CN110513241A - 抽水蓄能机组调速器工况转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能机组调速器工况转换方法，包括如下步骤：1）梳理抽水蓄能机组的各种工况，外部输入事件，各工况之间的转换条件，各工况执行的动作程序，基于有限状态机原理，得到用于描述抽水蓄能机组工况转换的有限状态机状态集合、事件集合、状态转换函数、动作集合；2）基于有限状态机的状态、事件、转换、动作集合对抽水蓄能机组众多工况、复杂转换关系和执行程序进行编程处理。优点：克服了常规梯形图和图形设计方法的局限性；有效地防止了错误工况转换的发生，提升了设备的整体可靠性。

Description

抽水蓄能机组调速器工况转换方法

技术领域

本发明涉及一种抽水蓄能机组调速器工况转换方法，属于电力***技术领域。

背景技术

近年来，随着我国电网建设和新能源的快速发展，电网的安全稳定及新能源消纳问题日益突出，抽水蓄能电站作为削峰填谷最有效的储能方式获得了大量应用。与常规电站相比，抽水蓄能机组具有工况流程更多，转换方式复杂，转换频繁，安全可靠性更高等特点。当流程数量不多，且相互独立时，梯形图较容易解决，但抽水蓄能机组几十种工况且相互之间均存在转换关系，采用梯形图方法就很难处理，且可读性很差，即使设计出来，也很难保证流程转换可靠。图形化设计方法虽简洁、直观、形象，可读性强，一般高级PLC均支持图形化编程，但其本质还是梯形图的一种改进，当程序模块较多且相互关系密切时，图形法也难以描述清楚，存在连接交叉、转换混乱，可靠性难以保证等问题。

因此在工况流程数量较少且较简单时，一般采用梯形图编程方法来设计，但针对抽水蓄能机组20多种复杂工况及相互关系，普通梯形图设计方法难以解决且不能保证安全可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于有限状态机的抽水蓄能机组调速器工况转换方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种抽水蓄能机组调速器工况转换方法，

1)梳理抽水蓄能机组的各种工况，外部输入事件，各工况之间的转换条件，各工况执行的动作程序，基于有限状态机原理，得到用于描述抽水蓄能机组工况转换的有限状态机状态集合、事件集合、状态转换函数、动作集合；

2)基于有限状态机的状态、事件、转换、动作集合对抽水蓄能机组众多工况、复杂转换关系和执行程序进行编程处理。

进一步的，所述有限状态机的状态集合、事件集合通过下述表示：

状态S＝{静止，开机，空载，发电，发电调相，背靠背水轮机启动，抽水调相，抽水，停机，紧急停机}；

事件I＝{开机令，频率大于45Hz，断路器合上，断路器跳开，停机令或开机延时到，紧急停机令，发电调相令，发电调相令撤除，建压完成水泵抽水指令，抽水调相令，抽水调相令撤除，背靠背启动令，停机延时到，紧急停机延时到，SFC方式启动，背靠背方式启动}；

事件I用于机组在一定的工况下，当某一条件满足则转为另一工况。

进一步的，所述集合S中各工况的操作z为：

静止：静止等待机组的启动，输出压紧导叶的电压信号并调用蠕动检测程序；

开机：调用开机程序，并进行开机延时计数；

空载：调用空载PID调节程序，进行频率闭环调节；

发电：调用发电程序，进行功率闭环调节或开度闭环调节；

发电调相：调用发电调相程序，关闭导叶；

背靠背水轮机启动：调用背靠背启动程序，使水轮机拖动被拖动机组同步加速；

抽水调相：调用抽水调相程序，关闭导叶；

抽水：调用抽水程序，根据水头适时调整导叶位置

停机：调用停机程序关闭导叶，并进行停机延时计数；

紧急停机：调用紧急停机程序，按一定规律关闭导叶，并进行紧急停机延时计数。

进一步的，所述步骤2)具体为：

首先根据初始输入条件确定机组的初始工况，输入抽水蓄能机组的具体事件指令，进入相应的工况状态，进行该工况状态下的动作操作，并不断的根据输入事件判断条件，当满足转换的条件时转入其它相应的工况状态，当没有满足转换的条件时，机组继续处于原来的工况状态下。

