STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统

1STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统魏守平一．水轮机调节系统动态特性仿真二．水轮机调节系统仿真决策支持系统三．STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统基本特点和内容四．STFZXT-1水轮机调节仿真决策支持系统的安装及运行五．仿真案例六．水轮机调节系统七．水轮机调节系统的PID调节规律八．水轮机调节系统的仿真模型九．水轮发电机组的水流修正系数Ky和机组惯性比率十．水轮机调节系统受到扰动后的动态过程的类型十一．水轮机调节系统常用英文名词术语十二．参考文献及联系方式一．水轮机调节系统动态特性仿真STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是水轮机调节理论与技术、数字仿真理论与技术和计算机软件技术有机结合的产物。STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是深入学习水轮机调节理论与技术强有力的助手。STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是水电站从事水轮机调节的技术人员和水轮机调速器生产厂家的现场调试技术人员的分析决策支持手段。STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是高等院校与水轮机调节相关课程的理想辅助教学课件。STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统是学习、理解、执行中华人民共和国国家标准GB/T9652.1－2007《水轮机控制系统技术条件》和GB/T9652.2－2007《水轮机控制系统试验规程》水轮机调节系统动态性能指标规定的有力工具。STFZXT-1是完整的水轮机调节仿真决策支持系统，共有66个仿真项目。STFZXT-2是精选的水轮机调节电网一次调频仿真决策支持系统，包含STFZXT-1中除“机组开机”和“空载频率波动”之外的其它仿真项目。STFZXT-3是水轮机调节“电网一次调频”和“孤网运行”仿真决策支持系统，共有16个仿真项目，是STFZXT-1水轮机调节仿真决策支持系统的子项目。STFZXT-4是水轮机调节“电网一次调频”仿真决策支持系统，共有9个仿真项目，是STFZXT-1水轮机调节仿真决策支持系统的子项目。仿真系统会自动建立放置帮助文件和仿真波形数据文件（*.xlsx）的文件夹C:\SDATA\HELP\,仿真波形存储在子文件夹C:\SDATA\figure\中。对于无背景音乐的水轮机调节仿真决策支持系统执行文件“***(用户名).exe”可以放在任何位置，双击***(用户名).exe即可运行；对于有背景音乐的水轮机调节仿真决策支持系统执行文件，则必须与下列文件在同一个文件夹(例如“STFZXT”)：2所谓对动态系统进行计算机仿真，是指在对被仿真的实际动态系统工作原理和动态过程深入分析的基础上，选择合适的仿真软件平台，建立相应的被仿真的动态系统动态过程的模块模型及系统仿真模型；根据实际系统特定工况和参数设定仿真系统的结构和参数，在计算机上重现相应的被仿真系统实际动态过程，输出目标参数的动态过程波形与主要仿真参数，供使用者对被仿真的实际动态系统动态性能进行综合分析与评价；动态系统计算机仿真可以快速、直观和经济地实现对被仿真系统动态行为的仿真，便于有针对性对系统的1个或1组参数的不同取值进行仿真，便于使用者探索被仿真系统存在的问题和优化被仿真系统的动态性能。动态系统计算机仿真是一门以系统科学、自动控制理论、计算机科学等多个学科理论为基础的综合性技术科学学科，动态系统计算机仿真的目的是通过对动态系统仿真结果的观察和分析，加深对被仿真系统工作原理和系统参数取值对系统动态特性影响的理解，搜寻与被仿真系统动态过程特性对应的系统结构和调节参数，从而实现对被仿真系统动态性能的改善，也是探索新型调节和控制规律的有力工具。对水轮机调节系统建立包括非线性环节在内的数学模型进行仿真，可以对它的静态和动态特性进行经济、方便、直观、迅速的研究，像机组甩100%额定负荷和接力器不动时间等许多在现场无法进行或不宜多次重复进行的试验，都可以利用动态系统计算机仿真系统对其进行仿真。