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水力发电机组的调速控制策略水力发电机组是一种将水能转化为电能的装置，通过调整水轮机的转速来控制发电机的输出功率。
而水力发电机组的调速控制策略则是为了实现水力发电的稳定运行和优化能量转换效率而制定的一系列技术方案和措施。
本文将介绍水力发电机组的调速控制策略，包括常见的控制方法和技术手段。
一、调速控制的基本原理水力发电机组的调速控制基于以下两个基本原理：1. 功率平衡原理：水力发电机组的输出功率应与负荷需求平衡，即通过调整水轮机的转速来匹配负荷变化。
2. 调速器原理：调速器是指控制水轮机转速的装置，通过调整调速器的开度或采用其他控制手段实现转速的调整。
二、常见的调速控制方法1. 机械调速控制：机械调速控制是一种传统的调速方式，通过机械装置来调整水轮机的转速。
常见的机械调速装置有调速器和调速齿轮等。
这种调速控制方法简单可靠，但精度较低。
2. 液压调速控制：液压调速控制采用液压系统来调整水轮机的转速。
通过控制液压调速器或液压控制阀的开度来实现转速的调整。
这种调速控制方法精度较高，但需要有较复杂的控制系统和液压装置。
3. 电液调速控制：电液调速控制是一种结合了电气和液压技术的调速方法。
通过电液调速器和电液控制阀来控制水轮机的转速。
这种调速控制方法具有精度高、响应快的特点，但需要较复杂的电气和液压控制系统。
4. 数字调速控制：数字调速控制是一种基于数字技术的调速方法。
通过采集和处理水轮机转速、负荷需求等参数，实现对控制算法的优化和自动调整。
这种调速控制方法可实现自动化管理和精确控制，但需要较复杂的数字控制系统和软件。
三、优化调速控制策略除了上述常见的调速控制方法外，还可以通过优化调速控制策略来提高水力发电机组运行的效率和稳定性。
以下是一些优化调速控制策略的例子：1. 功率先导策略：根据负荷变化的情况，提前预测负荷需求，并通过调整水轮机的转速来实现功率的平衡，从而减少调速过程中的波动和能量损耗。
2. 模型预测控制策略：基于数学模型和预测算法，通过对水轮机的转速、负荷需求和水位等参数进行模拟和预测，实现精确的调速控制。
冲击式水轮机发展概况与新技术张征骥【摘要】This article firstly reviews the historical developments of the Pelton turbine, based on experimental investigations. Then it introduces, for more details, some new and significant achievements in the past decade based on theoretical analyses. All these achievements are referred to two monographs in both German and English. They include the hydro-mechanical analyses and computations as well as the design methods for Pelton turbines. Firstly, the viscous friction loss has been confirmed to be the biggest loss in the system efficiency, to which the computational method is given. Secondly, the runaway speed of the Pelton turbine can be very simply and accurately computed. Thirdly, the master equation of the Pelton turbine together with the complete characteristics has been presented. In addition, three