一种抽水蓄能机组调速器工况转换***，

包括有限状态机构建模块和编程及处理模块；

所述有限状态机构建模块用于根据抽水蓄能机组工况之间的转换关系，得到用于描述抽水蓄能机组工况转换的有限状态机；

所述编程及处理模块用于基于有限状态机对抽水蓄能机组众多工况及转换关系进行编程处理。

进一步的，所述有限状态机的状态集合、事件集合通过下述表示：

状态S＝{静止，开机，空载，发电，发电调相，背靠背水轮机启动，抽水调相，抽水，停机，紧急停机}；

事件I＝{开机令，频率大于45Hz，断路器合上，断路器跳开，停机令或开机延时到，紧急停机令，发电调相令，发电调相令撤除，建压完成水泵抽水指令，抽水调相令，抽水调相令撤除，背靠背启动令，停机延时到，紧急停机延时到，SFC方式启动，背靠背方式启动}；

事件I用于机组在一定的工况下，当某一条件满足则转为另一工况。7.根据权利要求6所述的抽水蓄能机组调速器工况转换***，其特征在于，所述有限状态机五元组构建模块中的集合S中的各工况的操作Z为：

静止：静止等待机组的启动，输出压紧导叶的电压信号并调用蠕动检测程序；

开机：调用开机程序，并进行开机延时计数；

空载：调用空载PID调节程序，进行频率闭环调节；

发电：调用发电程序，进行功率闭环调节或开度闭环调节；

发电调相：调用发电调相程序，关闭导叶；

背靠背水轮机启动：调用背靠背启动程序，使水轮机拖动被拖动机组同步加速；

抽水调相：调用抽水调相程序，关闭导叶；

抽水：调用抽水程序，根据水头适时调整导叶位置

停机：调用停机程序关闭导叶，并进行停机延时计数；

紧急停机：调用紧急停机程序，按一定规律关闭导叶，并进行紧急停机延时计数。

进一步的，所述编程及处理模块具体为：

首先根据初始输入条件确定机组的初始工况，输入抽水蓄能机组的具体事件指令，进入相应的工况状态，进行该工况状态下的动作操作，并不断的根据输入事件判断条件，当满足转换的条件时转入其它相应的工况状态，当没有满足转换的条件时，机组继续处于原来的工况状态下。

进一步的，所述编程及处理模块采用贝加莱可编程控制计算机AutomationStudio编程语言中基于有限状态机的状态选择指令对抽水蓄能机组众多工况及复杂转换关系进行编程。

本发明所达到的有益效果：

(1)克服了常规梯形图和图形设计方法的局限性，通过梳理抽水蓄能机组的各种工况，外部输入事件，各工况之间的转换条件，各工况执行的动作程序，得到用于描述抽水蓄能机组工况转换的有限状态机状态集合、事件集合、状态转换函数、动作集合，基于有限状态机的状态选择指令对抽水蓄能机组众多工况及复杂转换关系进行编程处理，使得抽水蓄能机组工况间的复杂转换关系变得清晰明了，简单可靠，为大型抽水蓄能电站工况及流程转换提供了有效的指导和依据；

(2)有效地防止了错误工况转换的发生，提升了设备的整体可靠性。

附图说明

图1是抽水蓄能电站可逆式机组工况转换示意图；

图2是机组从“静止”状态到“发电”状态工况转换分解图；

图3是机组由“发电”状态到“静止”状态工况转换分解图；

图4是机组由“静止”状态到“抽水”状态工况转换分解图；

图5是机组由“抽水”状态到“静止”状态工况转换分解图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在抽水蓄能机组的控制中，机组总是处在一定的工况状态中，在一定的工况下完成一定的任务，工况之间的转换都是在外部事件的驱动下发生的，因此可以用有限状态机来描述这一工况转换过程。根据上述关于有限状态机的概念，分析抽水蓄能机组工况之间的转换关系，可以得到用于描述抽水蓄能机组工况转换的有限状态机的五元组具体定义如下：

