梯级引水式电站机组控制系统优化研究

论文摘要

水力资源是可再生的绿色能源，合理高效地利用水能发电，并将稳定可靠的电能输送给用户是电力建设发展中长期艰巨的任务。水电能源不仅能为电力系统提供大量的电能，而且对于优化电网电源结构，保证电力系统的安全稳定运行、提高供电质量起着十分重要作用。 功能完善的水电站自动发电控制（AGC），能够最大限度地发挥水电机组在电力系统中的作用，提高在电力市场条件下水电站竞争力及经济效益。水轮机控制系统是水电站AGC的执行机构，直接关系到水电站AGC各项任务能否顺利实现的关键。论文针对梯级引水式电站机组控制系统提出完善措施，以解决生产实际中存在的问题。 首先介绍了动态规划原理在梯级水电站经济运行中应用，明确水电站AGC各项任务及其与水轮机控制系统关系；根据广义大系统分散控制理论和系统可靠性理论，提出机组分散协调控制结构与水电站计算机监控系统分层控制结构、以及水轮机调速器功能叠加系统结构。 其次应用现代状态反馈控制理论，结合水轮机转速恒值调节要求，得出二次型最优控制调节参数，其控制效果明显优于常规PID推荐参数；并且按照非线性控制理论与方法对机组甩负荷过程进行非线性控制，即在软反馈中增加限幅环节，能够使接力器开度脱离关闭曲线点延后以及开启动作速度加快，从而使机组转速能快速回落而同时又不产生过大的超调，大大改善了甩负荷调节品质；在总结开环开机与闭环开机优点的基础上，提出“开环+闭环”新的开机规律，很好地解决了开机过程中的快速性与平稳性之间的矛盾，缩短了开机时间。 最后用变结构控制理论方法，对水轮机开度调节、发电机功率调节、电站前池水位调节、以及机组的转速（频率）调节之间的无扰动切换问题进行了深入研究。以开度调节为基础，采用增量调节方式实现功率调节与水位调节，能够较好地解决各种调节模式的无扰动切换。 通过计算机仿真和电站实际应用结果表明，功能叠加式调速器具有很高的可靠性和抗干扰能力，其控制策略先进，转速调节动态品质好，响应负荷调整速度快。而且

