黄树良[1]2000年在《水轮机调速器运行仿真系统的设计与研制》文中提出本文阐述了水电厂运行仿真机中的关键部分——水轮机调速器运行仿真系统的设计问题，包括系统的用途及功能、设计原则、设计方案、设计方法、系统的优化与分析等。重点论述了调节系统建模过程、参数优化方法，分析了调速器运行仿真系统的运行性能等。 水轮机调速器运行仿真系统的设计是基于微机的软、硬件系统的，其中主要的工作是软件系统的设计，而建立仿真系统的数学模型是设计的关键。本文围绕仿真系统数学模型的建立过程进行了系统论述。文中针对仿真对象的复杂多变性、调节对象的非线性时变特性(如：力矩特性、水击特性等)，提出了分段拟合与解析运算相结合的建模新方法以及求解非线性数学模型的动态平衡迭代新算法，从而成功地建立了能适应各种实际工况的动态仿真模型，解决了过去仿真建模中存在的难题，具有创新性和实用价值。 另外，文中还说明了仿真系统中监控功能、多媒体功能的实现方式等问题。仿真系统的设计总体上反映出了计算机仿真技术在水电仿真领域的应用和发展现状。
黄业华[2]2005年在《基于DSP水轮机微机调速器的研究》文中认为随着我国现代化建设迅速发展,对能源的需求更为迫切和重要,在中小型水力资源的开发中,对调速器的性能也提出了越来越高的要求。在近来的大量科研和生产实践中,水轮机调速器有了长足进步,从控制方式、加工工艺等多方面不断更新换代。特别是与其他学科及新技术相互渗透、融会贯通,如液压技术、微电子工程等,使调速器的设计与制造突破了水电专业的范畴,成为一项多门类、多学科的新型机电液一体化产品。 本文致力于基于DSP的微机水轮机调速器研究,并以水轮机调速器为研究对象,提出了自整定控制策略。同时以DSP为核心控制芯片,提出系统的整体设计方案,并对系统的软硬件作详细的说明,对DSP开发环境也作了一定的说明。数字信号处理器内部各种核心软件的编制问题及算法研究问题;上位机和下位机系统的通讯问题;上位机软件的设计和编制;各种系统模块的集成,完成控制器的设计。简述如下: 第一章:回顾近年来水轮机调速器的发展历史及现状,介绍调速器研制中的新方向和新进展;提出了系统结构、控制策略、控制元件、液压基础研究和新型油压装置研制等方面的新思路。 第二章:常规水轮机调速器的特点:并从有利于工程开发应用的角度,提出本文的主要目的和任务:研制新型的DSP水轮机调速器。 第叁章:介绍DSP系统的开发环境。 第四章:通过分析DSP水轮机微机调速器的基本硬件,阐述了DSP水轮机微机调速器控制策略和控制过程。 第五章:介绍水轮机组的数学模型及MATLAB仿真软件,将其用于检验调速器的各项特性;进一步验证上述调速系统的优越性。 第六章:为提高调速器功效,设计了完善的调速器与上位机的通讯。 最后,小结全文,指出不足之处并提出今后的努力方向。
杨叶平[3]2013年在《基于SimuLog语言的水电站仿真平台研究及实现》文中研究表明二十一世纪以来,科学技术飞速发展,系统仿真技术日渐成熟,完整的系统仿真学科体系已经形成。仿真技术在国内外多个领域取得了飞速的发展,应用越来越广泛,包括电网、变电站、核电、火电、化工、航天等领域,部分领域达到了国际先进水平。目前,我国水电仿真技术还比较落后,缺少成熟、通用的产品。伴随着近十来年水电建设的大发展,从业人员大幅增加,新员工培训任务加重,一大批大型、特大型机组投运,水电在电网中的比重增大,安全性要求、复杂程度均大幅提高。研究通用的水电站培训仿真平台,变得极为迫切。作者研究了常见的仿真建模方法,采用源于大的复杂系统分解的模块化建模思路。在连续系统的计算机仿真中,主要的数值计算工作是对微分方程(或状态方程)求解。本文分析了模型求解的几种数值积分法,选择更为实用、通用性更强的离散相似法作为传递函数、状态方程的数值解法,给出了典型环节的离散相似模型,在此基础上,结合模块化建模思想,提出并采用了面向结构图的建模方法。这种建模方法不仅适用于线性系统,还可应用于非线性系统。计算机仿真系统需要对水电站整个生产过程进行模拟仿真,建设与实际水电站相似的“数字水电站”。本文通过对水电站设备进行分类,建立了模型框架体系,重点分析了水轮发电机的建模原理,通过派克方程,建立发电机的基本方程。此外,本文还简要描述了调速器模型、励磁系统模型、引水系统模型、水轮机模型等。