水電機(jī)組調(diào)速器控制技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用分析

【摘要】隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步，工業(yè)計(jì)算機(jī)隨之逐漸融入到水電機(jī)組調(diào)速的工作之中，我國(guó)水電機(jī)組的調(diào)控技術(shù)相比之前也有了較大程度的發(fā)展，水電機(jī)組單機(jī)的容量有了全方位的優(yōu)化及改進(jìn)，比如機(jī)組的尺寸加大，同時(shí)隨著相對(duì)剛度的減弱，人們對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性也提起了高度重視，在這樣的大環(huán)境下，促使微機(jī)型的調(diào)速器應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)此，本文主要根據(jù)筆者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水電機(jī)組的特點(diǎn)以及調(diào)速控制技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了論述，并就其應(yīng)用問題進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

【關(guān)鍵詞】水電機(jī)組；調(diào)速器；控制技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用

近年來，隨著相關(guān)文件的發(fā)布，國(guó)家對(duì)于水利事業(yè)加大了支持力度。在這樣的大好形勢(shì)下，對(duì)于中小型甚至是超小型的水力發(fā)電機(jī)的改造是十分有必要的，其中重要的一項(xiàng)改造就是對(duì)于調(diào)速設(shè)備的改造革新，同時(shí)，一大批的中小水電工程也正在建設(shè)之中。水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)品質(zhì)的好壞以及其具體的運(yùn)行的可靠性與水輪發(fā)電機(jī)組以及整個(gè)電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的聯(lián)系，因此，高性能，高可靠性的水輪機(jī)調(diào)速器對(duì)于水電工程有著重要的影響。

1、水電廠水電機(jī)組的主要特點(diǎn)

作為水電站的重要設(shè)備之一，水電機(jī)組的運(yùn)行有著其自身的獨(dú)特特點(diǎn)，其的正常安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)水電站的穩(wěn)定運(yùn)行，將水電機(jī)組的工作特點(diǎn)概括來說就是以下幾點(diǎn)：其一，水電機(jī)組的形式多樣，其中，混流式以及貫流式、軸流式，即使是同一種型號(hào)的水電機(jī)組的轉(zhuǎn)輪的型號(hào)有著較大的差異，這就決定了不同的水電機(jī)組有著不同的功率，其結(jié)果也呈現(xiàn)一種明顯的非線性的變化；其二，對(duì)于水電機(jī)組來說，開機(jī)和空載運(yùn)行是電機(jī)啟動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，各種工作的狀況的不同也就決定了調(diào)速器的類型不同，控制技術(shù)應(yīng)當(dāng)考慮到類似的問題；其三，正零點(diǎn)存在以及偏小是水電機(jī)組的機(jī)械特性曲線的特征，這就使得水電機(jī)組在慣性環(huán)節(jié)有一個(gè)較大的時(shí)間常數(shù)。

2、水電機(jī)組調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展

作為水電機(jī)組調(diào)速的主要設(shè)備，調(diào)速器主要利用一些科學(xué)合理的控制技術(shù)來改變水電機(jī)組的相關(guān)轉(zhuǎn)速，由此保證整個(gè)水電機(jī)組的正常合理運(yùn)行，同時(shí)控制的穩(wěn)定性以及快速性和準(zhǔn)確性關(guān)系到整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及系統(tǒng)的安全情況。在早期的水電機(jī)組的調(diào)速工作當(dāng)中，其主要依賴于調(diào)速原件，通過調(diào)速元件直接控制水電機(jī)組的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，繼而更加直接的控制水電機(jī)組的轉(zhuǎn)速。在科技有了較大發(fā)展程度的現(xiàn)在，人們開始利用電子管以及集成電路和晶體管生產(chǎn)電氣液壓調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)水電機(jī)組的調(diào)速工作。

3、水電機(jī)組調(diào)速控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 PID調(diào)節(jié)規(guī)律

