基于现代智能控制技术的水轮机控制系统研究

基于现代智能控制技术的水轮机控制系统研究

蒋才华

广西富川瑶族自治县水利局鸟源水库工程管理所

542702

摘要：随着我国科学技术水平的不断提高，我国电力系统也随之进行了自身模式和系统的更新，电力系统的更新伴随着高水头、大容量水力机组的升级换代，对于水轮机控制系统的要求也逐步升高，如何基于现代智能控制技术对水轮机控制系统进行升级和优化，通过对水轮机内部多个零件的加工、装配工艺以及硬件设计方面同时改进，进一步达到水轮机控制系统智能化的目的，并在此基础上便捷我国电力系统操作人员对于电力系统的智能控制，提高工作效率的同时完成现代智能控制技术在电力系统中的普及应用范围。

关键词：水轮机控制系统；现代智能控制技术；控制技术与应用；

引言:

水轮机控制系统的参数的变化具有很强的不确定性，随着工况点的改变而实时发生变化，且这种变化并不是线性的规则变化。传统的水轮机控制调节系统由于工况点的动态变化过程无法实时监控并记录，PID控制参数无法得到准确的自动整定，这常常引发水轮机控制调节系统中机组转速不稳定这一问题的出现，从而导致电网频率波动较大的后果产生。为了解决水轮机控制调节系统的诸多问题，本文基于现代智能控制技术对水轮机控制系统的发展现状等多个方面展开研究讨论，争取为日后水轮机控制系统优化和改良过程提出具有借鉴意义的意见和建议。

一、水轮机控制系统的发展

水轮机控制系统作为水电站最基本也是最关键的工作系统，水轮机控制系统的发展直接关系到水电站的工作效率，而在水轮机控制系统的发展中，水轮机调速器作为其基本单元，在水轮机控制系统的发展中扮演了十分重要的角色。水轮机调速器既是保证水电机组运行过程稳定的重要控制设备，对于整个控制系统的安全运行来说都发挥出了不可替代的作用。

（一）水轮机调速器的主要功能

1.在水轮机控制系统中对操作命令做出反应，执行对水轮机组的基础操作控制，例如：开停机、增减负荷、发电与调相等，及时完成水轮机机组各个工作状态和方式的转换；

2.通过控制水轮机机组维持电力系统负荷平衡，增强电网频率的稳定性，避免扰动信号对水轮机机组进行恶性调节控制，保证给定信号命令的准确实施，从而对整个水轮机机组控制系统的动、静态性能起到一定的保证作用，减少机组零件磨损问题的发生。

（二）水轮机调速器的发展过程

水轮机调速器最开始是机械液压型调速器，机械液压型调速器控制原理较为简单，可以通过易于掌握的控制方法弯沉对水轮机控制系统的整体控制，由于其操作简单的特点在很长一段时间内得以广泛推广应用，但机械液压型调速器动、静态特性较差，机械内部零件磨损问题严重，随着水轮机控制系统的发展逐渐被取代^[1]。

随着电子技术的发展，模拟电气液压型调速器由电子管、晶体管逐步发展为集成电路，电气液压型调速器主要是通过电路来对水轮机控制系统发挥作用，控制策略一旦发生变化便会导致部分甚至全部电气装置参数发生改变，这大大提高了水轮机控制成本，在一定程度上为水轮机调速器更新、改造、升级等方面造成了不小的困难。

基于现代智能控制技术对水轮机控制系统展开研究，微机技术得以在水轮机调速器中成功体现，微机数字型调速器应运而生，这对于水轮机控制系统来说属于发展过程中具有纪念意义的重大变革。微机调速器与以往的各种水轮机调速器相比优势颇多：

1.主要通过现代智能软件程序这一控制技术实现对水轮机机组得控制，大大方便了相关技术人员调节控制规律，提高了调节系统动、静态性能；

2.简化了调节和修改参数的过程，使水轮机控制系统的运行状态查询和转换趋于灵活化；

3.将现代智能控制技术与水轮机控制系统相结合，提高了水轮机调节器的调节的灵活性和可靠性，使多个控制系统可以同时发挥作用；

4.硬件集成度高且体积较小，降低了水轮机控制系统的维护频率和成本，基于现代智能控制技术提高了水电站自动化水平。

二、基于现代智能控制技术的功能与特点

基于现代智能控制技术与传统控制技术相比，由于智能控制技术自身的不确定性和复杂性，使智能控制系统具有了较高的智能或仿人的智能水平，这种智能控制技术往往来源于现代高科技研究人员的研究赋予，甚至可以自主进行相关系统的智能决策。这充分说明，基于现代智能控制技术的功能优势与特点已经被人们发现并得以推广应用，其优势通常表现在以下几个功能方面：

（一）学习功能

一个系统如果能自主的对某个过程、环境等进行信息收集，并将各种信息进行整理归纳，将整理结果应用到对环境的分类、决策以及控制中，最终使环境得以改善，这被称为现代智能控制技术的学习功能。

（二）适应功能

传统的适应功能主要表现为自适应控制，而基于现代智能控制技术的适应功能，其体现出更为广泛的含义内容。智能控制系统的适应性体现出整个系统的高层次，适应过程不再单纯的依赖模型，当在系统中输入相关数据时，现代智能控制系统可以运用自身的插补功能对其进行完善和解析，使得输出数据更符合控制系统的需求

^[2]；当系统中部分环节出现故障时，系统也能维持正常工作甚至及时检查故障部位并完成自身修复，避免更恶劣的后果发生。

(三)组织功能

基于现代智能控制技术，组织功能主要是针对系统中较为繁琐的工作任务和种类繁多的传感信息而言的，组织功能主要体现在智能系统的灵活性和主动性上。智能控制技术在控制系统中得以应用时，当出现复杂工作时组织功能便能及时对其进行合理的组织与协调，甚至对于控制系统多个控制目标同时工作发生冲突时，各智能控制器可以在一定限制条件下科学有序的完成各个控制工作。

三、现代智能控制技术在水轮机控制系统中的应用

现代智能控制技术是控制理论和控制水平发展的高级阶段内容，对于传统控制方法中难以解决的、较为复杂的控制问题加以处理，通过将各种智能控制技术在水轮机控制系统中加以广泛的普及应用，通过专家控制、模糊控制、神经网络控制等现代智能控制技术的综合作用，大大便捷了水轮机控制系统的操作流程，使现代智能控制技术的优点在水轮机控制系统中得以充分发挥，减小了传统控制技术的弊端^[3]。

为了最大程度上避免现代智能控制技术在水轮机控制系统中的弊端，可以将智能控制技术与常规PID控制技术相结合，形成“智能PID控制”，其不仅不依赖水轮机控制系统模型的精确程度，还可以对控制系统中参数的变化起到敏锐的灵活观察作用，智能PID控制系统在水轮机控制系统中的广泛应用已经成为基于现代智能控制技术下水轮机控制系统研究的重要发展研究方向。

四、结语:

综上所述，虽然我国绝大多数水电站水轮机控制系统已经基本实现了微机化，但基于现代智能控制技术的水轮机控制系统的研究在国际上仍然处于较为落后的地位，如何将高速发展的科技水平与水轮机控制系统相协调发展成为人们需要解决的首要问题。

参考文献:

［1］沈祖治.水轮机调节[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

［2］郑莉媛，朱爱菩．水轮机调节[M].北京：机械工业出版社，1988.

［3］王顺晃、舒迪前．智能控制系统及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1995.