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）

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，但是常規的PID控制難以支持大型水輪機和電網機組調節系統的控制要求，現在所采用的一般是變參數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系統的控制。因此對水輪機的微機調速器的控制策略分析，水輪機調節系統是一個具有非線性和變形的系統。

關鍵詞：水輪機；微機調速器；智能控制

1　水輪機調節系統組成

水輪機調節系統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的負荷變化來調節導葉的開度，從而使水輪機調整發電機的功率輸出，并使發電機組的轉速維持在規定的調節范圍之內。水輪機的被控對象是由水輪機系統（包括水力系統，如調壓井和壓引水道等）和發電機系統（包括電氣、電壓和機械慣性調節三部分）組成。水輪機的控制系統是一個復雜系統，是集水力、機械和電氣一體化系統。在實際應用中，建立系統化的數學模型需要忽略一些不必要的參數。

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展的3個階段。隨著計算機技術的快速發展，水輪機微機調速器的發展應用也在不斷進步。數字化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進行調節，方便實現更復雜更高級的控制算法的應用與調節。計算機的技術的不斷推進也對微機調速器的發展起到了推動作用，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位數據傳輸調節，當時的運算速度還是比較慢。（2）STD總線工業控制機。（3）可編程控制器，現在工業應用很廣泛，而且相應的技術也比較成熟。（4）工業PC機。（5）可編計算機控制器（PCC）。現在工業中主流的調速器產品就是以PLC為控制器，由PLC圖形化編程和數學算法一起實現的，但是面對現代工業發展的情況來看，它的運算速度等一系列的方式都遠不及PC機。因此，在現代工業中計算機控制器則是作為最合適的控制來控制實現一些復雜高級的控制方式。

現在工業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。可編程調速器由可編程控制器，操作面板和功能模塊等構成，穩定性和操作安全都做到了最優化。（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化，運行速度不斷提升，現在的可編程調速器的測頻精度也進一步提升。而且現在的可編程調速器通過測量信號的上升沿的時間實現測頻，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PID控制的優勢在于結構簡單、參數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系統的一種很實用控制方式。目前，我國大部分水輪調節均是采用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，使得系統工作運行更加穩定。

（2）變參數PID調節控制策略水輪機調節系統是一個具有時變與不確定特性的非線性系統。目前我國大部分調速器都采用變參數PID控制,通過水頭、導葉開度和轉速等參數的運行情況來確定PID參數。變參數算法主要分為模糊變參數PID控制、自適應變參數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,通過對參數進行辨識來調整,使系統在不同的運行情況下可以更優化運行。

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、時變參數系統的控制具有良好的控制效果,對于純模糊控制,會存在靜差,所以要結合積分環節來消除靜差。模糊控制對結構和參數變化較大的水輪機調節系統,其控制性能并不能達到最優。

b.自適應控制，是按照系統的運行情況對其進行相應的參數變化的PID調節器。對于水輪機調節系統如果采用自適應控制。不僅具有較強的參數自適應性,而且能使調節系統獲得更優良的動態品質。

c.人工神經網絡控制，是模仿人腦神經系統進行信息的存儲，檢索和處理，它對環境有很好的適應性，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，水輪機調節系統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。采用PID，一是PID調節的魯棒性很強，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。現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。因此對于水輪發電機調節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，發揮出更優化的效果。

參考文獻：

［1］俞亞新,金波.一種模糊變系數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測.2003（06）.