similarity theorems have been revealed for easily estimating the mechanical stress in the root area of the Pelton buckets. This article, thus, aims to provide a reading guidance to all engineers and researchers in the field of Pelton turbines in form of the most comprehensive technical assistance.%本文首先介绍了冲击式水轮机一百余年来以试验为基础的发展状冴.然后重点介绍了近十余年来在理论创新方面的一些重要成果.其具体内容都以两本专著(德,英文)为基础,主要包括水轮机水动力特性分析计算以及设计方法等.其一,指出了摩擦损失是冲击式水轮机中最大损失幵给出了计算方法.其二,飞逸速度的计算非常简单可靠.其三,给出了冲击式水轮机的主方程与完整特性曲线.此外,还给出了用于计算水斗根部最大机械应力的相似定理等.本文旨在以导读的方式为冲击式水轮机领域的工作者提供尽可能全面的技术帮助.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】6页(P1-6)【关键词】冲击式水轮机;粘性摩擦损失;飞逸速度;主方程;相似定理;喷嘴调节模式;分水刃磨损【作者】张征骥【作者单位】水力发电设备国家重点实验室(哈尔滨大电机研究所),哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】TK730冲击式水轮机是由Pelton在十九世纪末发明并首先申请专利的。
水利发电国内外发展现状以及未来趋势水利发电国内外发展现状以及未来趋势水力发电利用江河水流从高处流到低处的落差所具备的位能做功，推动水轮机旋转，带动发电机发电。
为了有效利用天然水能，需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝、引水管涵等。
因此工程投资大、建设周期长。
但水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。
国外发展现状：全世界可开发的水力资源约为22.61亿kW，分布不均匀，各国开发的程度亦各异。
世界上最大的发电站是三峡水电站，他的总装机容量1820万千瓦，年平均发电量846.8亿千瓦时。
2002年底，全世界已经修建了4９７００多座大坝（高于15m或库容大于100万m3），大坝建设情况见下表，分布在140多个国家，其中中国的大坝有25000多座。
世界上有24个国家依靠水电为其提供90%以上的能源，如巴西、挪威等国；有55个国家依靠水电为其提供50%以上的能源，包括加拿大、瑞士、瑞典等国；有62个国家依靠水电为其提供40%以上的能源，包括南美的大部分国家。
全世界大坝的发电量占所有发电量总和的19%，水电总装机容量为728.49GW。
发达国家水电的平均开发度已在60%以上。
世界各国水能开发情况：美国水电装机容量居世界第一位加拿大水电比重占全国总装机容量的一半以上。
巴西水电装机容量居世界第四位。
挪威能源消费中水电占一半。
国内发展现状：随着我国经济的不断发展，我国在水力发电这一方面的发展面临着新的挑战。
水能资源是一种可再生能源，水力发电是借助水能资源，然后采取相关的措施对其进行利用，转化为电能的一种新兴方式，这一种发电方式具有无污染、可再生、成本低以及运行的稳定性、可靠性、安全性的优势。
但是我国水力发电中还存在着诸多的不足浴缺陷，如何解决水力发电中存在的一些问题，是水利发电在发展过程中必须解决的一个重要问题。
水资源是“十二五”期间水利建设的重点领域，民间资本也可以参与水利建设项目。
第三章✌水轮机微机调速器的主要特点是什么？(1)调节规律由软件实现，不仅可以实现PI、PID调节规律，还可实现其它复杂的调节规律，为水轮机调节系统性能的进一步提高创造了条件。
