小型水轮发电机组综合控制器研究与设计之我见

小型水轮发电机组综合控制器研究与设计之我见 摘要：随着我国社会主义市场经济的发展以及全球经济的快速回温，在经济高速增长的同时全球能源也在被高度开发，并且面临着严重的紧缺现象。然而，由于我省特殊的地形环境中“河流众多”的因素，决定了我省在水能资源方面拥有着丰富的开发利用空间。但是，在目前，我省的水资源综合开发利用基础设施建设还不够完善，尤其是在小型水电站的综合建设上，还存在着一定程度的不足，主要表现为小型水电站在综合自动化控制方面都还不够成熟，因此，根据我省目前实情，研制成本较低且性能偏高的小水电发电机组综合控制系统在我省当今的能源开发中十分必要。本文主要借助小型水轮发电机组综合控制系统进行不同角度的分析，以此来促进我省小型水电站的建设发展，为我省的能源开发贡献自己的微薄之力。 关键词：小水电；水轮发电机组；综合控制器；研究 云南是全国水电资源大省，境内水能资源丰富，经济可开发水电站装机容量9795万千瓦，约占全国总量4.02亿千瓦的24.4%，居全国第二位；单位面积可能开发的水电装机容量每平方公里为180.6千瓦，居全国榜首。昭通市水能资源蕴藏量为2653.75万千瓦，年发电量1492.12亿千瓦小时，为全省之冠。这也从侧面告诉我们：我省尤其是昭通市的水电资源存在着较大的开发潜能。然而，目前我省在小水电的设备建设上以及其综合自动化控制方面都存在着很大的不足，还有很高的提升空间。一个好的小型水轮发电机组综合控制系统不仅可以确保发电机组工作过程的可靠性和安全性，更能提高发电机组综合控制系统的工作效率，并且合理有效的提高小水电电力系统的稳定性。以下，是笔者基于小型水轮发电机组综合控制系统进行不同角度的分析，目的在于提高小水电综合自动化水平，以期促进我省及昭通市小水电的资源开发及建设发展。 一、小型水轮发电机组综合控制器研究的现状 小型水轮发电机组综合控制器主要由微机励磁、同期装置以及微机调速器构成，在相互的工作过程中形成小型水轮发电机组并网，以此来共同完成小水电的生产工作。 从微机励磁方面来看，其主要是由励磁功率放大单元和励磁控制器组成。该控制器则主要负责小型水轮发电机综合控制系统在工作中的可靠性及安全性，因此在结构设计上采用双通道结构更为合理，可以为系统提供互为备热的作用，并且其核心控制器的组成，多数由总线计算机和单片机组成。功率放大单元其实是指在可控硅励磁的基础上，由微机励磁发出工作信号，然后由可控励磁系统将这些工作信号转化成有序的触发脉冲，继而将可控硅励磁的整流装置进行放大，以此完成整个励磁系统在工作中的调节作用。 从同期装置角度进行分析，其在小型水轮发电机组综合控制系统的工作中，是实现小型水轮发电机组并网操作的主要环节。在小型水轮发电机组进行并网操作时，同期装置则主要根据励磁调节器以及调速器对本机的电压和相位，以及频率进行有效调节，并为水轮发电机组寻找同期点以保证其并网操作工作的顺利完成。当小型水轮发电机组并网操作成功完成后，同期装置便退出发电机组综合控制系统的工作环节。其工作性质的专一性，决定了同期装置在小型水轮发电机组并网操作过程中的重要性。 微机调速器主要包括液压随动系统以及电气控制系统两大模块构成。随着科技的不断进步与创新，我省加大了科研的力度与相应的项目投资，目前，我省在小型水轮发电机组综合控制器的微机调速器上，已有了较为先进的科研成果。譬如，在微机调速器的液压随动系统中，我省的科研专家、学者进行了大胆的尝试与创新，尤其对电液转换装置进行了比例阀以及步进电机替代转换器等更加先进的研究。 二、小型水轮发电机组综合控制器研究与设计的理论分析 在小型水轮发电机组综合控制器的检测过程中，其中同期装置、微机励磁以及微机调速器在运行状态和参数模拟的检测中，存在着许多相同之处，在部分不相同的因素中，也可以通过相应的转换变化最终达到与之趋近相同。