20世纪初发展起来的机械液压调速器,它能满足中小型电网中运行的小型水轮发电机组调节的需要。20世纪50年代以后,电气液压调速器获得了较广泛的应用,从采用的元件来看,它经历了电子管、磁放大器、晶体管、集成电路等几个发展阶段。但是,面临大机组、大电网提出的高灵敏度、高性能和便于实现水电站自动化等要求,机械液压调速器故有的采用机械液压方法进行测量、信号综合和稳定调节的功能就显露出明显的缺点。随着1971年微处理机的问世,世界各国在20世纪80年代微机液压调速器,近年又推出了可编程控制器( 液压) 调速器和基于现场总线的全数字微机调速器。显然,随着微机技术、网络技术、总线技术的发展,水轮机微机调速器的微机调节器将会得到不断的完善和发展。吨龋一I“ ——‘ ——。————。——————。——’ ————。——’ ————‘ ——j微机( PLC) 调节器I电/机转换装置]一⋯一一一一一一]I机械{奁压系统1[⋯一一I一.圭}6 垫变錾壁堡型竺鲨塑塾堂墨茎壁旦F[:二二二二蟹耍蠹匿匠二二二二二二]二玉耍匦二]二疆甄童基甄]图1≈水轮机调速器原理框图Fi g.卜3TIl eorv of el ectro-hydranl i c governor of turbi ne7 动态矩阵控制算法的改进及其应用2调节对象的数学模型水轮机调节系统是非线性和时变性的系统,研究系统在稳定工作工况点附近的小瞬变时,可以把非线性时变系统进行线性化处理。本节将建立用于数字仿真的基于小偏差理论的线性化水轮机调节数学模型,动态矩阵控制所用非参数模型,既系统阶跃响应系数也将在此基础上获得。2.1混流式水轮发电机组数学模型2.1.1液压随动系统的数学模型水轮机液压随动系统方框图如图2—1所示图2—1混流式柳组液压随动系统方框图Fi g.2-1 H ydro—turbi ne servo- posi ti oner图中:Ty为接力器反应时间,Y为接力器行程。说明:辅助接力器时间常数Tyl 相对接力器反应时间Ty而言较小,为了方便起见本文不予考虑。2.1.2水轮机组段数学模型混流式水轮机的力矩和流量是随着水轮机调节机构的导叶开度a、水头H 和转速n而变化的,即M FM 。(a,H,n)Q =Q (a,H,n)考虑到小波动情况,在稳定工况点采用线性化模型:InFeyey+e,‘ X+eh’ hq=e。,· y+e。,· x+eqh· h水轮机力矩对导叶开度传递系数:水轮机力矩对转速的传递系数,又称水轮机自调节系数水轮机力矩对水头的传递系数;水轮机流量对导叶开度传递系数:水轮机流量对转速的传递系数;水轮机流量对水头的传递系数。8却“卧印咖附中式 动态矩阵控制算法的改进及其应用上二式就是单一调节机构的水轮机力矩方程式和流量方程式。方程式中6个传递系数可在水轮机模型综合特性曲线上求得。对混流式水轮机e。。。o将其略去,ex为水轮机自调节系数,实际上常将它和负载的自调节系数方在~起考虑而不在单独考虑,因此上式可以简化为:m Fe,’ y+eh· hq=e。,‘ y+e∞‘ h有压过水系统刚性水击下的传递函数为:H ( s) =一T,SQ ( s)据此,可以得到水轮机组方框图如图3~2所示:图2—2考虑刚性水击时混流式水轮机方框图Fi g.2- 2 Franci S turbi ne consi deri ng ri gi d w at er ham m er2.1.3发电机组段数学模型当负载变化时,水轮发电机组的阻力矩会发生变化,从而引起机组转速的变化,因此,发电机也是调节对象的一个部分。由于本文主要研究水轮机调节系统的工作,因此对发电机组采用较简单的数学模型。常用的模型有一阶、二阶、三阶及高阶。运行工况有单机带孤立负荷、单机与有限机组并列及单机与无穷大电网并列等。本文主要研究系统单机带孤立负荷的运行情况,因此使用一阶模型,此时,发电机仅作为具有转动惯量的旋转剐体来加以考虑。发电机及其负载方框图如图2—3所示:图2—3发电机及其负载方框图Fi g.2-3 G enerator and1 oad chart 动态矩阵控制算法的改进及其应用式中:T。:旦!婺机组惯性时间常数;+⋯3580P‘。’1”T。吣负载机械惯性时间常数,本文取T。=o.24Ta;外部负荷力矩;机组综合自调节系数。( 其中e。表示发电机负荷自调节系数)en=e。~e。2.1.4水轮发电机组调节对象方框图l圈I每寸图2—4混流式发电机组调节对象方框图Fi g.2- 4 Franci S turbi ne adj ustm entChart2.1.5水轮发电机组调节对象状态方程原则上来说,只要是足以完全确定系统的运动状态而个数又是最少的一组变量都可以作为状态变量。对于水轮机调节系统,主要研究过渡过程中转速、水击压力、导叶开度的相对变化率,因此,对于本调节系统,取y、h、X状态变量。根据图2--4,可得本调节系统状态方程如下:·11,LV=一一十一^L。i:.eqyv一』一h一』L“eq^。eqhL;2彘,+矗T¨ 矗To卜壶m 。。令x。=(yhx)1Le曲瓦+瓦’一瓦+瓦瓦+瓦“ 吣。贝Ⅱ有zl :' AIxI+BIu+DIv其中:A。,B,,D。分另0为:10 动态矩阵控制算法的改进及其应用Al =O瓦eq^e^瓦+瓦一』LLe曲0o-2l⋯一壶V- - m oOO矗瓦+7.b2.2轴流式水轮发电机组调节系统数学模型如图2—5所示为考虑网4性水击的轴流转浆式水轮发电机组的传递函数方框图。浆叶和导叶采用并联协联方式。因此,本调解对象为四阶系统。根据控制指标的要求,在研究中,我们选择状态变量x=(y,h,X,z)。