CN114439677B - 一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***和方法，该方法包括机组蜗壳进口和出口压力信号与电流信号转换；机组蜗壳进口和出口压力换算后电流信号与计算码值转换；计算码值与调速器水头转换。本发明降低了维护人员的工作量，同时降低了因调速器水头异常及计算不准确导致机组非停、过负荷运行的风险。

Description

一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***和方法
技术领域
本发明属于水电站调速器控制领域，尤其是一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***和方法。
背景技术
调速器水头是水轮机的基本参数，主要用于计算调速器空载开度、空载开限及导叶电气开限，对调速器精确控制水轮发电机安全、稳定运行具有重要作用。
调速器水头控制模式有调速器人工水头、自动水头两种，正常运行时，以调速器自动水头为主，人工水头为备用。
目前水电行业调速器自动水头普遍采用直采水头传感器进行采集，经过水位测量屏数据处理换算后的水头，即通过水位测量屏直接采集水电站大坝坝上水位和坝下水位，将坝上水位和坝下水位做差，经过数据处理后作为调速器自动水头。存在问题如下：
1、水电站大坝坝上水位和坝下水位落差较大，例如某些水电站坝上水位高至1245m，坝下水位低至991m，落差高达254m，通过直采水头传感器进行采集将产生较大误差；
2、受环境和天气影响，水电站大坝坝上水位和坝下水位波动较大，通过直采水头传感器进行采集将产生较大误差；
3、坝下水位随运行机组台数的不同而变幅较大，例如某些电站全负荷时段机组全部运行时坝下水位高至998m，低负荷时段单机运行时坝下水位低至991m，落差高达7m，通过直采水头传感器进行采集将产生较大误差；
4、目前调速器水头计算环节较多，从直采水头传感器采集到水位测量屏数据处理运算后输入到监控***，再由监控***下发给调速器，多环节水头计算容易产生因不确定因素导致的误差，同时也增加了设备成本和工作人员的维护量；
5、水电站大坝坝上水位和坝下水位落差较大，其直采水头传感器安装位置特殊性，水头信号测量源到调速器传输距离远，不利于工作人员进行设备安装及维护；
调速器自动水头异常或计算不准确将导致机组开机失败、开机过速、并网失败、机组过负荷等情况发生，对水轮发电机组及电力***安全、稳定运行造成严重威胁。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***和方法，降低了维护人员的工作量，同时降低了因调速器水头异常及计算不准确导致机组非停、过负荷运行的风险。
本发明的技术方案具体如下：
一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***，包括采集器和处理器，采集器从机组蜗壳进口和出口位置分别获取第一压力信号P1和第二压力信号P2；
处理器将第一压力信号P1和第二压力信号P2与电流信号转换，将0～Pmax压力信号对应标定为4～20mA；将蜗壳获取压力信号转换成电流信号，按下式进行：
I1＝[(20-4)*P1/Pmax]+4；
I2＝[(20-4)*P2/Pmax]+4；
将机组蜗壳进口和出口压力换算后电流信号与计算码值转换，将4～20mA对应标定为计算码值范围θmin～θmax；将电流信号转换成计算码值，按下式进行：
θ1＝[(θmax-θmin)*(I1-4)/(20-4)]+θmin；
θ2＝[(θmax-θmin)*(I2-4)/(20-4)]+θmin；
将计算码值与调速器水头转换，将计算码值范围θmin～θmax对应标定为调速器水头范围0～β米；将计算码值转换成调速器水头，按下式进行：
β1＝β*(θ1-θmin)/(θmax-θmin)；
β2＝β*(θ2-θmin)/(θmax-θmin)。
进一步地，第一压力信号P1和第二压力信号P2均小于蜗壳最大压力Pmax。
进一步地，通过合理调整调中间变量θmin与θmax大小，对调速器水头β1和β2进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化水头。
本发明还涉及的一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿方法，包括如下步骤：
从机组蜗壳进口和出口位置分别获取第一压力信号P1和第二压力信号P2；
将第一压力信号P1和第二压力信号P2与电流信号转换，将0～Pmax压力信号对应标定为4～20mA；将蜗壳获取压力信号转换成电流信号，按下式进行：
I1＝[(20-4)*P1/Pmax]+4；
I2＝[(20-4)*P2/Pmax]+4；
将机组蜗壳进口和出口压力换算后电流信号与计算码值转换，将4～20mA对应标定为计算码值范围θmin～θmax；将电流信号转换成计算码值，按下式进行：