S为所有工况的集合，即S＝{静止，开机，空载，发电，发电调相，抽水调相，抽水，背靠背水轮机启动，停机，紧急停机}，抽水蓄能机组常用的工况转换流程可分解为19种：静止→开机，开机→静止，静止→发电，发电→静止，静止→抽水调相，抽水调相→静止，静止→抽水，抽水→静止，静止→发电调相，发电调相→静止，空载→发电，发电→空载，空载→发电调相，发电调相→空载，发电调相→发电，发电→发电调相，抽水调相→抽水，抽水→抽水调相，抽水→发电。将其中相互转换合并起来，可以总结为上述10种工况。

I为输入事件集合，包含外部开关量输入信号、数据约束条件、定时约束条件等；即I＝{开机令，频率大于45Hz，断路器合上，断路器跳开，停机令或开机延时到，紧急停机令，发电调相令，发电调相令撤除，建压完成水泵抽水指令，抽水调相令，抽水调相令撤除，背靠背启动令(拖动机)，停机延时到，紧急停机延时到，SFC方式启动，背靠背方式启动(被拖动机)}；

f为状态转换函数，是指机组在一定的工况下当某一条件满足即转为另一工况，定义见表1；

s₀为机组的初始状态，由控制软件的初始化部分确定；

Z为机组的最终状态集合，因为机组启动后就始终连续运转，因此有限状态机的终态集为空。

将静止、开机、空载、发电、发电调相、抽水调相、抽水、背靠背水轮机启动、停机、紧急停机的工况分别用1、2、3、4、5、6、7、8、9、10来代替表示，则抽水蓄能机组工况有限状态机的状态转换表如表1所示。

表1

表2给出了机组在各种工况时执行的操作。通过表1和表2可以清楚的看到抽水蓄能机组工况有限状态机的状态、事件、转换和动作，这样就使抽水蓄能机组工况间的复杂转换关系变得清晰明了。

表2

状态(S)	操作(Z)
		1静止	1静止等待机组的启动，输出压紧导叶的电压信号并调用蠕动检测程序
2开机	2调用开机程序，并进行开机延时计数
		3空载	3调用空载PID调节程序，进行频率闭环调节
4发电	4调用发电程序，进行功率闭环调节或开度闭环调节
		5发电调相	5调用发电调相程序，关闭导叶
6背靠背启动	6调用背靠背启动程序，使水轮机拖动被拖动机组同步加速
		7抽水调相	7调用抽水调相程序，关闭导叶
8抽水	8调用抽水程序，根据水头适时调整导叶位置
		9停机	9调用停机程序关闭导叶，并进行停机延时计数
10紧急停机	10调用紧急停机程序，按一定规律关闭导叶，并进行紧急停机延时计数

通过表1、表2编写机组由“静止”状态到“发电”状态流程，通过有限状态机原理四要素状态S、事件I、转换f、和动作Z分解如图2所示。

图2为机组从“静止”到“发电”工况转换分解图，具体步骤为：“静止”状态(S₁)下，若无输入事件，则调用停机操作(Z₁)，静止等待机组启动，输出压紧电压关闭导叶并进行蠕动监测。若外部输入开机指令(I₁)，则启动转换f₁₂，变换到开机状态(S₂)。该状态下若无其他输入，则调用开机操作(Z₂)，调用开机程序，并进行开机延时计数。若机组频率超过45Hz(I₂)，则启动转换f₂₃，状态变换到空载状态(S₃)。该状态下若无其他输入，则调用开机操作(Z₃)，调用空载PID调节程序，进行频率闭环调节。该状态下若断路器闭合(I₃)，则启动转换f₃₄，状态变换到发电(S₄)。该状态下若无其他输入，则调用发电操作(Z₄)，调用发电程序，进行功率闭环调节或开度闭环调节。