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 水力资源及发电
• 1.2 电力系统
• 1.2.1 电力系统任务
• 1.2.2 电力系统控制
• 1.2.3 电力系统经济运行
• 1.3 水力发电过程控制
• 1.3.1 基础控制
• 1.3.2 电站级控制
• 1.3.3 水电站群级控制
• 1.4 自动发电控制（AGC）
• 1.4.1 电力系统自动发电控制
• 1.4.2 水电站自动发电控制
• 1.5 水轮机控制系统
• 1.5.1 调速器发展现状
• 1.5.2 调速器的作用与要求
• 1.6 论文的研究内容
• 1.6.1 研究基本思路
• 1.6.2 研究主要内容
• 2 梯级引水式电站经济运行
• 2.1 水电站经济运行
• 2.2 水电站厂内经济运行
• 2.2.1 数学模型
• 2.2.2 厂内经济运行问题的求解
• 2.3 梯级水电站经济运行
• 2.3.1 梯级电站经济运行优化准则
• 2.3.2 数学模型求解
• 2.4 梯级引水式电站经济运行
• 2.4.1 二郎坝梯级水电站概况
• 2.4.2 梯级引水式电站经济运行
• 2.4.3 梯级引水式电站开机方案
• 2.4.4 梯级引水式电站调度
• 3 水力发电过程分散控制
• 3.1 电力系统的分散控制
• 3.1.1 电力系统控制与调度
• 3.1.2 电力系统的分层调度
• 3.1.3 电力系统的分散控制
• 3.2 大系统的分散控制
• 3.2.1 广义分散大系统
• 3.2.2 广义大系统的分散固定模
• 3.2.3 鲁棒控制
• 3.3 分散控制系统结构
• 3.3.1 集散控制
• 3.3.2 分散控制系统的结构
• 3.3.3 自律分散控制系统
• 3.4 水电站计算机监控系统
• 3.4.1 分层分布式监控系统
• 3.4.2 开放式监控系统
• 3.4.3 全分布式监控系统
• 3.4.4 分层监控与全分布式控制
• 3.5 现场总线技术
• 3.5.1 网络集成式全分布控制系统
• 3.5.2 开放系统互联参考模型
• 3.5.3 控制器局域网络 CAN
• 4 水力发电过程控制系统可靠性
• 4.1 控制系统的可靠性
• 4.1.1 可靠性模型
• 4.1.2 可靠性指标
• 4.2 分散控制系统的可靠性
• 4.2.1 分散控制系统基本逻辑结构
• 4.2.2 分散系统划分的原则
• 4.2.3 分散系统可靠性计算
• 4.3 微机调速器可靠性
• 4.3.1 微机调速器可靠性模型
• 4.3.2 微机调速器可靠性分析
• 4.3.3 微机调速器软件可靠性
• 4.4 微机调速器可靠性设计
• 4.4.1 系统功能与结构
• 4.4.2 基本功能调速器
• 4.4.3 扩展功能部分
• 4.4.4 基本功能调速器可靠性改进措施
• 5 水轮机最优控制策略研究
• 5.1 概述
• 5.2 常规PID调节
• 5.2.1 PID调节作用
• 5.2.2 位置型数字PID控制算法
• 5.2.3 增量型数字PID控制算法
• 5.3 自适应控制与智能控制
• 5.3.1 自适应控制
• 5.3.2 自适应PID控制
• 5.3.3 智能控制
• 5.3.4 模糊PID控制
• 5.3.5 神经网络PID控制
• 5.4 水轮机最优控制
• 5.4.1 现代控制理论
• 5.4.2 水轮机控制系统
• 5.4.3 水轮机最优控制
• 5.4.4 仿真研究
• 5.4.5 结果分析
• 6 水轮发电机组甩负荷控制
• 6.1 概述
• 6.1.1 甩负荷过程及其动态指标
• 6.1.2 动态品质指标分析
• 6.2 非线性控制系统
• 6.2.1 非线性系统特性
• 6.2.2 非线性系统分析方法
• 6.2.3 非线性系统稳定性
• 6.3 水轮机非线性控制
• 6.3.1 甩负荷过程非线性分析
• 6.3.2 甩负荷过程模型
• 6.3.3 仿真研究
• 6.3.4 分析计算
• 6.3.5 调速器结构
• 6.3.6 非线性水轮机模型的仿真
• 7 水轮发电机组开机控制规律研究
• 7.1 概述
• 7.1.1 开机过程动态指标
• 7.1.2 开机方式
• 7.2 开环开机规律
• 7.2.1 传统开环开机
• 7.2.2 改进开环开机
• 7.3 “开环+闭环”开机
• 7.3.1 基本工作原理
• 7.3.2 数学模型分析
• 7.4 开机规律仿真研究
• 7.4.1 建立仿真模型
• 7.4.2 线性水轮机模型仿真
• 7.4.3 非线性水轮机模型仿真
• 8 机组功率与电站水位控制
• 8.1 变结构控制
• 8.2 水轮机开度控制
• 8.2.1 串联PID（缓冲型）调速器
• 8.2.2 并联PID调速器
• 8.2.3 两种结构调速器开度控制分析
• 8.3 机组功率控制
• 8.3.1 AGC功率调节的两种方式
• 8.3.2 功率调节原理框图
• 8.3.3 功率调节系统仿真
• 8.4 电站水位控制
• 8.4.1 压力前池引水系统模型
• 8.4.2 压力前池水位控制
• 9 结论
• 9.1 论文主要成果
• 9.2 下一步工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 一、博士期间发表的学术论文
• 二、博士期间参加的科研项目