【摘要】水轮机调速器分为以下几种类型：机械和电气液压型采用的是PID控制方式，但是常规的PID控制难以支持大型水轮机和电网机组调节系统的控制要求，现在所采用的一般是变参数PID、自适应控制盒模糊控制等高级且复杂的控制方法，通过计算机完成水轮机调节系统的控制。因此对水轮机的微机调速器的控制策略分析，水轮机调节系统是一个具有非线性和变形的系统。

 

　　【关键词】水轮机；微机调速器；智能控制

 

　　1、水轮机调节系统组成

 

　　水轮机调节系统主要是由调速器和被控对象组成。水轮机的调速器主要的作用是运用电力系统的负荷变化来调节导叶的开度，从而使水轮机调整发电机的功率输出，并使发电机组的转速维持在规定的调节范围之内。水轮机的被控对象是由水轮机系统（包括水力系统，如调压井和压引水道等）和发电机系统（包括电气、电压和机械惯性调节三部分）组成。水轮机的控制系统是一个复杂系统，是集水力、机械和电气一体化系统。在实际应用中，建立系统化的数学模型需要忽略一些不必要的参数。

 

　　2、微机调速器控制结构

 

　　机械液压型调速器、电气液压型调速器和微机调速器是调速器发展的3个阶段。随着计算机技术的快速发展，水轮机微机调速器的发展应用也在不断进步。数字化PID技术可以应用计算机技术进行精度高，运算速度快的测频效，而且具有可靠性高的特点，可以它的控制方式可以由软件编程控制，具有灵活多变的效果，容易对各种结构的控制参数进行调节，方便实现更复杂更高级的控制算法的应用与调节。计算机的技术的不断推进也对微机调速器的发展起到了推动作用，先后也经历了以下的几种类型：（1）最早的单板机和单片机8位数据传输调节，当时的运算速度还是比较慢。（2）STD总线工业控制机。（3）可编程控制器，现在工业应用很广泛，而且相应的技术也比较成熟。（4）工业PC机。（5）可编计算机控制器(PCC)。现在工业中主流的调速器产品就是以PLC为控制器，由PLC图形化编程和数学算法一起实现的，但是面对现代工业发展的情况来看，它的运算速度等一系列的方式都远不及PC机。因此，在现代工业中计算机控制器则是作为最合适的控制来控制实现一些复杂高级的控制方式。

 

　　现在工业生产中开始应用了可编程控制调速器，其功能特点更为先进：（a）可靠性。可编程调速器由可编程控制器，操作面板和功能模块等构成，稳定性和操作安全都做到了最优化。（b）测频。可编程调速器的测频通道有四条，在机组PT、齿轮和电网的测频上能够更快及时的完成检测任务。而且计算机技术的不断优化，运行速度不断提升，现在的可编程调速器的测频精度也进一步提升。而且现在的可编程调速器通过测量信号的上升沿的时间实现测频，不在需要二分频来测量周期脉宽时间，因此实时性增强。而且在测频的应用上，用户可以根据自身要求任意选择方式进行测频，既有单通道，也可用四通道或两通道搭配使用等等。把他们结合起来使用更是增强了他们检错和纠错效果，能够快速找出错误信息和愿意，并作出报警，且能够排除故障通道影响，使得测频有了高可靠性。

 

　　3、微机调速器控制策略

 

　　（1）PID调节PID控制的优势在于结构简单、参数容易整定和适应能力强，因此得到了广泛的应用。对此PID控制成为水轮机调节系统的一种很实用控制方式。目前，我国大部分水轮调节均是采用PID控制。同时，应用PID的增量型控制算法配合步进电机的应用，采用增量型PID控制比较适合与步进电机配合使用，使得系统工作运行更加稳定。

 

　　（2）变参数PID调节控制策略水轮机调节系统是一个具有时变与不确定特性的非线性系统。目前我国大部分调速器都采用变参数PID控制,通过水头、导叶开度和转速等参数的运行情况来确定PID参数。变参数算法主要分为模糊变参数PID控制、自适应变参数PID控制、神经网络PID控制和遗传算法PID控制等,这些控制都是以PID为主体框架,通过对参数进行辨识来调整,使系统在不同的运行情况下可以更优化运行。

 

　　a.模糊控制，是一种非线性不需要被控对象的控制模型,对于处理非线性、时变参数系统的控制具有良好的控制效果,对于纯模糊控制,会存在静差,所以要结合积分环节来消除静差。模糊控制对结构和参数变化较大的水轮机调节系统,其控制性能并不能达到最优。

 

　　b.自适应控制，是按照系统的运行情况对其进行相应的参数变化的PID调节器。对于水轮机调节系统如果采用自适应控制。不仅具有较强的参数自适应性,而且能使调节系统获得更优良的动态品质。

 

　　c.人工神经网络控制，是模仿人脑神经系统进行信息的存储，检索和处理，它对环境有很好的适应性，但是由于这种控制的决策时间比较长的原因，所以并不能满足实时性控制。

 

　　4、故障处理

 

　　对于一些常见故障的诊断方法：（1）网频故障：首先要去检查网频保险是否熔断，接线是否虚断；（2）导叶随动系统故障：要先检查电位器是否松动，其次反馈打压有没有输入，然后看电位器的工作电源是否正常；（3）水力故障：有时可能是由于引水系统的水流压力振动导致水轮机的齿轮转速产生波动；（4）电气故障：可能是由于发电机转子和钉子的间隙不均匀。

 

　　在日常的生产工作中，遇到的问题往往是想不到的，产生的原因更是出乎意料，所以要对调速器的基本原理有很详细的掌握。

 

　　5、总结

 

　　在我国，水轮机调节系统的应用技术还有待提高，因为我国控制学科的研究起步比较晚，对于控制的策略还有待精进和研究，目前我国大部分的调速器生产还是采用的PID调节。采用PID，一是PID调节的鲁棒性很强，二是我国PID技术还是比较成熟，三是对于其他方法计算方式过于复杂，四是其他控制策略的理论研究还是比较少的。现在由于计算机技术的采用，PLC作为控制器的使用方式也比较少用。因此对于水轮发电机调节器的研究更多的应采取对控制学科的深入研究，将更多更好的控制策略有效的结合在一起，发挥出更优化的效果。

 

　　【参考文献】

 

　　[1]俞亚新,金波.一种模糊变系数PID控制器及其在水轮机调速器中的应用[J].中国机械工程.2007,(8).

 

　　[2]梁宏柱,叶鲁卿,孟安波.参数自适应模糊PID控制器及其在水电机组调速器中的应用[J].水电自动化与大坝监测.2003,(6).