那么，如果将同期装置、微机励磁以及微机调速器进行有效的整合统一，组成一个新的控制器，也就是在本文中经常提到的小型水轮发电机组综合控制器，这将在其检测的过程中，可大大缩短检测的环节及时间，提高小型水轮发电机组综合控制系统的检测效率和工作效率。 在小型水轮发电机组综合控制器的核心控制中，由于同期装置工作性质的专一性，所以将其综合进核心控制系统中较为容易。但是，要想将微机励磁以及微机调速器综合进核心控制系统就必须要对其进行具体方法的分析。微机励磁以及微机调速器综合进核心控制系统大致可以根据以下几种方法进行。其一是分别保持微机励磁以及微机调速器原来本身的控制算法结构，在此基础上对其进行控制决策单元的添加，以起到微机励磁和微机调速器在工作的过程中相互协调的作用。另一种方法是通过对微机励磁和微机调速器进行系统分析，从而找出二者之间有哪些相互的内在联系，根据二者之间存在相互联系的这一特点，使其在控制结构上面实行统一，对微机励磁和微机调速器实现二者的同时控制。根据以上方法，可以将微机励磁以及微机调速器有效的综合进核心控制系统，加大小型水轮发电机组综合控制器的工作效率，促进小水电事业的进一步发展。 三、小型水轮发电机组综合控制器研究与设计的控制策略 在小型水轮发电机组综合控制器的研究与设计中，当小型水轮发电机组处于工作状态时，其在工作的整个过程中主要分为开机启动、同步检测、正常运行以及出现故障时导致的停机。然而，针对发电机组工作过程中不同的运行状态需要找出相应的控制策略，以此实现对微机励磁、同期装置以及微机调速器的有效控制。本文考虑到篇幅等原因，仅对小型水轮发电机组综合控制器最重要的控制策略进行重点分析。 当小型水轮发电机组进入工作状态时，在机组的开机启动过程中，需要对该机组的开机时间进行准确的计算，并在配压阀的相应设置中，应对开机时间以及开机速度进行准确的设置和限制。此外，在开机启动的过程中，还应对调节保证进行准确的计算，以此避免整个引水系统出现真空的现象，导致水轮发电机组出现故障停机。当开机启动工作完毕之后，机组在正常运转的加速阶段，同期装置及励磁系统都不加入其工作的过程中。然而，微机调速器系统则应该以已知频率和本机实际频率之差为调节输入信号进行加速阶段的实际操作，确保小型水轮发电机组综合控制器达到理想的加速效果，提高小型水轮发电机组综合控制器的工作效率。 结语： 小型水轮发电机组综合控制器的使用实现了小型水电站设备控制的综合自动化，对以往复杂的多方面控制实现了统一的综合控制，无论在工作效率还是在人力资源上都得到了极大的提高，电能质量及运行安全性、可靠性也得到肯定提升，更进一步的促进了小水电的资源建设和发展，以及促进了水能资源的有效合理开发。本文对小型水轮发电机组综合控制器研究与设计提出了自己不同角度的观点和见解，在具体的分析过程中，必然还会有很多的不足之处和需要改进的地方，仍需不断地努力学习和提高。 参考文献： 1向寒冰.小型水电机组调速方案及测控保护一体化装置的研究D.华中科技大学，2008. 2艾远高.基于虚拟现实的水电机组状态监测分析方法研究D.华中科技大学，2012. 3赵磊.水轮发电机组主轴系统水机电耦合振动特性研究D.昆明理工大学，2010. 4冯伟权.水轮发电机综合自动化保护系统研究J.中国高新技术企业，2011（07）. 5任家林，付开红，康小泽，尹学强.水轮发电机组安装调整仿真实训装置的设计制造及缺陷处理J.科技创新与应用，2012（26）. 6王颖.小型水轮发电机组中可编程微机调速器的应用J.东北水利水电，2013（03）. 7李毅.中小型水电站技术改造应注意的几个问题J.科技致富向导，2012（36）.第 6 页 共 6 页