CN114483432A - 一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法 - Google Patents

一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法，通过对机组不同运行状态分类控制的方法，利用机组运行水头与导叶电气开限的反向关特性，依托现有调速器水头自适应功能，即调速器自动识别机组实际运行水头的功能，对导叶电气开限进行关联设置，实现调速器空载态、发电态、开机过程导叶电气开限的精确控制。实现了不同机组运行状态下导叶电气开限精确控制，解决了人工设置电气开限不准确、不及时的问题，降低机组开机失败或过速的运行风险，避免了电气开限设置不当机组出力受限或过负荷运行的风险，有效保障机组稳定运行。

Description

一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法
技术领域
本发明涉及一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法，属水电站调速器控制***技术领域。
背景技术
电气开限一般指导叶电气控制限制开度，调速***通过电气控制方式对水轮机导叶开度进行限制，防止导叶开度过大影响机组正常运行。当水轮发电机组运行水头变化时，依据水轮机出力公式P＝9.81QH，在出力P相同的情况下水头H与流量Q成反比关系，而流量Q与导叶开度一般成正相关性，即水头H与导叶开度存在反向关联的特性。针对不同的机组运行水头，机组负荷满发时对应的导叶开度是不相同的，即当机组运行水头变化时，需要对导叶电气开限进行相应的调整。
目前，高水头、大变幅水电厂调速器一般采用人工修改的方法对导叶电气开限进行设置，存在修改不及时、设置不合理的风险，人工修改无法根据机组运行状态适时对导叶电气开限进行精确控制，容易带来机组开机失败、开机过速、发电出力受限、超负荷运行等问题，同时人工修改存在较大的误操作风险，严重影响机组的安全稳定运行。
发明内容
针对现有调速器导叶电气开限设置不及时、不准确、不能根据运行状态的变化自动调整、运行风险较大等问题，本发明提供一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法。
本发明通过对机组不同运行状态分类控制的方法，利用机组运行水头与导叶电气开限的反向关特性，依托现有调速器水头自适应功能，即调速器自动识别机组实际运行水头的功能，对导叶电气开限进行关联设置，实现调速器空载态、发电态、开机过程导叶电气开限的精确控制。
本发明通过下列技术方案实现：一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法，经过下列步骤：
(1)对机组实际运行工况进行数据统计，找出各运行水头下，机组空载状态时的导叶开度和最大负荷时的导叶开度，设为空载开度和最大开度，形成数据统计表；
(2)依托电厂调速器水头自适应功能，运用查表法，查询步骤(1)中的统计表数值，将调速器收到的机组运行水头与空载开度、最大开度自动进行关联性设置，得到当前运行水头对应的空载开度或最大开度；
无法精确对应空载开度或最大开度的，按线性插值法，准确计算当前水头空载开度或最大开度，实现各运行水头下空载开度或最大开度的精确设置：
线性插值法公式
Figure BDA0003416125140000021
即水头H对应的空载开度或最大开度
Figure BDA0003416125140000022
其中：H1、H2为水头H在统计数据内所处的区间边界值，Y1、Y2分别对应水头为H1、H2时的空载开度或最大开度；
(3)利用调速器水头与导叶电气开限的对应关系，即机组运行水头与导叶电气开限的反向关联特性，即某一水头值对应某一相应的导叶电气开限且随水头增大而导叶电气开限值减小的特性，将机组空载开度或最大开度值放大处理后的值作为机组空载状态或最大负荷时的导叶电气开限：
A、空载状态时，通过步骤(2)得到某一水头H对应的空载开度Y空载，进而得到导叶电气开限Y空载max＝k×Y空载，k为修正系数，1.0＜k＜1.5,Y空载为空载开度；
B、发电状态时，通过步骤(2)得到某一水头H对应的最大开度Y最大，进而得到导叶电气开限Y发电max＝Y最大+δ，δ为修正系数，1＜δ＜10且Ymax≤100，Y最大为最大开度；
(4)得知步骤(3)的导叶电气开限Y空载max和导叶电气开限Y发电max后，根据机组状态，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值：
A、空载状态时，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y空载max，实现机组空载态时导叶开度的电气限制；
B、发电状态时，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y发电max，实现机组发电态时导叶开度的电气限制。
开机过程的调速***控制方法以导叶开度开环控制为主，即在一定时间内通过控制改变导叶开度，使机组平稳升速至额定转速。结合水轮机转轮动应力试验找出机组最优开机规律，即导叶开度随转速变化规律，运用划分转速阈值控制导叶电气开限的方法，实现开机过程中分段式导叶电气开限精确控制，保障机组快速开机、同期，避免机组开机失败或过速的运行风险。
机组开机时的控制操作如下：机组开机时，导叶以某一速率v逐步开启，呈斜率线性动作趋势，结合转速阈值实现多段式导叶电气开限精确控制，即结合水轮机转轮动应力试验，通过改变开机过程导叶电气开限放大系数k1、k2和机组频率控制边界值f1、f2，即机组转速阈值，改变机组开机规律，分析不同的机组开机规律下的水轮机转轮叶片动应力情况，找出水轮机转轮动应力最小的机组开机规律相应的开机过程导叶电气开限放大系数k1、k2和机组频率控制边界值f1、f2，即转速阈值。通过步骤(2)得知的导叶空载开度Y空载，当机组频率f<f1时，导叶电气开限Y开机max＝k1×Y空载，按此计算结果设置调速器输出导叶开度值；机组频率f1≤f＜f2Hz时，导叶电气开限Y开机max＝k2×Y空载，按此计算结果设置调速器输出导叶开度值；转机组频率f≥f2，转为空载状态，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y空载max。