水电站计算机仿真系统需要将上述算法、数学方程用计算机能识别的方式进行描述,并以计算机软件的方式加以实现。传统仿真程序包的模型软件具有较大的弊端,而采用仿真语言可以使建模人员将精力集中于所研究仿真对象。本文在国内开创性地采用了国产仿真语言SimuLog (Simulation Log,缩写为SimuLog,一种通用仿真语言,作者导师自主研发的成果),首先阐述了SimuLog的重要意义,并在导师原有研究成果基础上进一步完善了描述语言的语法规则、编译器和解析器,提出了SimuLog优化设计方案。在此基础上对典型环节、水轮发电机模型进行了解析运行,证明了SimuLog正确、可信赖。本文在国内首次完整地采用与监控系统一体化设计运行的平台支撑技术,完成了OTS2000(Operator Training Simulation,缩写为OTS,操作员培训仿真)的软件总体架构设计、功能设计、数据库结构设计,并对OTS2000软件平台进行了实现。此外,本文还对海量数据存储与工况再现、数据库中间件、学员动态分组等技术进行讨论。本文对先进的智能考核评分系统进行了详细描述。本文最后结合瀑布沟运行仿真项目对OTS2000加以应用。针对国内大型数字水电仿真项目成功经验不足的现状,描述仿真项目实施过程中的具体问题,包括应搜集的技术资料、联合开发内容、流程描述模板、统一命名规则等,对于其他仿真项目的实施,具有一定的借鉴意义,使OTS2000在实践中得到检验。
田炜[4]2005年在《基于MSP430单片机中小型水轮机微机调速器的设计与研制》文中研究说明中、小水电作为清洁可再生能源,其发展将受到国家重点支持。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。本文分析了目前我国调速器行业的发展现状,提出了基于MSP430单片机的水轮机微机调速器的设计思路,并在此基础上成功研制了MSP430水轮机微机调速器样机,并按照国家规范进行了相关试验,结果证明本装置的整体性能指标达到或优于国家标准,经过改进和完善,可直接在工业生产中推广应用。 文中较详细地论述了MSP430水轮机微机调速器的主要硬件结构、软件实现方法、上位机通讯程序的编制,给出了试验结果。全文共分五部分。 第1章为第一部分。在这部分对水轮机调速器的发展进行了回顾,对PLC调速器和单片机调速器进行了简单的对比,从而提出了本文研究问题、目的和意义; 第2章为第二部分。本部分详细介绍MSP430微机调速器的总体结构和硬件电路结构,对各部分硬件电路的设计原理作了详细的分析; 第3部分包含第3、4、5章。在这部分论述了PID控制算法的理论基础,重点推导了本装置采用的PID控制算法,然后在此基础上介绍MSP430微机调速器的应用软件,详细分析了频率测量中断子程序、A/D转换子程序、PWM输出子程序,并介绍了用Visual Basic6.0开发通信监控程序的实现方法; 第6章为第4部分。这部分给出了本装置通过利用水电机组模型装置进行了一系列试验的结果,试验结果表明本课题研制的MSP430微机调速器完全可以应用于工程实际。 第7章为第5部分,本部分对本文的全部工作进行概括总结,并指出有待进一步开展的工作。
任飞[5]2010年在《基于MATLAB/GUI及实时视窗目标水轮机调速器测试系统开发》文中指出水轮机调速器是发电机组的重要控制设备,其调节性能的好坏直接影响着机组的安全可靠运行和电网供电的质量。为了检验调速器的各项性能指标,无论是出厂前还是安装或检修后都要对其进行全面测试。目前,水轮机调速器的试验通常是在完成出厂静态测试后,在真实机组上完成动态试验和参数的最终整定。为了寻找出符合现场的最佳参数常常需要进行多次反复试验,这样会对机组造成很大冲击。如果在出厂前能够全面掌握其静、动态控制性能,可有效减少真机试验次数。因此,有必要开发出一套水轮机调速器静、动态特性试验测试系统,以减轻机组的试验压力。本文开发了基于MATLAB/GUI及实时视窗目标环境下的水轮机调速器静、动态试验的测试系统。通过MATLAB/GUI图形用户接口设计了调速器测试系统总体人机界面,把调速器的静、动态特性试验以及试验结果处理在一个集成平台上完成,实时的数据采集是通过实时视窗目标在Simulink环境进行可视化编程,能够十分方便、实时准确地获得测试系统所需要的试验数据。测试系统采用了研华工控机、相应的数据采集卡以及测频与变频卡等硬件为核心,对调速器的静特性试验及空载扰动试验、甩负荷等动特性进行测试仿真试验。试验结果表明,该测试系统具有硬件设备简单可靠、程序便于修改、实时性好、直观易操作等优点,能够达到水轮机调速器静、动态试验要求,具有较好的工程实用价值和应用前景。