同理，按照表1、表2，机组由“发电”状态到“静止”状态流程，分解如图3所示。

“发电”状态(S₄)下，若无输入事件，则调用发电操作(Z₄)；若发电机断路器跳开(I₄)，则启动转换f₄₃，变换到空载状态(S₃)。该状态下若无其他输入，则调用空载操作(Z₃)。若收到停机指令(I₉)，则启动转换f₃₉，状态变到停机状态(S₉)。该状态下若无其他输入，则调用停机操作(Z₉)，关闭导叶同时启动停机延时。该状态下若停机延时到(I₁₃)，则启动转换f₉₁，状态转到静止(S₁)。该状态下若无其他输入，则调用静止操作(Z₁)。

机组由“静止”状态到“抽水”状态流程，分解如图4所示。

“静止”状态(S₁)下，调用静止操作(Z₁)；该状态下，若收到抽水调相令(I₁₀)，同时机组以SFC方式启动(I₁₅)或背靠背方式启动(I₁₆)，则启动转换f₁₇，变换到抽水调相状态(S₇)，启动调相操作(Z₇)，关闭导叶，执行调相流程。若抽水调相令撤销(I₁₁)，同时建压完成，收到水泵抽水指令(I₉)，则启动转换f₇₈，变换到抽水状态(S₈)。则调用抽水操作(Z₈)，启动抽水流程，根据水头适时调整导叶位置。

机组由“抽水”状态到“静止”状态流程，分解如图5所示。

“抽水”状态(S₈)下，调用静止操作(Z₈)；该状态下，若收到抽水调相令(I₁₀)，则启动转换f₈₇，变换到抽水调相状态(S₇)，启动调相操作(Z₇)，关闭导叶，执行调相流程。若收到停机指令(I₄)，同时断路器断开(I₅)，则启动转换f₇₉，变换到停机状态(S₉)，调用停机操作(Z₉)，启动停机延时。该状态下若停机延时到(I₁₃)，则启动转换f₉₁，状态转到静止(S₁)，调用静止操作(Z₁)。

抽水蓄能电站机组工况及流程众多，相互转换频繁，排列组合复杂，流程转换及设计要求又很高，常规梯形图和图形设计方法对于常规工况及流程较少的机组有效，对于抽水蓄能机组则难以实现流程及工况设计的准确性。本发明的优点主要有：(1)克服了常规梯形图和图形设计方法的局限性，通过有限状态机中状态、事件、转换和动作四要素，对抽水蓄能机组多种不同工况及复杂的工况转换关系进行了准确定义、分类和处理，使得抽水蓄能机组工况间的复杂转换关系变得清晰明了，简单可靠，为大型抽水蓄能电站工况及流程转换提供了有效的指导和依据。

(2)采用贝加莱可编程控制计算机Automation Studio编程语言中基于有限状态机的状态选择指令(Select Case)对抽水蓄能机组众多工况及复杂转换关系进行了编程，已在大型抽水蓄能机组调速器工程中应用。使得编写的流程结构清晰，程序代码简洁高效，同时还有效地防止了错误工况转换的发生，提升了设备的整体可靠性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抽水蓄能机组调速器工况转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)梳理抽水蓄能机组的各种工况，外部输入事件，各工况之间的转换条件，各工况执行的动作程序，基于有限状态机原理，得到用于描述抽水蓄能机组工况转换的有限状态机状态集合、事件集合、状态转换函数、动作集合；

2)基于有限状态机的状态、事件、转换、动作集合对抽水蓄能机组众多工况、复杂转换关系和执行程序进行编程处理。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组调速器工况转换方法，其特征在于，所述有限状态机的状态集合、事件集合通过下述表示：

状态S＝{静止，开机，空载，发电，发电调相，背靠背水轮机启动，抽水调相，抽水，停机，紧急停机}；

事件I＝{开机令，频率大于45Hz，断路器合上，断路器跳开，停机令或开机延时到，紧急停机令，发电调相令，发电调相令撤除，建压完成水泵抽水指令，抽水调相令，抽水调相令撤除，背靠背启动令，停机延时到，紧急停机延时到，SFC方式启动，背靠背方式启动}；