所述f1、f2是结合水轮机转轮动应力试验得出的机组频率整定值，即机组频率控制边界值。
所述k1、k2是水轮机转轮动应力最小的机组开机规律相应的开机过程导叶电气开限放大系数。
本发明具备的优点及效果：运用上述方法，调速器通过识别的机组状态，即可实现导叶电气开限按机组运行状态分类控制，分别对机组空载态、发电态、开机过程时导叶电气开限进行精确控制。调速通过对导叶电气开限的精确控制，使导叶电气开限随水头变化自动进行设置，实现了不同机组运行状态下导叶电气开限精确控制，解决了人工设置电气开限不准确、不及时的问题，降低机组开机失败或过速的运行风险，避免了电气开限设置不当机组出力受限或过负荷运行的风险，有效保障机组稳定运行。
附图说明
图1为实施例1机组运行水头与导叶电气开限的线性插值关系图；
图2为实施例1的开机过程导叶电气开限控制图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)对机组实际运行工况进行数据统计，找出各运行水头下，机组空载状态时的导叶开度和最大负荷时的导叶开度，设为空载开度和最大开度，形成数据统计表，本例以小湾电厂统计各水头下空载开度和最大开度参数为例，如下表1：
Figure BDA0003416125140000041
(2)依托电厂调速器水头自适应功能，运用查表法，查询步骤(1)中的统计表数值，将调速器收到的机组运行水头与空载开度、最大开度自动进行关联性设置，得到当前运行水头对应的空载开度或最大开度；例如调速器收到机组运行水头为2270分米，查询对应的最大开度为96％；
运用查表法可查询到当前水头下空载开度或最大开度，但因统计数据的离散性，当运行水头在上表的参数间隔内时，只能粗略使用相邻水头对应空载开度或最大开度，无法精确对应空载开度或最大开度的：如水头2300分米时，无法查询到具体最大开度，可使用2390分米对应最大开度值89％近似作为该水头下的最大开度值，这样并不精确；
因机组在小范围水头区间内运行时，空载开度或最大开度可近似认为随水头呈线性比例变化趋势，如图1所示，可按线性插值法，准确计算当前水头空载开度或最大开度，实现各运行水头下空载开度或最大开度的精确设置：
线性插值法公式
Figure BDA0003416125140000042
即水头H对应的空载开度或最大开度
Figure BDA0003416125140000043
其中：H1、H2为水头H在统计数据内所处的区间边界值，Y1、Y2分别对应水头为H1、H2时的空载开度或最大开度；
如水头H＝2300分米时，查表可知H对应的H1＝2270分米、H2＝2390分米，运用线性插值法，计算水头H对应的空载开度：
Figure BDA0003416125140000051
计算可知水头H对应的最大开度：
Figure BDA0003416125140000052
当水头值在统计表数值区间内时，在查表法基础上运用线性插值法可使空载开度或最大开度值计算更精确；
(3)利用调速器水头与导叶电气开限的对应关系，即机组运行水头与导叶电气开限的反向关联特性，某一水头值对应某一相应的导叶电气开限，根据运行经验，一般将机组空载开度或最大开度值放大处理后的值作为机组空载状态或最大负荷时的导叶电气开限：
A、空载状态时，通过步骤(2)得到水头H＝2300分米时对应的空载开度Y空载＝15.3％，进而得到导叶电气开限Y空载max＝k×Y空载，k为修正系数，1.0＜k＜1.5,Y空载为空载开度；本例的小湾电厂机组在空载状态时导叶电气开限Y空载max＝1.2×Y空载＝1.2×15.3％＝18.36％；k值是根据机组本身的运行特性选取的；
B、发电状态时，通过步骤(2)得到水头H＝2300分米时对应的最大开度Y最大＝94.25％，进而得到导叶电气开限Y发电max＝Y最大+δ，δ为修正系数，1＜δ＜10且Y发电max≤100，Y最大为最大开度，得到Y发电max＝94.25％+2％＝96.25％；δ值是根据机组本身的运行特性选取的；
(4)得知步骤(3)的导叶电气开限Y空载max和导叶电气开限Y发电max后，根据机组状态，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值：
A、空载状态时，当水头为H＝2300分米，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y空载max＝18.36％，实现机组空载态时导叶开度的电气限制；
B、发电状态时，当水头为H＝2300分米，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y发电max＝96.25％，实现机组发电态时导叶开度的电气限制；
(5)本例中，根据机组特性，小湾电厂结合水轮机转轮动应力试验，通过改变开机过程导叶电气开限放大系数k1、k2和机组频率控制边界值f1、f2，即机组转速阈值，改变机组开机规律，分析不同的机组开机规律下的水轮机转轮叶片动应力情况，找出水轮机转轮动应力最小的机组开机规律相应的开机过程导叶电气开限放大系数k1＝1.4、k2＝1.3和机组频率控制边界值f1＝45Hz、f2＝47.5Hz，即转速阈值。
小湾电厂开机时，导叶以0.25％导叶开度/秒的速率逐步开启，呈斜率线性动作趋势，水头H＝2300分米时，当机组频率小于45Hz时，导叶电气开限为1.4倍空载开度，即导叶电气开限Y开机max＝1.4×15.3％＝21.42％，按此计算结果设置调速器输出导叶开度值；机组频率大于等于45Hz且小于47.5Hz时，导叶电气开限为1.3倍空载开度，即导叶电气开限Y开机max＝1.3×15.3％＝19.89％，按此计算结果设置调速器输出导叶开度值；机组频率大于等于47.5Hz时，转为空载状态，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y空载max。如图2所示。