伊长生[6]2004年在《神经网络控制在水轮机调速系统中的应用》文中提出水轮机调速系统是为调整水轮机的转速和输出功率而根据转速变化自动调节导叶开度的装置，它能够保持电能频率和电压稳定，是水电厂运行系统中的一个关键性的子系统。而PID模型是调速系统的核心模型，采用神经网络PID控制器代替原有的常规PID控制器模型，可以提高调速系统的灵活性、稳定性和鲁棒性。 本文主要是围绕水电运行仿真系统中调速系统模型的建立，以及应用神经网络控制理论对调速器的核心模块PID控制模型进行改进并比较新、旧模型来展开的。首先对神经网络控制理论进行介绍，讲述了神经网络控制的原理；其次对水电运行仿真系统中的调速系统进行分析，讲述了物理模型及原理、数学模型与运行工况，采用模块化建模方法对调速系统进行机理建模，划分成不同功能的子系统；然后应用神经网络控制理论对调速系统中的PID模型进行改进，即使用神经网络PID控制器模型代替原有的PID模型；最后对改进后的数学模型进行测试和仿真，包括静态特性和动态特性，并将新、旧模型的结果进行比较，以验证神经网络PID模型的可行性和优越性。
谢辉平[7]2008年在《水电机组一次调频性能分析及试验研究》文中研究表明频率是电力系统运行的重要参数,其稳定度反映着电能质量的优劣,它不仅关系到电网的安全、经济运行,而且直接影响着用电设备能否正常工作、产品质量的高低。电力系统一次调频在电网突发大负荷变化时能够起到快速地提供有功功率支援,减少二次调频的动作、稳定电网频率的作用。我国具有丰富的水力资源,水电机组占电力系统容量的四分之一,对电力系统有很重要的作用。而目前许多水电机组的一次调频性能较差,甚至是没有一次调频功能,所以有必要通过现场试验来校核机组一次调频参数,优化机组一次调频性能指标。目前水电机组一次调频试验还不成熟,关于一次调频方面的资料与规定几乎都是对火电机组而言的,很少涉及水电机组一次调频的内容,相关的试验导则正在酝酿当中,至今还没有统一的试验方法,并且缺少完善的试验设备。本文通过分析水电机组一次调频功能的实现方式,得出其性能与调速器调节参数之间的关系;结合仿真试验得出水流惯性时间和主接力器动作速度对水电机组一次调频性能的影响;在详尽分析水电机组一次调频的作用要求、以及现行水电机组一次调频试验方法、考核指标的基础上,利用Matlab自行开发的水电机组一次调频测试系统完成了G水电厂机组的一次调频现场试验。通过对试验数据的分析,得出在技术要求指标中应加入对调速器测频部分的要求,并且以频率阶跃试验考核水电机组一次调频动态响应指标时还应规定频率阶跃的大小和方向。可以为水电机组一次调频试验导则的制定和技术要求指标的完善提供一定的参考。
周若[8]2005年在《水轮机微机调速器的开发和研究》文中认为水轮机调节系统是集机、电、液的综合系统,它是以水轮机调速器为控制器,以水轮发电机组作为控制对象的自动控制系统,主要通过对机组的转速进行自动控制,维持机组转速恒定,保持电网频率稳定,因此控制系统性能的好坏,将直接关系到机组及电网能否安全正常运行。水轮机微机调速器是水轮机控制系统中的重要设备。目前,国内外的调速器绝大多数采用的仍是PID 或PI 型调节规律。合理地选择PID 调节器参数对水轮发电机组安全、可靠地运行具有重要的作用,而且也是改善水轮机调节系统的鲁棒性和动态品质的主要手段。随着微机性能的不断提高,微机调速器逐渐成为调速器领域的主流。本文对水轮机微机调速器的硬件和软件进行了设计和说明,并且开发了基于虚拟仪器Labwindows/CVI 语言的水轮机调速器控制及测试平台,可实现数据采集与存储、调速器运行的监控及测试。针对PID 调节,介绍了一种利用遗传算法对系统的调节器参数Kp、Ki、Kd 进行优化的方法以及基于matlab 的整定效果仿真。仿真结果表明,该方法有效地消除了参数整定对参数初值的依赖性,使得寻优效率大大提高,同时具有很强的鲁棒性。而且,基于遗传算法的水轮机调节系统PID 参数的优化整定方法,算法简单,控制系统性能指标良好,且优于根据传统公式整定的水轮机调节系统。