其中事件I用于机组在一定的工况下，当某一条件满足则转为另一工况。

3.根据权利要求2所述的抽水蓄能机组调速器工况转换方法，其特征在于，所述集合S中各工况的操作z为：

静止：静止等待机组的启动，输出压紧导叶的电压信号并调用蠕动检测程序；

开机：调用开机程序，并进行开机延时计数；

空载：调用空载PID调节程序，进行频率闭环调节；

发电：调用发电程序，进行功率闭环调节或开度闭环调节；

发电调相：调用发电调相程序，关闭导叶；

背靠背水轮机启动：调用背靠背启动程序，使水轮机拖动被拖动机组同步加速；

抽水调相：调用抽水调相程序，关闭导叶；

抽水：调用抽水程序，根据水头适时调整导叶位置

停机：调用停机程序关闭导叶，并进行停机延时计数；

紧急停机：调用紧急停机程序，按一定规律关闭导叶，并进行紧急停机延时计数。

4.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组调速器工况转换方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：

首先根据初始输入条件确定机组的初始工况，输入抽水蓄能机组的具体事件指令，进入相应的工况状态，进行该工况状态下的动作操作，并不断的根据输入事件判断条件，当满足转换的条件时转入其它相应的工况状态，当没有满足转换的条件时，机组继续处于原来的工况状态下。

5.一种抽水蓄能机组调速器工况转换***，其特征在于，

包括有限状态机构建模块和编程及处理模块；

所述有限状态机构建模块用于根据抽水蓄能机组工况之间的转换关系，得到用于描述抽水蓄能机组工况转换的有限状态机；

所述编程及处理模块用于基于有限状态机对抽水蓄能机组众多工况及转换关系进行编程处理。

6.根据权利要求5所述的抽水蓄能机组调速器工况转换***，其特征在于，所述有限状态机的状态集合、事件集合通过下述表示：

状态S＝{静止，开机，空载，发电，发电调相，背靠背水轮机启动，抽水调相，抽水，停机，紧急停机}；

事件I＝{开机令，频率大于45Hz，断路器合上，断路器跳开，停机令或开机延时到，紧急停机令，发电调相令，发电调相令撤除，建压完成水泵抽水指令，抽水调相令，抽水调相令撤除，背靠背启动令，停机延时到，紧急停机延时到，SFC方式启动，背靠背方式启动}；

事件I用于机组在一定的工况下，当某一条件满足则转为另一工况。

7.根据权利要求6所述的抽水蓄能机组调速器工况转换***，其特征在于，所述有限状态机五元组构建模块中的集合S中的各工况的操作Z为：

静止：静止等待机组的启动，输出压紧导叶的电压信号并调用蠕动检测程序；

开机：调用开机程序，并进行开机延时计数；

空载：调用空载PID调节程序，进行频率闭环调节；

发电：调用发电程序，进行功率闭环调节或开度闭环调节；

发电调相：调用发电调相程序，关闭导叶；

背靠背水轮机启动：调用背靠背启动程序，使水轮机拖动被拖动机组同步加速；

抽水调相：调用抽水调相程序，关闭导叶；

抽水：调用抽水程序，根据水头适时调整导叶位置

停机：调用停机程序关闭导叶，并进行停机延时计数；

紧急停机：调用紧急停机程序，按一定规律关闭导叶，并进行紧急停机延时计数。

8.根据权利要求5所述的抽水蓄能机组调速器工况转换***，其特征在于，所述编程及处理模块具体为：

首先根据初始输入条件确定机组的初始工况，输入抽水蓄能机组的具体事件指令，进入相应的工况状态，进行该工况状态下的动作操作，并不断的根据输入事件判断条件，当满足转换的条件时转入其它相应的工况状态，当没有满足转换的条件时，机组继续处于原来的工况状态下。

9.根据权利要求5所述的抽水蓄能机组调速器工况转换***，其特征在于，所述编程及处理模块采用贝加莱可编程控制计算机Automation Studio编程语言中基于有限状态机的状态选择指令对抽水蓄能机组众多工况及复杂转换关系进行编程。