淺析調速器在水輪發(fā)電機組中的應用

摘 要：水輪發(fā)電機組在使用過程中會有很多的外界因素影響，這樣就會導致發(fā)電機組系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變，發(fā)電機組出現(xiàn)問題。為了解決這些問題，對水輪發(fā)電機組的調速器工作原理以及作用進行分析是非常必要的，同時在進行分析的時候也可以對多項方程式法在水輪發(fā)電機調速器中的應用進行分析。

關鍵詞：水輪發(fā)電機；調速器；應用

1 水輪發(fā)電機組調速器的作用

經濟和社會的快速發(fā)展使得能源供應逐漸出現(xiàn)了供不應求的情況，為了更好的解決能源供應問題，水電站的作用是非常大的，它的出現(xiàn)對我國經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定做出了很大的貢獻。水電站進行電能的供應可以更好的保證人們的生產和生活不會受到影響，同時利用水能來進行發(fā)電是一種清潔能源，在生產過程中不會出現(xiàn)過多的污染環(huán)境的問題。水電站的正常運行離不開水輪發(fā)電機，它是重要的核心裝置，水電站供電時電壓和頻率都是和水輪發(fā)電機的運行分不開的。水輪發(fā)電機在使用的時候也要進行必要的控制，否則容易出現(xiàn)水輪機轉速過快的情況，在這種情況下如果不及時進行電機轉速的調整，是非常容易導致機組出現(xiàn)飛逸事故，對于水電站來說將要承擔的經濟損失是無法預計的。很多水電站為了對水輪發(fā)電機的轉速進行控制安裝了過速保護系統(tǒng)，在水輪發(fā)電機組轉速過快的情況下，保護系統(tǒng)會對其進行停機保護操作。這種情況下，水輪發(fā)電機組就出現(xiàn)了停運的情況，對于水電站來說會影響其供電的穩(wěn)定性，這樣會給水電站帶來一定的負面影響。水輪發(fā)電機在運行的過程中會受到水的流動性影響，在進行發(fā)電的時候主要利用的就是水的流動性，因此，水輪發(fā)電機的轉速是和進水流速有密切關系的，進水的流速出現(xiàn)了增快的情況，那么水輪發(fā)電機組也會提高運轉速度。這樣就會導致過速保護系統(tǒng)被啟動，這時是需要人為對進水閘門進行恢復的，這樣才能使水輪發(fā)電機重新投入使用，在這個過程中水電站的供電情況也是會受到一定影響。因此，在水輪發(fā)電機運行過程中可以隨時對電機的轉速進行調節(jié)是非常重要的，這樣可以避免電機出現(xiàn)過速的情況，提高水電站的供電穩(wěn)定性，這樣就出現(xiàn)了水輪發(fā)電機組的調速系統(tǒng)。

2 水輪機調速器的工作原理

水輪機調速器的應用就是為了調節(jié)發(fā)電機的轉速，使其在運行的時候可以保證供電的穩(wěn)定。水輪發(fā)電機輸出的電流頻率取決于機組內的電機磁極對數(shù)和轉速，在發(fā)電機中磁極對數(shù)是沒有辦法進行更改的，這樣就使得要想保證水電站的供電穩(wěn)定性就要對發(fā)電機的轉速進行控制，確保其輸出的電流頻率是相對穩(wěn)定的，這樣就可以更好的保證水電站的供電質量。水輪發(fā)電機的轉速主要是受到水輪機的主力矩影響，而水輪機的主力矩又是由水的密度、水輪機的效率、運行時過水流量共同決定的。要想調節(jié)水輪機的轉速可以改變水輪機的主力矩，這樣可以保證水電站供電的穩(wěn)定性，在對主力矩進行改變的時候最好的方法就是對水發(fā)電機的過水流量進行調節(jié)。因此，水輪發(fā)電機調速器的工作重點就是對水輪機以及配套設施的引水系統(tǒng)進行調節(jié)，通過改變進水的水量來對發(fā)電機的轉速進行調節(jié)。調速器在運行的時候可以和計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行連接，這樣可以更好的對水輪發(fā)電機進行操作，不僅可以保證水輪發(fā)電機的運行安全，同時還能更好的維持水輪機的運轉情況。水輪發(fā)電機的調速器在應用的過程中實現(xiàn)了水電站的發(fā)電和供電穩(wěn)定性，同時也實現(xiàn)了對水輪發(fā)電機轉速的實時控制。

