水電機組調速器控制技術發展與應用分析

【摘要】隨著電子信息產業的不斷進步，工業計算機隨之逐漸融入到水電機組調速的工作之中，我國水電機組的調控技術相比之前也有了較大程度的發展，水電機組單機的容量有了全方位的優化及改進，比如機組的尺寸加大，同時隨著相對剛度的減弱，人們對水輪機運行的穩定性和安全性也提起了高度重視，在這樣的大環境下，促使微機型的調速器應運而生。對此，本文主要根據筆者的實際工作經驗，對水電機組的特點以及調速控制技術發展進行了論述，并就其應用問題進行了簡單分析。

【關鍵詞】水電機組；調速器；控制技術；發展；應用

近年來，隨著相關文件的發布，國家對于水利事業加大了支持力度。在這樣的大好形勢下，對于中小型甚至是超小型的水力發電機的改造是十分有必要的，其中重要的一項改造就是對于調速設備的改造革新，同時，一大批的中小水電工程也正在建設之中。水輪機調速器調節品質的好壞以及其具體的運行的可靠性與水輪發電機組以及整個電力系統的正常穩定運行有著十分重要的聯系，因此，高性能，高可靠性的水輪機調速器對于水電工程有著重要的影響。

1、水電廠水電機組的主要特點

作為水電站的重要設備之一，水電機組的運行有著其自身的獨特特點，其的正常安全運行關系到整個水電站的穩定運行，將水電機組的工作特點概括來說就是以下幾點：其一，水電機組的形式多樣，其中，混流式以及貫流式、軸流式，即使是同一種型號的水電機組的轉輪的型號有著較大的差異，這就決定了不同的水電機組有著不同的功率，其結果也呈現一種明顯的非線性的變化；其二，對于水電機組來說，開機和空載運行是電機啟動的重要環節，各種工作的狀況的不同也就決定了調速器的類型不同，控制技術應當考慮到類似的問題；其三，正零點存在以及偏小是水電機組的機械特性曲線的特征，這就使得水電機組在慣性環節有一個較大的時間常數。

2、水電機組調速控制技術的發展

作為水電機組調速的主要設備，調速器主要利用一些科學合理的控制技術來改變水電機組的相關轉速，由此保證整個水電機組的正常合理運行，同時控制的穩定性以及快速性和準確性關系到整個調速系統的運行效率以及系統的安全情況。在早期的水電機組的調速工作當中，其主要依賴于調速原件，通過調速元件直接控制水電機組的執行機構，繼而更加直接的控制水電機組的轉速。在科技有了較大發展程度的現在，人們開始利用電子管以及集成電路和晶體管生產電氣液壓調速器來實現水電機組的調速工作。

3、水電機組調速控制技術的應用

3.1 PID調節規律

PID調節規律是至今為止自動控制領域的經典規律之一，比例、積分和微分是其最重要的三個環節。同時，在每個環節對于系統的控制作用都有著不同的影響，PID調節的結構簡單而且可靠性較高，在使用時也十分方便，而智能調速控制與微機緊密結合，可以對PID系統之中的幾個參數進行一個具體的設定，這樣就使得系統的工作可以保持相對的穩定。但是由于水電機組其自身的工作狀態十分復雜，經典的PID調節可能很難使得調速狀態達到最好，因此，在水電機組的智能調控技術之中，PID的調節規律也有了革新和補充，經過革新改進之后的調解效果在調控工作上有了較大的改觀，效果較好。

3.2 自適應和預測控制

控制系統可以在一定程度上識別控制對象的大致變化情況，從而將實際值和期望值進行一個比較，這樣可以有效的縮小實際值與真實值之間的差距，這就在一定程度上體現了智能調速控制的自適應。對于水電機組的調速器系統來說，其主要的控制對象是轉速，因此自適應就是系統識別轉速主要變化的一個重要方式。其監測結果可以與系統自身計算出的期望值進行一個比較，繼而作出判斷，對水電機組的轉速進行合理的調節，系統在計算期望值轉速時需要考慮到的因素有很多，因此，計算值的精確度仍然有提升的必要。

4、水電機組調速控制的發展方向

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象的數學模型，而是根據相關專家的工作經驗建立語言變量的控制規則。模糊智能控制理論特別適合類似于水電機組這樣的非線性而且具有時變和相對滯后性的復雜系統。我國國內的的很多水電機組專家也開始對模糊智能控制進行了一些研究和探討，而且在相關的領域也有了一些研究成果。但是，對于系統的控制來說，模糊智能控制的精確度以及實時性都有一些矛盾存在，并且對于水電機組這樣相對來說調節范圍較大的系統，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，當前模糊控制在實際的水電機組的調速控制中仍然不能夠應用，我國的相關專家對此也應當需要進行一定的研究工作。

4.2 神經網絡的智能控制

智能控制中的一個重要的方向就是神經網絡的控制，神經網絡控制具有一種其他控制方式沒有的優勢就是其具有逼近任意函數的能力，相比于其他的控制方式，其學習能力也十分可觀，在局部研究中也可以比較容易的產生一個局部最優解。但是美中不足的就是，其收斂性不是很好，而水電機組這種調節又是一個相對來說應用較為復雜的調節環境，因此，神經網絡在其中的應用仍然不是十分的樂觀，需要研究者對其的工作短板進行適當的改進。

5、小結

總之，當前我國在水電機組的控制方面雖然已經取得了比較客觀的成績，但距離世界發達國家仍然有很大差距，同時，就目前水電機組的發展模式，其主要傾向于向著高參數和大容量的方向發展，水輪機調速器也是其發展的重要一個方面，對于整個水電工程的安全穩定運行有著十分重要的作用。因此，加大對水電調速系統的研究力度，積極地引進和吸收發達國家的先進技術，真正的掌握調速系統具有的功能以及其具體的作用，可以切實的提高水電機組調節系統的工作效果，提高水電機組運行的穩定性和可靠性，從而保障我國相關產業的長久發展。

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