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大型水电厂基于智能PID控制和故障诊断的调速系统优化研究与应用

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成果主要完成人

黄斌斌、高晓光、陈 红、何富农、陈 鑫、刘 传、余 舰、祝西夏

项目概况

本项目从水电机组调速系统现状出发,通过开展适应水电机组水力特性的智能PID控制理论研究,建立智能PID控制模型和自适应优化算法,并在主流PLC控制器实现,结合水电机组特性模型仿真,对智能PID控制算法控制特性进行优化和模拟验证,提高水电机组控制稳定性、可靠性和运行安全性。研发水轮机调速器智能服务支持系统,根据实时监测数据预测调速系统的健康状况,给出恰当的维护意见,并能在故障发生后定位具体的故障部位,为检修提供决策参考。实现网上专家远程诊断,使远程专家能够通过网络查看现场实时、历史数据,并进行分析,向管理系统反馈诊断意见,供现场运行、维护人员参考。实现调速系统基于故障自诊断的健康评价和生命周期管理,提高调速系统的健康水平和服务年限,解决安全可靠生产和检修维护的矛盾,提高调速系统生命周期利润,提高电厂技术人员的自身检修、运管能力。 项目以水轮机控制系统作为研究对象,综合利用智能算法,以思林水电厂现运行的水轮发电机组作为被控对象,选取代表性工况在小波动工况下建立相应的近似线性化数学模型,通过模型仿真,对水轮机调节系统过渡过程进行研究,利用仿真平台开展调速系统仿真和性能分析,最终在思林电厂4台机组调速系统进行功能实施,经测试,各项性能指标满足要求,调节性能有较大提升,保证了智能控制技术在调速系统的应用。开展水轮机调速系统故障自诊断技术研究与开发,包括调速器故障智能诊断研究,建设了4台机组调速器故障诊断系统,完成了思林4台机组调速系统自诊断技术硬件安装,联调试运,相关功能满足要求。 对思林电厂4台机组调速器改造后,经测算每年可带来的综合经济效益约5497.51万元。综合考虑水流惯性带来的水锤效应、水轮机各环节的非线性、大惯性以及电网负荷变化等影响,开发基于智能PID控制的调速系统,为水电机组安全、稳定、经济运行提供了技术参考。通过搭建水电厂调速器故障诊断平台,采用系统信号采集和数字传输控制架构,开展调速系统状态监测、故障诊断,提出了基于故障树法的调速系统故障诊断及预警架构,减小由调速系统故障引起的电站及电网事故,缩短设备维修时间、延长检修周期、提高能效、提高系统可靠性,为电力系统提供更加优质的电能质量,为地区经济社会发展提供坚强的电力保障。