乔坦[9]2007年在《水轮机调速器仿真测试仪终端软件系统研究与实现》文中进行了进一步梳理水轮机调节系统是水电站运行的重要组成部分,而调速器又是水轮机调节系统的核心,其调节品质的好坏对水轮发电机组运行的安全性和经济性,以及电力系统的电能质量和安全、可靠、稳定运行具有重大意义。因此,在调速器的生产、安装和大修等环节,都需要对其性能和特性进行全面测试,并对控制参数等进行适当的整定。由于技术的进步,调速器的测试试验需求不断提出。为了设计一种更为安全高效,容易复用和扩展的调速器仿真测试仪终端软件系统,结合目前调速系统自动测试装置的现状和软件系统的发展趋势,本文提出了一种基于.NET框架平台的水轮机调速系统仿真测试仪的软件系统设计方案,采用非托管的USB通信方式,利用高效的组件化示波器模块,完成试验数据的实时采集显示。本文首先介绍了课题的背景、目的和意义,探讨了水轮机调速器仿真测试仪的发展现状与技术要点。其次详细分析了软件系统的各种需求,包括通信接口、示波器组件的设计和数据辅助处理。然后设计并实现了软件系统的非托管代码的USB通信接口,即终端与DSP核心控制器之间的USB通信设计。接着设计并实现了软件系统中的示波器组件,包括多坐标系的描述矩阵、实时波形显示设计改进和坐标系的拖动缩放等等。再设计并实现了软件系统的数据辅助处理,包括采用二进制序列化的保存读取机制,试验报告生成中波形的自动分离技术的实现,试验数据导出成Excel文档。最后总结全文,指出软件系统的创新之处,并且展望了软件系统与水轮机调速器仿真测试仪的发展前景。
邢鹏飞[10]2017年在《基于神经网络PID控制的水轮机调节系统研究》文中进行了进一步梳理水能是可再生的清洁能源,水电站将水能集中起来转化为电能。保持电力系统频率稳定对生产生活非常重要,水轮发电机组的转速会影响电网频率,又由于电力系统的负荷是实时变化的,因此水轮机调速器需要不断调整机组转速。目前,国内大多数水轮机调节系统仍采用常规PID调节规律,但是其控制是采用固定参数来控制,控制效果不够优良。本文提出一种新的控制策略,即BP神经网络PID控制,BP神经网络具有较强的学习能力、自适应能力以及非线性逼近能力,与常规控制策略结合,可以发挥各自的优势。仿真结果表明:BP神经网络PID调节在调节系统动态性能方面比常规PID调节效果更佳。本文介绍了水轮机调节系统的结构以及发展趋势,描述了水轮机模块、引水系统模块、发电机及负载等各个模块的结构和传递函数,并得到各自的数学模型,然后得到了整个水轮机调节系统的数学模型。据此设计了BP神经网络PID控制器,利用MATLAB软件对BP神经网络PID控制和常规PID控制分别进行仿真计算,并对比分析仿真结果。仿真结果表明,采用BP算法,与常规控制算法相比,它的仿真实验结果更令人满意,说明该方法在针对复杂被控制对象的实时控制上具有较好的动态响应特性。
参考文献：
[1]. 水轮机调速器运行仿真系统的设计与研制[D]. 黄树良. 大连理工大学. 2000
[2]. 基于DSP水轮机微机调速器的研究[D]. 黄业华. 武汉大学. 2005
[3]. 基于SimuLog语言的水电站仿真平台研究及实现[D]. 杨叶平. 中国水利水电科学研究院. 2013
[4]. 基于MSP430单片机中小型水轮机微机调速器的设计与研制[D]. 田炜. 武汉大学. 2005
[5]. 基于MATLAB/GUI及实时视窗目标水轮机调速器测试系统开发[D]. 任飞. 西安理工大学. 2010
[6]. 神经网络控制在水轮机调速系统中的应用[D]. 伊长生. 兰州理工大学. 2004
[7]. 水电机组一次调频性能分析及试验研究[D]. 谢辉平. 西安理工大学. 2008
[8]. 水轮机微机调速器的开发和研究[D]. 周若. 华中科技大学. 2005
[9]. 水轮机调速器仿真测试仪终端软件系统研究与实现[D]. 乔坦. 华中科技大学. 2007
[10]. 基于神经网络PID控制的水轮机调节系统研究[D]. 邢鹏飞. 华北水利水电大学. 2017
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