(2)采用了性能优越、可靠性高的计算机硬件，再加上灵活的的控制规律，保证了水轮机调节系统具有更加优良的静态、动态特性和高的可靠性。
(3)控制功能日益完善，具有灵活性大、调试维护方便、调节性能好、控制功能强等特点。
(4)采用了新型的电液转换元件，解决了电液转换器因油污而发卡的问题、提高了抗油质污染的能力，机组运行的可靠性得到很大提高。
(5)电液随动系统取消机械杠杆机构，消除了死行程，定位精度高、响应速度快、结构紧凑简单和维护方便。
(6)易于实现与厂站级计算机监控系统的通讯接口和远方控制，可实现全厂的综合控制，提高水电厂的综合自动化水平。
✌简述计算机控制系统的组成？计算机控制系统有何特点？（１）计算机控制系统的硬件（２）计算机控制系统的软件1）系统软件2）应用软件3) 数据库管理系统计算机控制系统的特点（１）与连续控制系统相比1）模拟和数字的混合系统。
2）设计方法不同3）能实现复杂的控制规律与多任务控制4）控制与管理一体化（２）与一般计算机系统相比1）实时性2）现场信号的输入与控制输出能力3）高可靠性4）环境适应性强✌计算机控制系统的典型结构与各自的特点？１．操作指导控制系统２．直接数字控制系统(DDC)３．监督计算机控制系统(SCC)４．分布式控制系统(DCS)✌水轮机微机调速器的主要功能有哪些？1接受操作命令，实现水轮发电机组的开机控制。
2频率测量与调节功能。
3接受控制命令，实现对机组频率（转速）的调整。
4测量电网的频率，实现对开机并网过程中机组频率的自动调节，以达到快速满足同期并网的条件。
5自动调整与分配负荷的功能。
6接受控制命令，实现对机组所带负荷的调整。
7接受操作命令，实现水轮发电机组的停机控制。
8接受操作命令，实现水轮发电机组的发电转调相控制。
水轮机调节技术的发展与展望武汉大学程远楚2007年6月水电机组控制的任务与种类水电机组控制设备主要完成水轮发电机组的操作、调节、控制和事故保护。
主要有：调节（控制）系统：水轮机调速系统发电机励磁系统操作（控制）与监视系统：计算机监控系统，同期装置事故保护：发电机继电保护，机组过速保护等辅机控制系统二．水电机组控制系统的特点水电机组控制系统是一个水－机－电过程相互影响、相互制约的复杂系统，它具有时变（被控对象的结构和参数均随时间和运行工况的改变而变化）、非线性、非最小相位等复杂特性，常规控制器难以满足其对控制性能指标和稳定性的要求。
另一方面，由于水电机组控制系统的性能指标与稳定性，直接关系到水电厂与整个电力系统的安全运行、供电品质及经济效益，水电机组的安全控制与优化控制一直是该领域研究的核心问题，也是长期存在的理论和技术难题。
随着控制技术的发展，水电机组控制系统的控制规律也在不断地发展和完善。
从定参数PI 、PID 到变参数PID[1] ，从常规控制到变结构控制、励磁系统附加稳定控制（PSS），水轮机调节系统和发电机励调节系统的性能得到了不断的提高。
但随着单机容量的增大，长距离输电线路的增加，水电厂无人值班、少人值守的实施，对水电机组控制系统的性能指标提出了更高的要求。
如在建的三峡水电站，其机组容量大，水头变幅大，运行范围变化宽（有功从0（空载）－700MW；初期水头61 米－最高水头113米）；再加上水电机组运行工况的变化及电网负荷的变动导致系统动态特性的变化均较难预测。
基于离线模型[1]的适应式PID变参数难以保证调节系统在不同的工况下均有较好的动态品质。
另一方面，互联电网容量的不断扩大，为提高电力系统的暂态稳定性，往往采用高顶值电压的快速励磁系统，由此可能使长输电线弱联系的大型电力系统阻尼严重削弱。
机械械模式阻尼的缺乏，会引发互联系统中出现每分钟只有几个周波至几十个周波的低频自激振荡。
这种振荡的加剧会破坏发电机组间的并列运行。
大容量机组的普遍采用，远距离、超高压、大功率输电系统的不断出现，不但使小干扰稳定问题和由于系统阻尼不足引起的低频振荡成为一个严重的问题，电力系统在大干扰下的稳定问题也成为一个突出的问题。
一旦电力系统的稳定遭到破坏，会导致电力系统的崩溃和瓦解，从而给国民经济和人民生活带来巨大的损失。
