抽水蓄能机组分数阶PID控制及参数优化研究

由于抽水蓄能机组水泵水轮机调节系统结构复杂,工况类型多且转换频繁,容易受水泵水轮机全特性曲线反"S"特性的影响,因此其运行稳定问题比一般机组更加严峻,严重时甚至会影响到电网的供电质量和安全稳定。本文针对传统PID控制在抽水蓄能机组应用中的不足,提出了抽水蓄能机组的分数阶PID(FOPID)控制及其参数优化方法。为提高FOPID控制参数优化效果,提出了一种模糊引力搜索算法(FGSA),该算法在迭代搜索过程中,对引力衰减指数进行动态的模糊推理,使之随搜索代数的改变不断自适应调整,从而通过控制引力常数的大小实现对算法局部和全局搜索进行动态调整,提高算法优化能力。以我国某抽水蓄能电站机组为研究对象建立其调节系统仿真模型,运用不同优化方法和控制规律的组合控制策略进行控制,对比试验结果表明,本文提出的FGSA-FOPID控制策略能有效改善抽水蓄能机组水泵水轮机调节系统在空载工况下频率扰动时的动态性能。     

抽水蓄能机组调速器双微分通道的PID控制算法

抽水蓄能机组在低水头下启动运行时,受水泵水轮机"S"形特性的影响,空载工况下机组的单位转速相对较大,很容易进入反水泵工况区,导致不稳定运行。为了提高低水头下抽水蓄能机组的空载运行稳定性,在现有PID调节器的结构上增加了一个微分通道,研究了采用双微分通道的PID调速器控制算法。仿真计算证明,采用双微分通道进行调节,调速器微分环节在较宽的调节范围内都起作用,有效减小了抽水蓄能机组"S"形特性的影响,提高了机组在低水头空载时的稳定性。     

抽水蓄能机组调速系统非线性预测控制方法研究

调速系统是抽水蓄能机组频率及出力控制的主要部件,其控制性能及控制品质对于工况变化频繁,在电网中担任削峰填谷任务的抽水蓄能机组尤为重要。本文针对传统抽蓄机组的PID控制器中控制参数受工况影响大,控制器缺乏状态预测能力等缺点,提出一种适用于抽蓄机组调速系统不同工况的快速非线性预测控制方法。该方法应用抽蓄机组全特性曲线作为水泵水轮机模型,考虑压力引水管道的水击现象,利用模糊PID控制与预测控制的滚动状态预测原理计算得到调速器控制信号,使得调速器在根据运行工况精确控制机组频率与出力的同时,保证了控制计算的实时性。通过以某抽水蓄能电站实际资料进行抽水蓄能机组发电方向开机和负荷调节动态过程仿真,结果表明该预测控制方法较传统控制方式效果优越。     

异步开导叶对蓄能机组振动影响浅析

抽水蓄能电站具有水头高、水头变幅大、工况转换频繁和输水系统中存在双向水流等特性,使得蓄能机组在低水头下运行时,空载稳定性不好,难以并网。目前较为有效的方法是采用异步开导叶方法,但是通常会加剧机组的振动,给机组的长期运行带来不利影响。文中描述了异步开导叶方法在惠州蓄能水电厂机组的应用,并对比分析了相应的振动数据。     

大规模风电并网下的抽水蓄能机组调频控制研究

大规模风电接入对电力系统的频率造成影响。抽水蓄能机组由于其出力响应迅速、调节灵活等特性,在风电功率波动的调节中具有重要作用。该文针对短时风电功率波动对电力系统造成的频率扰动问题,提出抽水蓄能机组频率调节的鲁棒控制策略。通过建立电力系统整体状态方程,并考虑风电功率波动特性和抽水蓄能电站动态特性,采用基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的H∞鲁棒控制算法,对抽水蓄能机组一次调频控制方程进行求解。利用IEEE39节点系统进行仿真验证,结果表明提出的鲁棒控制策略能有效地减小风电功率波动造成的系统频率偏差,提高了抽水蓄能机组对短时风电功率波动的调节响应性能。     

大型变速抽水蓄能机组的转速及开度寻优策略研究

变速抽水蓄能机组由于效率高、适应水头范围宽、调节性能优越,具有广泛应用前景,但核心控制技术一直处于国外垄断,资料匮乏。本文从可获得的水泵水轮机模型综合特性曲线入手,以效率优化为目标,通过设定的水泵水轮机出力和工作水头,提出了在水轮机工况下变速抽水蓄能机组的转速和开度寻优方法。同样,从水泵模型能量特性曲线入手,基于水泵入力和扬程,提出了水泵工况下变速机组的转速和开度寻优方法。可供抽水蓄能电站变速机组的控制和研究提供一定参考。     