PID調(diào)節(jié)規(guī)律是至今為止自動(dòng)控制領(lǐng)域的經(jīng)典規(guī)律之一，比例、積分和微分是其最重要的三個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)，在每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于系統(tǒng)的控制作用都有著不同的影響，PID調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且可靠性較高，在使用時(shí)也十分方便，而智能調(diào)速控制與微機(jī)緊密結(jié)合，可以對(duì)PID系統(tǒng)之中的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行一個(gè)具體的設(shè)定，這樣就使得系統(tǒng)的工作可以保持相對(duì)的穩(wěn)定。但是由于水電機(jī)組其自身的工作狀態(tài)十分復(fù)雜，經(jīng)典的PID調(diào)節(jié)可能很難使得調(diào)速狀態(tài)達(dá)到最好，因此，在水電機(jī)組的智能調(diào)控技術(shù)之中，PID的調(diào)節(jié)規(guī)律也有了革新和補(bǔ)充，經(jīng)過革新改進(jìn)之后的調(diào)解效果在調(diào)控工作上有了較大的改觀，效果較好。

3.2 自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制

控制系統(tǒng)可以在一定程度上識(shí)別控制對(duì)象的大致變化情況，從而將實(shí)際值和期望值進(jìn)行一個(gè)比較，這樣可以有效的縮小實(shí)際值與真實(shí)值之間的差距，這就在一定程度上體現(xiàn)了智能調(diào)速控制的自適應(yīng)。對(duì)于水電機(jī)組的調(diào)速器系統(tǒng)來說，其主要的控制對(duì)象是轉(zhuǎn)速，因此自適應(yīng)就是系統(tǒng)識(shí)別轉(zhuǎn)速主要變化的一個(gè)重要方式。其監(jiān)測(cè)結(jié)果可以與系統(tǒng)自身計(jì)算出的期望值進(jìn)行一個(gè)比較，繼而作出判斷，對(duì)水電機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在計(jì)算期望值轉(zhuǎn)速時(shí)需要考慮到的因素有很多，因此，計(jì)算值的精確度仍然有提升的必要。

4、水電機(jī)組調(diào)速控制的發(fā)展方向

4.1 模糊的智能控制理論

所謂的模糊的智能控制理論指的就是不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而是根據(jù)相關(guān)專家的工作經(jīng)驗(yàn)建立語(yǔ)言變量的控制規(guī)則。模糊智能控制理論特別適合類似于水電機(jī)組這樣的非線性而且具有時(shí)變和相對(duì)滯后性的復(fù)雜系統(tǒng)。我國(guó)國(guó)內(nèi)的的很多水電機(jī)組專家也開始對(duì)模糊智能控制進(jìn)行了一些研究和探討，而且在相關(guān)的領(lǐng)域也有了一些研究成果。但是，對(duì)于系統(tǒng)的控制來說，模糊智能控制的精確度以及實(shí)時(shí)性都有一些矛盾存在，并且對(duì)于水電機(jī)組這樣相對(duì)來說調(diào)節(jié)范圍較大的系統(tǒng)，其在展開控制工作的過程中也存在一些問題，有一定的難度。因此，當(dāng)前模糊控制在實(shí)際的水電機(jī)組的調(diào)速控制中仍然不能夠應(yīng)用，我國(guó)的相關(guān)專家對(duì)此也應(yīng)當(dāng)需要進(jìn)行一定的研究工作。

4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制

智能控制中的一個(gè)重要的方向就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有一種其他控制方式?jīng)]有的優(yōu)勢(shì)就是其具有逼近任意函數(shù)的能力，相比于其他的控制方式，其學(xué)習(xí)能力也十分可觀，在局部研究中也可以比較容易的產(chǎn)生一個(gè)局部最優(yōu)解。但是美中不足的就是，其收斂性不是很好，而水電機(jī)組這種調(diào)節(jié)又是一個(gè)相對(duì)來說應(yīng)用較為復(fù)雜的調(diào)節(jié)環(huán)境，因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在其中的應(yīng)用仍然不是十分的樂觀，需要研究者對(duì)其的工作短板進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。

5、小結(jié)

總之，當(dāng)前我國(guó)在水電機(jī)組的控制方面雖然已經(jīng)取得了比較客觀的成績(jī)，但距離世界發(fā)達(dá)國(guó)家仍然有很大差距，同時(shí)，就目前水電機(jī)組的發(fā)展模式，其主要傾向于向著高參數(shù)和大容量的方向發(fā)展，水輪機(jī)調(diào)速器也是其發(fā)展的重要一個(gè)方面，對(duì)于整個(gè)水電工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的作用。因此，加大對(duì)水電調(diào)速系統(tǒng)的研究力度，積極地引進(jìn)和吸收發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，真正的掌握調(diào)速系統(tǒng)具有的功能以及其具體的作用，可以切實(shí)的提高水電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作效果，提高水電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，從而保障我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。

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