在这方面，我国过有多次惨痛的教训，美国、日本、欧洲等也曾发生过多起电力系统瓦解的事故[2] 长期以来，就如何保证和提高电力系统的安全稳定性进行了大量的研究，提出了许多有效的控制措施和方法。
其中，改善控制系统的性能、提高控制系统的品质是最主要的方法。
因此，为提高大型互联系统的稳定性，为改善水电机组的控制性能，基于现代控制理论的自适应控制[3] 、变结构时变参数自完善控制[4] [5] 、模型参考多变量最优控制[6] [7] 、鲁棒控制[8] [9] 等的有关水轮机调节系统的控制模型和控制方法也被提出并进行了大量的理论研究。
然而，由于需要被控对象的精确数学模型，而水电机组的数学模型至今尚未完全建立，特别是水轮机特性，因具有严重的非线性，只能以图表或曲线的方式给出，参数估计和参数辨识较为困难，故未能得到很好的实际应用。
基于现代控制理论的励磁系统最优控制[10,11] 、非线性控制[12,13] 、自适应PSS[14,15] 等进行了大量的试验研究，有些还在实际中得到了应用。
近年来，随着智能控制技术的出现，基于专家系统、模糊逻辑和神经网络及遗传算法的水电机组智能控制规律被提了出来[16-26] ，并引起了一股研究热潮。
智能控制作为一门新兴的理论和技术，其发展得益于许多学科，其中，包括人工智能、现代自适应控制、最优控制、生物控制、学习理论、模糊控制、神经网络及再励学习等[27] 。
智能控制理论发展时间不长，理论体系尚不完整，但发展很快。
智能控制系统因其特有的自学习功能、自组织功能、良好的自适应性能，已在生物、农业、地质、军事、空间技术、环境科学等领域得到了应用。
研究者认为：智能控制的发展和完善必将引起控制领域的全面革命[28,29] 。
目前，智能控制的研究已从单学科研究发展成为多学科理论交叉研究[27,29-32] 。
大量的研究表明，智能控制是提高水电机组控制系统的鲁棒性和适应性的有效方法和途径。
然而，由于智能控制理论尚不完善，智能控制在实际工程中应用的结果与理论研究的结果尚有不小的差距。
特别是对像水电机组控制系统这样一类性能指标要求较高、运行域变化较大、参数变化较为剧烈的时变且存在随机扰动而又相对快速的控制系统，智能控制的研究仅限于计算机仿真和实验室试验，智能控制的应用实例尚未见到报导。
三．水轮机调节系统的发展水轮机调节系统是以水轮机调速器作为控制器，水轮发电机组作为被控对象所构成的闭环控制系统。
水轮机调节系统的基本任务，是根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率，以维持机组转速（频率）在规定的范围内。
水轮发电机组在电网中经常担任调频和调峰任务，开停机频繁，其性能的好坏，自动化水平的高低，直接影响到机组的正常运行。
因此，水轮机调节系统的性能好坏，对电力系统的电能质量（频率、电压）及安全可靠运行具有重大的影响。
自水轮机问世之初起，便有了水轮机调速器。
随着电子技术的控制理论的进步，水轮机调速器得到了快速地发展。
在近一个世纪的发展中，水轮机调速器先后经历了机械液压型调速器、电气液压型调速器和微机调速器三个发展阶段。
机械液压型调速器以其原理简单、便于掌握等特点，在相当一段时间内得到了广泛的应用，在上世纪50 年代达到了全盛时期，但由于其静、动态特性较差，而且存在机件磨损问题，因此其应用受到限制。
上世纪40 年代未，随着电子管式电气液压调速器的问世，因其具有响应快、精度高的优点，逐步在电力系统中得到了应用。
随着晶体管式电液调速器的问世，特别是上世纪70 年代大规模集成电路技术发展迅速，集成电路运算放大器应用于水轮机调速器，其控制性能进一步提高，模拟式电气液压型调速器迅速取代了机械液压式调速器，得到了广泛的应用。
计算机技术的飞速发展，促进了水轮机调速器的又一次飞跃1982 年ASEA公司引入微计算机技术，研制出了出第一台微机调速器。
此后，法国的NEYRPIC比利时的BCEC日本的HITACH、瑞士的SULZER美国的WOODWAR大公司相继研制生产出各种类型的微机调速器。
在我国，华中科技大学与天津水电控制设备厂共同研制开发了我国第一台微机调速器，于1984年在湖南欧阳海电站投入运行。
应该说，微机调速器的出现是水轮机调速器发展的重大变革。
