、若|fc-fg|≤ef，则pyctp＝0。

69、作为本发明的进一步改进，在步骤s5中，计算一次调频开度目标值yyctp方法如下：

70、若wx1-1≤w≤wx1，gy1-1≤pg≤gy1，则：

71、d表y1-1＝dx1-1，y1-1+(dx1，y1-1-dx1x1，y1-1)(w-wx1-1)/(wx1-wx1-1)；

72、d表y1＝dx1-1，y1+(dx1，y1-dx1-1，y1)(w-wx1-1)/(wx1-wx1-1)；

73、d表1＝d表y1-1+(d表y1-d表y1-1)(pg-gy1-1)/(gy1-gy1-1)；

74、即可求出机组水头w，功率pg对应的开度yw,pg＝d表1＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(pg-gy-1)/(gy-gy-1)；

75、若wx2-1≤w≤wx2，gy2-1≤pg+pyctp≤gy2，则：

76、d表y2-1＝dx2-1，y2-1+(dx2，y2-1-dx2-1，y2-1)(w-wx2-1)/(wx2-wx2-1)；

77、d表y2＝dx2-1，y2+(dx2，y2-dx2-1，y2)(w-wx2-1)/(wx2-wx2-1)；

78、d表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(pg+pyctp-gy2-1)/(gy2-gy2-1)；

79、同理可求出机组水头w，功率pg+pyctp对应的开度yw,pg+pyctp＝d表2＝d表y2-1+(d表y2-d表y2-1)(pg-gy2-1)/(gy2-gy2-1)；

80、则yyctp＝yw,pg+pyctp-yw,pg。

81、作为本发明的进一步改进，在步骤s8中，计算对应的导叶开度值d表具体如下：

82、若wx-1≤w≤wx，gy-1≤g给定≤gy，则：

83、d表y-1＝dx-1，y-1+(dx，y-1-dx-1，y-1)(w-wx-1)/(wx-wx-1)；

84、d表y＝dx-1，y+(dx，y-dx-1，y)(w-wx-1)/(wx-wx-1)；

85、d表＝d表y-1+(d表y-d表y-1)(g给定-gy-1)/(gy-gy-1)。

86、本发明还提供一种提高水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合的一次调频性能控制系统，包括：

87、查表计算1模块，用于采集有功功率给定g给定和机组水头w，查水头、有功功率与导叶开度一一对应表计算，输出计算结果d表给限幅模块；

88、循环自加1模块，用于监测d表变化使能信号，并采集导叶开度信号d；当使能信号动作时，d控制赋初值d。循环自加1模块不断对d控制循环自加k*△d，输出d1控制给限幅模块；

89、限幅模块，用于采集查表计算1模块输出的d表和循环自加1模块输出的d1控制，对d控制进行限幅输出，若k＝1则最大值为d表，若k＝-1则最小值为d表；限幅模块将导叶开度模拟量控制信号d1控制输出给加法器；

90、循环自加2模块，用于监测∣d表-d∣<△d2使能信号，并采集功率目标值g目标、功率反馈g以及转换系数k2；其中，功率目标值g目标为有功功率给定g给定与一次调频功率目标值pyctp之和；当使能信号动作时，d2控制赋初值0；循环自加2模块不断对d2控制循环自加k2*(g目标-g)，输出d2控制给加法器5；

91、查表计算2模块，用于根据机组功率pg，一次调频功率目标值pyctp和当前机组水头w查水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，计算并输出一次调频开度目标值yyctp给加法器；

92、加法器，用于采集循环自加1模块输出的d1控制、循环自加2模块输出的d2控制和查表计算2模块输出的一次调频开度目标值yyctp，相加后输出导叶开度模拟量控制信号d控制给调速器电控系统。

93、本发明结合现有技术“导叶开度模拟量变积分闭环和分段开环控制相结合的控制方法及系统”，“导叶开度模拟量分段开环控制与调速器变参数pid闭环控制相结合的控制方法及系统”，“导叶开度模拟量分段开环控制与调速器pid闭环控制相结合的控制方法及系统”可实现“导叶开度模拟量变积分闭环和开环控制相结合的控制系统”，“导叶开度模拟量开环控制与调速器变参数pid闭环控制相结合的控制系统”，“导叶开度模拟量开环控制与调速器pid闭环控制相结合的控制系统”的一次调频功能。

94、本发明的有益效果是：

95、1、本发明实现水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合控制方式一次调频性能的控制；其在原水电站监控系统开度模式导叶开度模拟量开环和闭环相结合控制方法及结构的基础上进行优化，采用一次调频功率目标值计算叠加方法，计算出一次调频功率目标值，并在有功功率给定值g给定上叠加一次调频功率目标值，形成功率目标值g目标，同时增加方向系数，旨在实现开、关双方向一次调频功能，解决水电站lcu开度模拟量开环控制方式agc和一次调频协调控制问题。

96、2、本发明的提高水电站lcu开度模拟量开环和闭环相结合控制方式一次调频性能的控制结构和方法。其在原水电站监控系统导叶开度模拟量开环和闭环相结合控制方法的基础上进行优化，通过机组水头、有功功率与导叶开度一一对应数据表，采用一次调频开度目标值计算叠加方法，计算出一次调频开度目标值，并在输出给调速器电控系统的导叶开度模拟量控制信号d控制上，叠加一次调频开度目标值，旨在提高一次调频开度和功率调节响应速度和调节过程贡献的积分电量，以满足电网对水电机组的一次调频性能要求，同时不对通常的机组有功功率调节性能产生影响，避免调节响应速度太快导致电网低频振荡。