θ1＝[(θmax-θmin)*(I1-4)/(20-4)]+θmin；
θ2＝[(θmax-θmin)*(I2-4)/(20-4)]+θmin；
将计算码值与调速器水头转换，将计算码值范围θmin～θmax对应标定为调速器水头范围0～β米；将计算码值转换成调速器水头，按下式进行：
β1＝β*(θ1-θmin)/(θmax-θmin)；
β2＝β*(θ2-θmin)/(θmax-θmin)。
进一步地，第一压力信号P1和第二压力信号P2均小于蜗壳最大压力Pmax。
进一步地，通过合理调整调中间变量θmin与θmax大小，对调速器水头β1和β2进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化水头。
对于压力变送器而言，其量程已设定(即Pmax已设定，不可调)。对于水电站而言，其水头范围已设定(即β已设定，不可调)。4～20mA为非电流信号转化电流信号标准值，即国际通用标准，不可修改。结合以上计算公式可知，通过合理调整调中间变量θmin与θmax大小，对水头β1、β2进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化。
本发明还涉及的一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还涉及的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
本发明通过采用蜗壳进、出口压力换算成的调速器水头，有效避免了因水电站坝上水位和坝下水位波动导致调速器水头测量误差，有效解除了因调速器水头测量环节复杂、信号传输距离远导致调速器水头测量误差，根本解决了水位差压变送器不易安装及维护问题。通过合理调整调中间变量θmin与θmax大小，对调速器水头进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化水头。增加了调速器水头参与控制的精度和准确性，同时提高了调速器控制水轮机运行的可靠性。降低了维护人员的工作量，同时降低了因调速器水头异常及计算不准确导致机组非停、过负荷运行的风险。
附图说明
图1是本发明的***的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
本实施例是依托调速器水头与机组蜗壳进、出口压力之间关系，将蜗壳进、出口压力转换成调速器水头。
如图1所示，本实施例的基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***，包括采集器101、处理器102和显示器103，采集器101从机组蜗壳进口和出口位置分别获取第一压力信号P1和第二压力信号P2；处理器102进行补偿计算。显示器103显示结果。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。
这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(centralprocessing unit，CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上***(system-on-a-chip，SOC)的形式实现。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在可读存储介质中，或者从一个可读存储介质向另一个可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(SSD))等。
基于上述***，本实施例的方法包括如下步骤：
步骤(1)机组蜗壳进口和出口压力信号与电流信号转换。
1.1)从机组蜗壳进口和出口位置分别获取压力信号P1和P2，其中P1和P2均小于Pmax，其中Pmax为蜗壳最大压力；
1.2)将0～Pmax压力信号(物理信号)对应标定为4～20mA(电流信号)；
1.3)将蜗壳获取压力信号转换成电流信号计算公式：
I1＝[(20-4)*P1/Pmax]+4；
I2＝[(20-4)*P2/Pmax]+4。
步骤(2)机组蜗壳进口和出口压力换算后电流信号与计算码值(中间变量)转换。
2.1)将4～20mA(电流信号)对应标定为计算码值范围θmin～θmax；
2.2)将电流信号转换成计算码值计算公式：
θ1＝[(θmax-θmin)*(I1-4)/(20-4)]+θmin；
θ2＝[(θmax-θmin)*(I2-4)/(20-4)]+θmin。
步骤(3)计算码值与调速器水头转换。
3.1)将计算码值范围θmin～θmax对应标定为调速器水头范围0～β米；
3.2)将计算码值转换成调速器水头计算公式：
β1＝β*(θ1-θmin)/(θmax-θmin)；
β2＝β*(θ2-θmin)/(θmax-θmin)。
水头补偿：