与模拟式电气液压调速器不同，微机调速器在实现方法上带来了一次彻底的革命，模拟式调速器是完全由硬件电路实现的，因此任何控制策略上的变化都会导致部分甚至全部电气装置的改变，这既提高了成本，也给调速器的更新、改造以及更高级、复杂控制规律的实现带来了困难。
而微机调速器在实现方法上由硬件和软件两部分构成，其控制功能的实现由软件完成，因而带来了很大的灵活性。
同时，微计算机强大的运算处理能力和逻辑功能为实现复杂控制功能提供了基础。
自微机调速器问世以来，它以其高性能/ 价格比、高精度和高可靠性及易于与水电站其它计算机控制设备接口得到了迅速的推广应用。
由于微机调速器在实现方法上与传统的水轮机调速器不同，其硬件结构、软件配置、容错策略和可靠性措施是确保其高可靠性和良好的动静态性能的保证。
为此，在微机调速器的结构模式、功能设置、软件设计和容错措施方面进行了大量的研究[92-98]，取得了丰硕的成果。
调速器的模式结构主要有三类：（1）缓冲式调速器由暂态与永态反馈元件及放大元件、主接力器等形成调节规律，这些元件的静动态特性和非线性因素对调节规律有影响，且转速死区较大。
图 1 缓冲式调速器（2）中间接力器式调速器由暂态与永态反馈元件及放大元件、中间接力器等形成调节规律，由主配压阀和主接力器组成液压随动系统进行功率放大并驱动导水机构，其优点是控制规律形成与导叶动分开，调整方便，死区较小，但随动系统存在机械反馈，对转速死区与动态性能有影响图 2 中间接力器式调速器(3)电子调节器式调速器调节规律准确，机构简单，死区小。
图 3 电子调节器式调速器当前微机调速器的实用模式是：微机控制器+伺服系统，水轮机调速器的另一个发展是液压随动系统的进步。
近年来，在液压伺服系统方面进行了大量的研究[99-101]。
这些研究成果主要体现在以下几个方面。
(1)实现手段。
国内先后开发出基于单板机，单片机、STD 总线、可编程控制器(PLC)，工业个人控制计算机(IPC)，可编程计算机(PCC)等的微机调速器。
(2)结构模式。
在发展过程中，不少科研单位对水轮机调速器的结构模式进行了很多尝试，大致有：单微机模式，双微机模式，双通道系统，混合型双微机并联模式，完全双通道混合型并联模式，三微机冗余模式等。
(3)液压伺服系统。
总体看，一是提高调速系统油压等级，与其它工业领域中的液压技术靠势在必行，以实现集成化，标准化，小型化。
二是在伺服系统在发展过程中方式上进行变革，以提高抗油污能力和可靠性，实现数学化控制。
目前主要的液压伺服系统结构模式有：电液伺服阀系统，比例阀伺服系统，步进电机伺服系统，直流电机或交流电机伺服系统，数学阀伺服系统等。
当前采用较多的微机调速器的结构模式：a.电液转换器/ 电液执行机构型b.交流伺服/ 电液执行机构型c.交流伺服(直流伺服)中间接力器/ 机械液压随动系统d.步进电机/ 机械液压随动系统e.三态阀数字式液压随动系统调速器是水电站重要的自动化设备，其性能的好坏直接影响到电能质量和电站的安全经济运行。
近十多年来，由于设计的改进、高可靠性电液伺服阀的研制、电液随动系统的简单化与革新、工作油压的提高、微机技术的普遍采用、加工和制造工艺的提高，使得现代水轮机调速器的性能大为改观，对水电站的自动化水平的提高作出了巨大贡献。
四．水轮机调速器控制策略研究随着超高压远距离输电的大规模互联电力系统的日益发展，高水头大容量水轮机组和大容量抽水蓄能机组的出现，用电部门对电能质量要求不断提高，对水轮机调节系统的频率调节品质、调节稳定边界、水轮机发电效率、水机电联合最佳控制都提出了更高的要求。
原有的简单控制方式已经难以适应，它势必要被更为复杂、高级的现代控制理论所替代。
而控制理论的发展，微机调速器的大量使用使得新型控制规律在水轮机调节中的应用成为可能。
在机械液压型调速器时期，由于机械系统的局限性，一直采用的是PI 型控制规律。
直到电气型调速器出现后才实现了PID 控制规律。
在这一时期，为解决水轮机调速器的参数整定问题，文献［102－105］研究了控制参数对调节性能的影响，文献［106］以Roth-Hurwitz 稳定性准则导出了稳定参数区域，文献［107,108 ］则给出PID 控制参数的整定方法。