在科学研究和工程应用的建模中，美国MathWorks公司推出的MATLAB软件，因为其高效、直观的编程语言，同时又是以众多的数学和工程函数为基础的集数据分析、数据可视化、应用程序界面、图形处理等功能为一体的科学计算平台，成为科学和工程建模过程中的首选工具。MATLAB名字由MATrix(矩阵)和LABoratory(实验室)两个单词的前3个字母组合而成，它以现代计算机软硬件技术为基础，建立了包括交互式图形用户界面的表述、分析和计算方法，是当代内容丰富、功能强大、使用方便、界面直观的国际公认的标准计算软件。值得着重指出的是，水轮机调节系统是一个复杂的、非线性的、非最小相位系统，在建立数学模型的过程中，又不可避免的忽略一些次要因素和对模型进行简化，要想用仿真完全准确地反映水轮机调节系统的实际过程并得到定量的结论，是十分困难的；只能从定性的、比较的意义上，对其进行仿真，为实际工作提供定性的分析及决策支持；对于一些新的控制规律，也可以开展仿真工作，但是应充分认识其局限性，不要根据其结果就轻易下结论，而且一定要采取理论与实际相结合的科研方法，在工程实际中加以验证。二．水轮机调节系统仿真决策支持系统决策支持系统(DecisionSupportSystem，简称DSS)是协助使用者通过系统模型、仿真图形和原理知识，以人机交互方式进行的计算机应用系统。决策支持系统是使用者分析问题、使用模型、探索机理和检验结果的分析工具，协助使用者得到解决问题、探索新的机理和选择正确决策的方法。STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统（HydraulicTurbineRegulatingSimulationandDecisionSupportSystem）是水轮机调节理论与技术、数字仿真理论与技术和计算机软3件技术有机结合的产物。水轮机调节仿真决策支持系统是深入学习水轮机调节理论与技术强有力的助手，是水电站从事水轮机调节的技术人员和水轮机调速器生产厂家的现场调试技术人员的分析决策支持手段，是高等院校与水轮机调节相关课程的理想辅助教学工具。水轮机调节系统是由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环系统。水轮机控制系统是用于检测被控参量与给定参量的偏差，并将它们按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统，也可以称为调节器，简言之，水轮机控制系统就是包含油压装置在内的水轮机调速器；被控制系统是由水轮机控制系统控制的系统，它包括水轮机、引水和泄水系统、装有电压调节器的发电机及其所并入的电网及负荷，也可以称为调节对象。所以，水轮机调节系统是一个包含水流、机械和电气变量的、复杂的、非线性的非最小相位系统。STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统以水轮机调节系统仿真及分析为中心，在对水轮机调节系统的基本理论、工作原理和动态仿真进行了系统、深入、全面的分析和研究，详细地分析、推导和论证了水轮机调节系统、水轮机控制系统和被控制系统的静态及动态特性原理及数学表达式，参照了大量的水轮机调节系统在水电站的实测动态实验资料，建立了水轮机调节仿真决策支持系统的理论基础；STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统基于水力发电生产过程理论和技术、自动控制系统理论和技术、微型计算机控制理论和技术、机械液压控制系统理论和技术，建立了水轮机调节系统的仿真模型，把典型的水轮机调节系统动态过程直观、形象、便捷和快速地展示给读者。STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统有助于深入掌握水轮机调节系统的基本理论和工作原理。利用水轮机调节仿真决策支持系统，可以对水轮机调节系统建立包括非线性环节在内的数学模型进行仿真，可以对它的动态特性进行经济、方便、直观、迅速的研究，像机组甩100%额定负荷和接力器不动时间等许多在现场无法进行或不宜多次重复进行的试验，都可以利用水轮机调节仿真决策支持系统对特定的动态过程进行仿真和分析。