調速器在發(fā)展過程中，也經歷了漫長的過程，老式的調速器在操作速度方面具有一定的滯后性，同時在使用的時候也缺乏靈敏性，為了更好的發(fā)展這項技術，數(shù)字化設計在調速器的發(fā)展中得到了廣泛應用與發(fā)展，這樣也使得我國水電站的建設水平得到了提高。將計算機系統(tǒng)和調速器進行連接，可以實現(xiàn)智能化的操作，通過遠程操作就可以進行控制，同時也能更好的掌握水輪機組在使用中的特點。提高調速器對水輪發(fā)電機轉速的調節(jié)效果，可以更好的提高水電站的供電質量。

3 多項式方程法的應用

水輪發(fā)電機調速器的工作原理就是利用機組的轉速波動，對水輪機導葉的開度進行適當?shù)恼{整，通過這樣的操作可以使水輪機的轉速恢復到正常水平，同時也能保證其在運行的時候保持穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣能夠更好的提高水電站的供電穩(wěn)定性。水在流動的過程中會產生一定的慣性，水輪發(fā)電機組在運行的時候也會在各個裝置和環(huán)節(jié)上出現(xiàn)一些特征，這些特征可能會根據電力系統(tǒng)負荷不同隨時發(fā)生一些變化，這樣就給調速器的控制過程增加了一些困難。所以，在進行調速器設計的時候要在數(shù)字控制模塊中將出現(xiàn)的干擾情況進行預測，這樣調速器在使用的過程中更能保證使用的效果，而且在多種狀態(tài)下也是可以進行使用的，這樣對保證水輪發(fā)電機組的安全運行非常關鍵。在水輪調速器中運行多項方程法，這樣在進行控制的時候能夠取得更好的效果，同時在使用的時候也能更好的保證調速器不出現(xiàn)問題。

首先，利用傳統(tǒng)的PID法對水輪發(fā)電機組調速器的工作情況進行模擬，得出控制全過程的相關參數(shù)以及利用PID法進行調節(jié)的最終效果。并將所得數(shù)據進行綜合處理，得出PID控制法對系統(tǒng)變化的反應規(guī)律。其次，利用多項式方程法對調速器的運行進行假設。將所得的擬合結果帶入系統(tǒng)進行模擬試驗，發(fā)現(xiàn)采用該方法將會導致調節(jié)過程過長，且存在較大靜差，故而放棄該結果。此外，使用regress函數(shù)還能獲得各項系數(shù)95%的置信區(qū)間和顯著性概率P。對數(shù)據進行整合后可以認為方程中至少有一個自變量的系數(shù)不為0，說明回歸方程有意義。最后，將該方法的解析式帶入到水輪發(fā)電機組調速器的模擬運行活動當中，得到水輪發(fā)電機組調速器的階躍擾動過程，將所得結果與PID控制器的控制效果進行對比后，不難發(fā)現(xiàn)，多項式方程控制器對系統(tǒng)參數(shù)的改變具有較強的抗性，使水輪發(fā)電機調速器在工作過程中較少受到環(huán)境變化帶來的影響，增強了調速系統(tǒng)的抗擾動能力。

多項式方程控制器具有與T-s模糊控制器類似的解析描述，但T-s模糊控制器對輸入空間采取了區(qū)域劃分的辦法，由此將非線性特征引入了控制系統(tǒng)；而多項式方程控制器則采取鈍化輸入控制器解析函數(shù)差異的方法，令控制輸出更加平滑，避免了T-S模糊控制器進行區(qū)域切換時發(fā)生的抖動現(xiàn)象。基于多項式方程法設計的控制器，在吸收了PID控制法的優(yōu)點之后，添加了獨有的數(shù)值分析和輸出處理環(huán)節(jié)，有效地減弱了系統(tǒng)參數(shù)的變化對調速器運行的影響，增強了調速器的抗擾動能力，對于提高水輪發(fā)電機調速器的穩(wěn)定性和可靠性，保證水電站供電的質量有著重要的意義。

4 結束語

經濟和社會的發(fā)展都離不開能源的供應，尤其是在經濟快速發(fā)展的時代，對能源的需求量在不斷的增大，為了更好的保證能源的供應，在電能供應方面，出現(xiàn)了很多的形式，水利發(fā)電和風力發(fā)電得到了推廣，其中水利發(fā)電的效果是非常好的，因此，在水利發(fā)電方面要更加的重視，確保供電的質量。

參考文獻

[1]韓寧，劉建業(yè)，雷亞清，等.多項式方程法在水輪發(fā)電機中的應用[J].河北科技大學學報，2011.

[2]王軍，韓建兵，付占穩(wěn).基于模糊PID控制的過程控制實驗系統(tǒng)的研究[J].河北科技大學學報，2005.

[3]程遠楚，趙潔，葉魯卿，等.水電機組水力系統(tǒng)和調速器控制規(guī)律對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響[J].武漢大學學報（工學版），2008（8）.