抽水蓄能电站发电调相运行至发电运行控制策略

抽水蓄能电站一般都具有同步调相运行的能力，但抽水蓄能机组的全特性曲线上却有一个不稳定区，容易引起工况转换失败，且在快速转换时，机组将产生有害的起始逆功率，进而产生有害的电网电压和频率下降。文中根据抽水蓄能机组的水力特性，对机组控制流程进行研究和优化，以尽可能避开运行不稳定区域，提高机组运行的稳定性，并减少逆功率。     

抽水蓄能机组调速器智能启动策略研究

为解决以偏差为基础的PID控制策略不能满足抽水蓄能机组在不同水头下有较好启动特性的问题,研究了抽水蓄能机组调速器智能启动策略,启动过程的控制目标以机组转速的微分与转速偏差的比值为常数,采用闭环开机控制方式,将机组开机时的转速上升期望特性设置为频率给定,使机组转速变化的动态过程强制转变为按照指数衰减的过程,可实现抽水蓄能机组快速平稳开机并网。     

全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。     

柔性直流输电系统的变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略

柔性直流输电是新能源并网消纳的主要输电形式。由于新能源出力波动性会导致柔性直流输电系统的直流电压波动,影响其安全稳定运行。为了有效抑制柔性直流输电系统中直流电压波动,提出变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略。首先建立了变速抽水蓄能机组、四端柔性直流电网、风电场及光伏电站的仿真模型。其次,以直流电压偏差乘以相应系数作为变速抽水蓄能机组有功功率参考值微增量,且通过低通滤波器滤去直流电压稳态分量对直流电压辅助控制的影响,提出基于直流电压辅助控制的变速抽水蓄能机组有功功率控制策略。最后,以变速抽水蓄能机组电动和发电工况为例,对变速抽水蓄能机组抑制柔性直流输电系统直流电压波动能力进行仿真,并与传统直接功率控制策略进行对比分析。仿真结果表明新能源出力波动引起的直流电压波动频率集中在10 Hz以下,且所提变速抽水蓄能机组控制策略可以有效抑制柔性直流系统直流电压波动。     

我国大型电机和水轮机产品技术的发展

建国以来,我国大电机和水轮机行业产品技术发展很快。尤其是近10年来,通过技术引进和与国外合作生产,主要产品的技术经济指标达到了世界先进水平。本文简要地叙述了这一时期本行业取得的巨大成就,包括产品水平、生产能力、试验研究手段及科学研究成果。     

汽轮发电机转子绕组不稳定接地的寻找与消除方法

本文论述了怎样判定汽轮发电机励磁回路接地的区段以及将不稳定接地变成稳定接地和取护环前计算确定接地点具体位置的方法,并均以实例验证。     

绝缘带包扎时张力控制的研究

介绍了大型水轮发电机条式线圈绝缘带包扎过程中,张力控制的要点和方法,并对各种控制方法进行了简要的分析和比较。若把这些方法应用于包带机上,对于提高条式线圈的质量将起到重要作用。     

汽轮发电机组轴系扭转振动的计算

本文以大型汽轮发电机组轴系为基础,利用传递矩阵解析地求解其扭转振动的固有频率和主振型,并根据主振型的正交条件进行坐标变换同时解耦。最后在主坐标下求解轴系在任意扭矩作用下的动力响应。算例和工程实际问题的计算结果与解析解完全一致。     

汽轮发电机定子绕组端部短路事故的分析与防止

文章总结了产生定子端部线棒事故的原因和防止措施。分析指出仅从改进设计与制造质量是不足以防止事故的,氢气湿度与温度、冷却水温度、防止油泄漏等都应加以控制。制造与运行的综合措施是防止事故的方法。     

应用混合离散变量方法实现大型水轮发电机优化设计

本文分析讨论了大型水轮发电机优化设计特点,并对适合于大型水轮发电机优化设计的混合离散变量方法进行了研究,提出了对离散变量的搜索策略。实例计算结果表明,这种方法具有一定的优越性。     

水轮机微机调速器PID调节器的实现及其稳定性分析

本文在介绍水轮机微机调速器PID调节器的几种实现方法的基础上,建立其离散模型,并通过稳定性分析得出调节器的较佳模式。     

用有限元法计算水轮发电机定子铁芯的磁振动

分析了次谐波引起的定子的磁振动,用有限元法计算了定予铁芯的固有频率,并讨论了边界条件对自振特性的影响。     

基于FPGA的高速计数器设计

为了提高工业控制器中高速计数器的计数频率和扩展计数模式,介绍一种利用FPGA,通过VHDL语言设计的高速计数器,有15种工作模式,计数频率可达100kHz以上。同时介绍了高速计数器的设计原理,提供了高速计数器与微处理器的接口实例。     

水轮机效率微机测试装置在龚咀发电厂1号水轮机上的应用

水轮机效率微机测试装置应用于压力—时间法做率定和验收试验,应用于蜗壳压差法做经常性流量和效率测量,效率试验满足IEC规定要求。装置精度0.3%,信息变送、采集、处理流量单项计算误差在±0.5%以内,同工况5次测流T分布95%置信度相对误差±0.34%。