Claims (4)

1.一种高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法，其特征在于经过下列步骤：
(1)对机组实际运行工况进行数据统计，找出各运行水头下，机组空载状态时的导叶开度和最大负荷时的导叶开度，设为空载开度和最大开度，形成数据统计表；
(2)依托电厂调速器水头自适应功能，运用查表法，查询步骤(1)中的统计表数值，将调速器收到的机组运行水头与空载开度、最大开度自动进行关联性设置，得到当前运行水头对应的空载开度或最大开度；
无法精确对应空载开度或最大开度的，按线性插值法，准确计算当前水头空载开度或最大开度，实现各运行水头下空载开度或最大开度的精确设置：
线性插值法公式
Figure FDA0003416125130000011
即水头H对应的空载开度或最大开度
Figure FDA0003416125130000012
其中：H1、H2为水头H在统计数据内所处的区间边界值，Y1、Y2分别对应水头为H1、H2时的空载开度或最大开度；
(3)利用调速器水头与导叶电气开限的对应关系，即机组运行水头与导叶电气开限的反向关联特性，即某一水头值对应某一相应的导叶电气开限且随水头增大而导叶电气开限值减小的特性，将机组空载开度或最大开度值放大处理后的值作为机组空载状态或最大负荷时的导叶电气开限：
A、空载状态时，通过步骤(2)得到某一水头H对应的空载开度Y空载，进而得到导叶电气开限Y空载max＝k×Y空载，k为修正系数，1.0＜k＜1.5,Y空载为空载开度；
B、发电状态时，通过步骤(2)得到某一水头H对应的最大开度Y最大，进而得到导叶电气开限Y发电max＝Y最大+δ，δ为修正系数，1＜δ＜10且Ymax≤100，Y最大为最大开度；
(4)得知步骤(3)的导叶电气开限Y空载max和导叶电气开限Y发电max后，根据机组状态，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值：
A、空载状态时，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y空载max，实现机组空载态时导叶开度的电气限制；
B、发电状态时，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y发电max，实现机组发电态时导叶开度的电气限制。
2.根据权利要求1所述的高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法，其特征在于：机组开机时的控制操作如下：机组开机时，导叶以某一速率v逐步开启，通过步骤(2)得知的导叶空载开度Y空载，当机组频率f<f1时，导叶电气开限Y开机max＝k1×Y空载，按此计算结果设置调速器输出导叶开度值；机组频率f1≤f＜f2Hz时，导叶电气开限Y开机max＝k2×Y空载，按此计算结果设置调速器输出导叶开度值；转机组频率f≥f2，转为空载状态，设置调速器输出导叶开度值Y的最大值为Y空载max。
3.根据权利要求2所述的高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法，其特征在于：所述f1、f2是结合水轮机转轮动应力试验得出的机组频率整定值，即机组频率控制边界值。
4.根据权利要求2所述的高水头、大变幅水电站机组调速器电气开限控制方法，其特征在于：所述k1、k2是水轮机转轮动应力最小的机组开机规律相应的开机过程导叶电气开限放大系数。
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