以机组甩负荷动态过程为例，根据电站试验按照电站得到的存在问题的机组甩负荷特性判断其动态过程类型；按照电站及机组的实际参数（Ta，Tw）和水轮机微机调速器的实际参数（KP、KI、KD、bp、Tf、Tg、y0、、、、、、、）设定仿真基本参数值；调整水流修正系数ky、机组自调节系数en和机组甩负荷数值，拟合实测的机组甩负荷特性和仿真的机组甩负荷特性，使二者具有尽量相近的甩负荷动态波形；在水轮机调节仿真决策支持系统中改变PID参数（KP、KI、KD）进行仿真，消除和改善原甩负荷动态波形过程存在的问题，求得与改善后甩负荷动态波形对应的PID参数；按照仿真得到的PID参数整定微机调速器参数，在电站进行甩负荷试验以验证修改PID参数后的实际机组甩负荷动态性能。STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统提出并成功实现了“1个(组)仿真目标参数的3个(组)数值仿真”的仿真策略，也就是说，在每次仿真中，采用选择的1个(组)仿真目标参数的3个(组)数值进行，将这3个仿真的动态过程的仿真变量波形和全部仿真参数在1个仿真图形中表示。众所周知，对应1个(组)仿真目标参数数值的仿真，只能得到一个孤立的动态过程；对应2个(或2组)仿真目标参数数值的仿真，可以得到对应的互为比较的2个动态过程；而对应3个(组)仿真目标参数数值的3个动态过程，则为进行参数变化对动态过程影响分析，提供了更为形象直观的结果。也就是说，采用这样的仿真策略，可以在其它参数相同的条件下，得到3个不同的仿真目标参数数值的仿真结果，除了能清晰地观察和分析单个动态过程的品质之外，更能从3组仿真目标参数数值对应的仿真波形中，进行比较和分析，得出这个仿真目标参数数值增大或减小时，被仿真系统动态特性性能的变化趋势，从而做出较为全面的判断和结论，加深对仿真目标参数的作用机理及其与其它参数关系的认识和理解，从而为我们解决工程实际问题提供直观、清晰和快速的决策支持。4STFZXT水轮机调节仿真决策支持系统对水轮机调节系统建立了仿真模型(SimulationModel)，构成了对水轮机调节的仿真决策支持系统。水轮机调节仿真决策支持系统可以对通常的水轮机调节系统的电站试验项目(机组开机、机组自动工况空载频率摆动、空载扰动、接力器不动时间、接力器1段关闭机组甩负荷、接力器2和3段关闭机组甩负荷、电网一次调频和机组甩负荷等)进行仿真。三．STFZXT—1水轮机调节仿真决策支持系统基本特点和内容1.STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统，是基于MATLAB软件对水轮机调节系统动态特性进行仿真的培训和决策支持系统。它们能对通常的水轮机调节系统的8类电站试验项目（机组开机特性、自动工况空载频率摆动特性、空载扰动特性、接力器不动时间特性、接力器1段关闭机组甩负荷特性、接力器2段和3段关闭机组甩负荷特性、电网一次调频特性和孤立电网运行特性等）进行数学仿真。2.STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统特点STXTFZ-1水轮机调节仿真决策支持系统从工程实际出发，设计了简洁、友好的人机界面；系统运行后,视计算机速度,每次仿真仅需(2~5)秒;在每1次仿真中,将3个(组)不同目标仿真参数数值对应的的动态过程波形集中于一张示波图上,便于操作者比较分析；仿真结果的示波图中同时显示了机组频率(f)和接力器开度(y),机组甩负荷特性还显示了引水系统水压(h),仿真结果的示波图中列出了仿真参数,形成了一个简单的仿真报告；在仿真波形图中的仿真参数显示区，标示了仿真采用的水轮机调节系统全部参数，在参数显示区的下部用红色、黑色和蓝色标示了3个(组)仿真目标参数，它们分别与红色、黑色和蓝色的仿真动态仿真波形对应。3．水轮机调节仿真决策系统仿真结果计算和显示的动态性能指标KJ(开机)tSR，t0.8，tSR/t0.8PLBD(空载频率波动)ΔFmKZRD(空载扰动)Fm，tMBDSJ(接力器不动时间)T(y1)，T(y2)，T(f)SFH1和SFH2(甩负荷)Fm，tM，tE，tE/tMXW(小网)Fm，tM，tE，tE/tMYCTP(一次调频)PW，W45，W451，W60，W601，W451/W45，W601/W60，P15，P45，P15/PW，P45/PWFm―动态过程频率最大值或最小值