摘要：随着社会的发展和科技水平的进步，资源的有效利用逐渐成为人们的关注重点，水资源是基础性的自然资源，同时在电力生产中具有不可代替的作用。水轮机调速系统是水力发电的核心之一，由于调速结构较为复杂，造成了水轮机调速故障模糊等问题，因此应对水轮机调速系统的故障诊断与容错控制进行探究。
关键词：水轮机；调速系统；故障诊断；容错控制
1.引言
调速系统可以实现各种复杂的控制功能，已经成为一个多功能的智能控制系统，但由于调速系统结构复杂，造成了水轮机调速系统故障的模糊性、随机性以及不确定性等问题，这就使得整个水轮机调速系统运行的可靠性和安全性降低。本文即针对水轮机调速系统的故障诊断与容错控制进行探究，展开分析了水轮机调速系统的的工作原理及特点，重点研究了水轮机调速系统的故障诊断和容错控制。
2.水轮机调速系统的工作原理及其特点
2.1水轮机调速系统的工作原理
水轮机调速系统是根据给定与反馈的差值进行调节工作，整个调速体统分为位置闭环和转速闭环两个闭环控制系统。在调速系统运行中，首先将差值信号转化为机械控制信号，控制水轮机的开度，从而控制发电机组运行频率，其中，位置闭环控制是受位置传感器控制，位置传感器检测到接力器位置信息后，将位置信息转化为电信号输送到电液随动系统进行闭环控制。水轮调速系统主要起到调节频率和调节电网功率的作用，调节频率是为了维持机组转速在额定转速附近，从而满足电网一次调频要求，调节电网功率需要根据电能消耗的需求或上级控制指令，从而完成调节工作，使系统正常、可靠运行。
2.2水轮机调速系统的特点
现如今，水轮机调速系统在水力发电中运用非常广泛，其也有许多自己的特点，主要有以下四个方面，一方面为了能够满足导水系统的自由调节，就必须保证调节系统有足够大的调节功率，因此，水轮机调速系统通常设置两个放大级；一方面更容易产生过调现象，由于导水系统变化较慢，跟不上负荷的变化，从而造成了调节的滞后，当整个机组调节到新转速时，由于惯性较大，上升速度不能与额定转速相匹配，就会出现超调现象；另一方面在低水头的情况下，为了提高发电效率，需要对导水系统进行双机制调节，在高水头情况下，还需要调节水轮机的喷针和折向器，可见在不同的情况下，调节方式也不一样；另一方面在开关导水系统时会受到水击反应，从而会抵消掉部分的调节作用，降低了调节效率。
3.水轮机调速系统的故障诊断
3.1信息融合故障诊断
信息融合是利用计算机把不同来源、不同用途、不同时间空间的信息按照一定的准则进行自动分析与整合，最终形成统一的信息进行表达，从而提高系统估算和判断信息的准确性和完整性。在水轮机调速系统故障诊断中，使用信息融合技术的原因主要有两点，一是能够通过多路传感器阵列全面的获取系统中各部件的信息，二是水轮机调速心疼的故障诊断过程与信息融合技术过程特征相似，因此，可以将信息融合技术拓展到故障诊断中。从这两方面来看，将信息融合技术应用到水轮机调速故障诊断中是完全可行的，不仅能够促进系统运行能力，还能在一定程度上使故障诊断更及时、准确、可靠。
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3.2智能体故障诊断
智能体是一个与外界环境可以交互的实体，其具有感知、交流以及解决问题的功能，能够独立地在复杂的环境中运行，并完成相应的任务。智能体通过传感器和效应器对环境进行感知，能够有效的发挥其自主性、反应性、适应性、交互性、协作性以及通信能力。根据智能体的特点，可以构建出数据采集子系统、状态监测子系统、任务分解子系统、任务管理子系统以及用户接口子系统，这些子系统通过有效结合，组成智能体故障诊断系统，使其拥有很高的智能诊断能力，还可以通过知识经验和自身思维策略来对控制系统进行故障检测。
3.3BIT故障诊断
BIT故障诊断方是一种系统内测试的故障诊断方法，可以利用这种方法实现对自身电路、软件程序以及整个系统的运行状态的监测和测试，从而判断控制系统是否故障，同时能够再发现故障时进行自诊断和自隔离处理。设备的自检测过程以便分为发现异常状态、诊断故障状态及部位和进行分析和提出解决策略三部分组成。BIT技术作为一门独立的学科，其内容主要包括信号检测技术、信号处理技术、故障判断和识别技术以及预测及故障处理技术等构成，其主要起到提高诊断能力、简化测试设备、减少技术保障以及降低维修成本的作用，大大促进了调速系统的可靠运行。
4.水轮机调速系统的容错控制
4.1集成化容错控制
集成化容错控制方法是基于集成化故障诊断和容错控制，对系统故障进行容错控制的一种容错控制方式，其整个系统是由调速系统、检测仪表、主控制器、容错控制器、集成化故障检测子系统以及切换控制板六部分构成。集成化故障检测与诊断子系统由于集成了多种知识和诊断方法，会具有很高的智能化故障分析和处理能力，因此能够有效的对调速系统进行快速检测和故障识别，同时还具有故障预测和决策能力。集成化诊断与容错控制的应用，可以有效的提高设备的故障诊断能力和安全运行，为实现高效运行奠定了基础。
4.2网络化容错控制
网络化容错控制主要是指在出现故障后，对故障的部件进行隔离和冗余处理，从而保证控制系统网络能在故障条件下正常工作。在网络化容错控制中，主要包括故障隔离技术和系统重组技术，故障隔离技术分为物理故障隔离、控制信号隔离以及数据隔离，在控制网硬件架构设计时，一般采用物理故障隔离，而在控制信号和数据的隔离上，通常采用软、硬件相结合的方式实现；系统重组技术通常采用多余多备份冗余结构的控制系统，非冗余设备可以采用动态任务调整，具有自重组功能的高性能容错服务器三种策略，从而实现诊断故障的目的，为控制系统正常运行提供保障，提高系统的运行效率。
5.结语
总而言之，将故障诊断和容错控制技术应用到水轮机调速系统中，不仅能够提高水利发电的可靠性，同时在很大程度上促进了水电生产的效率和质量，为我国水电领域的发展指明了前进的道路，对实现我国资源的循环利用和可持续发展具有重要意义。
参考文献
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[2]谭宇航.水轮机调速系统的故障诊断与容错控制研究[J].重庆理工大学，2015.
[3]肖蕙蕙.水轮机调速器的智能故障诊断与控制研究[J].微计算机信息，2007.
论文作者:张国伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/22
标签：水轮机论文; 系统论文; 故障诊断论文; 故障论文; 子系统论文; 技术论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第19期论文;