对于水电站而言，蜗壳压力主要由水头变化引起，即不可修改。4～20mA为非电流信号转化电流信号标准值，即国际通用标准，不可修改。结合以上计算公式可知，通过合理调整调中间变量θmin与θmax大小，对调速器水头β1和β2进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化水头。
可选的，本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述所示实施例的方法。
可选的，本申请实施例还提供一种运行指令的芯片，所述芯片用于执行上述所示实施例的方法。
本申请实施例还提供一种程序产品，所述程序产品包括计算机程序，所述计算机程序存储在存储介质中，至少一个处理器可以从所述存储介质读取所述计算机程序，所述至少一个处理器执行所述计算机程序时可实现上述实施例的方法。
本实施例的一个实际测量过程如下：
压力变送器量程为0～4MPa(Pmax＝4MPa)、θmin＝6503、θmax＝32767、β＝400m、P1＝2MPa、P2＝2.1MPa，计算水头β1、β2：计算过程如下：
(1)I1＝[(20-4)*P1/Pmax]+4mA＝[(20-4)*2/4]+4＝12mA；
θ1＝[(θmax-θmin)*(I1-4)/(20-4)]+θmin＝[(32767-6503)*(12-4)/(20-4)]+6503＝19635；
β1＝β*(θ1-θmin)/(θmax-θmin)＝400*(19635-6503)/(32767-6503)m＝200m。
(2)I2＝[(20-4)*P2/Pmax]+4mA＝[(20-4)*2.1/4]+4＝12.4mA；
θ2＝[(θmax-θmin)*(I2-4)/(20-4)]+θmin＝[(32767-6503)*(12.4-4)/(20-4)]+6503＝20291.6；
β2＝β*(θ2-θmin)/(θmax-θmin)＝400*(20291.6-6503)/(32767-6503)m＝210m。
由此可见，本实施例的***和方法：
1、实现模拟量控制冗余配置。
通过获取蜗壳进口和出口压力，分别计算出对应的调速器水头，从而实现了调速器水头模拟量控制信号冗余配置。
2、增加了调速器水头参与控制的可靠性。
通过采用蜗壳进、出口压力换算成的调速器水头，解决了因水电站坝上水位和坝下水位波动、调速器水头测量环节复杂、信号传输距离远导致调速器水头测量误差，从而增加了调速器水头参与控制的可靠性。
3、增加了调速器水头参与控制的精度。
通过合理调整调中间变量θmin与θmax大小，对调速器水头进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化水头，从而增加了调速器水头参与控制的精度。
4、合理改变水头测量源头，根本解决了直采水头传感器不易安装及维护问题。
水电站大坝坝上水位和坝下水位落差较大，其直采水头传感器安装位置特殊性，水头信号测量源到调速器传输距离远，不利于工作人员进行设备安装及维护，通过合理改变水头测量源头，根本解决了直采水头传感器不易安装及维护问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：
从机组蜗壳进口和出口位置分别获取第一压力信号P1和第二压力信号P2；
将第一压力信号P1和第二压力信号P2与电流信号转换，
将0~Pmax压力信号对应标定为4~20mA；将蜗壳获取压力信号转换成电流信号，按下式进行：
I1=[（20-4）*P1/Pmax]+4；
I2=[（20-4）*P2/Pmax]+4；
将机组蜗壳进口和出口压力换算后电流信号与计算码值转换，将4~20mA对应标定为计算码值范围θmin~θmax；将电流信号转换成计算码值，按下式进行：
θ1=[（θmax-θmin）*（I1-4）/（20-4）]+θmin；
θ2=[（θmax-θmin）*（I2-4）/（20-4）]+θmin；
将计算码值与调速器水头转换，将计算码值范围θmin~θmax对应标定为调速器水头范围0~β米；将计算码值转换成调速器水头，按下式进行：
β1=β*（θ1-θmin）/（θmax-θmin）；
β2=β*（θ2-θmin）/（θmax-θmin）；
第一压力信号P1和第二压力信号P2均小于蜗壳最大压力Pmax；
通过合理调整中间变量θmin与θmax大小，对调速器水头β1和β2进行修正补偿，用于补偿测量源及信号传输过程中误差导致的变化水头。
2.一种基于蜗壳水压的调速器水头计算补偿***，其特征在于：包括采集器和处理器，采集器从机组蜗壳进口和出口位置分别获取第一压力信号P1和第二压力信号P2；处理器按照权利要求1所述的方法进行计算。
3.一种电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1所述方法的步骤。
4.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1所述方法的步骤。
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