毕业设计（论文）开题报告-水电机组PID型调速器(12页).doc

-毕业设计（论文）开题报告-水电机组PID型调速器-第 9 页 淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：电气工程及其自动化设计(论文)题目：水电机组PID型调速器设计指 导 教 师:2016年3月6日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）。4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年3月15日”或“2006-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述一 研究背景我国水能资源丰富, 我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。但是目前我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。水力发电经过一个多世纪的发展,其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善,单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉,运行的可靠性高,故其发展极为迅速。水轮发电机组是将水能转化成电能的动力装。具有效率高、成本低、不污染环境和便于综合利用的优点。其中，水轮机将水能转化成机械能，发电机将机械能转化成电能水轮机对于电站而言，是重中之重。它配合发电机组实现了，机械能转化为电能这一核心任务。因此，使水轮机最优化，对提高电站的效率至关重要。它的性能优劣,结构完善与否,直接涉及到水电事业发展的程度。进行水轮机的结构设计，综合考虑水轮机性能、效率、成本等，对学生个人也是一种总结和学习的过程的。通过水轮机结构设计，使得自己对大学所学的专业知识进一步掌握并运用，将书本知识实用化，为自己以后继续学习专业知识或者就业，有很大的帮助。二 调节特点水轮机调节系统是一个自动调节的系统，它除具有一般控制系统的特性外，与其他原动机调节系统相比有以下特点：1.水能发电机组是把水能转化成电能的系统，而水能收到自然条件的限制。因为单位水体中带有的能量较小，要产生和其他原动机相同的功率，就需要通过较大的流量，因而对水轮机及其导水机构的要求也就相应提高。这就要求为调速器设置多级液压放大元件，然而放大元件的非线性和时间滞后就有可能导致水轮机调速系统调节品质恶化。2.水轮机调节系统的导水机构难以及时的响应负荷的变化，以使动力矩适合外界的变化，有一定的延时时间，因而易产生过调节，不易稳定。3.水电站由于受到自然条件的限制，通常要设置较长的压力引水管道。管道越长，水流惯性就越大，而导水机构开关时会在压力过水管内引起水击，而水击与导水机构的调节作用相反，因而影响调节系统的稳定，而且严重恶化调节系统的动态品质。4.有些水轮机还具有双重调节机构，从而增加调速器的复杂性。5.随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速器具有越来越多的自动操作和控制功能。这就使水轮机调速器成为水电厂中一个十分重要的综合自动装置。总而言之，水轮机调速系统相对来说不易稳定，而且结构比较复杂，要求具有较强的调节控制功能。三 水电机组PID型调速器的发展及现状水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称，它是水轮机控制系统的主体，它可分为机械液压调速器、电气液压调速器和数字式电液调速器等几种，数字式电液调速器又常称为微机调速器。最早的水轮机调速器都是机械液压调速器，它是随着水电建设发展而在20世纪初发展起来的。它能满足带独立负荷和中小型电网中运行的水轮机发电机组调节的需要，有较好的静态特性和动态品质，可靠性较高。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，机械液压调速器固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陷。现在，新建的大型水轮发电机组已经不采用机械液压调速器，只有中小型机组特别是小型机组仍有相当一部分采用机械液压调速器。世界上第一台电气液压型调速器于1944年在瑞士问世。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，它又经历了电子管、磁放大器、晶体管、集成电路等几个发展阶段。调节规律由比例积分型(PI)发展到比例、积分、微分型(PID)。随着计算机技术的发展，又逐步结合经典、现代及智能等控制理沦。20世纪80年代末期，随着水轮机微机调速器的广泛采用，现在已很少生产电气液压调速器。第一台数字式调速器诞生在20世纪70年代初，到20世纪80年代初世界各国都开始研制微机调速器。瑞典ASEA公司80年代中叶推出的HPC610620调节器代表了当时国外微机调速器的发展水平，该调速器具有优良的性能和较高的可靠性。在国内华中科技大学和天津水电控制设备厂合作，率先研制成功了适应式变参数微机调速器，于1984年11月在湖南欧阳海水电站进行了试验并投入运行，其后又与有关单位合作，开发生产了双微机单调节微机调速器和双微机双调节微机调速器。进入90年代，在我国新建或更新改造的大、中型水电站中，已普遍采用微机调速器。目前，国际和国内的数字式电液调速器都是采用 PID和以PID为基础的适应式变参数调节规律。微机调速器调节规律由PID型发展到多种PID改进型，其发展经历了Z80单板机、单片机、STD总线、PLC、工业PC等微机系列的应用过程，而单板机、单片机型逐渐被淘汰，占据市场的主要是STD总线和PLC机型。20世纪80年代以来，我国数字式电液调速器的技术性能和功能都与水轮机调节技术的国际先进水平保持同步。在率先采用带功率开环增量环节的功率调节模式、水轮机调节系统的适应式变参数调节、伺服步迸马达电机转换器等方面，更具有我国特色并处于世界领先水平。国内主要的研究机构有华中科技大学、西安理工大学、重庆大学等高校科研团队和各地的大型水电控制设备企业的研究院所。其中华中科技大学的魏守平教授所带领的团队尤为突出，1995年华中科技大学等单位联合研制的高可靠智能微机调速器，在国内外首次实现了调速器参数自优化和机组智能开机等功能，目前正在研制基于现场总线的全数字式电液调速器。四 总结 水轮机调速器经历了机械液压调速器、电气液压调速器和数字式电液调速器三个发展阶段，基于现场总线的全数字式电液调速器是今后的发展方向。我国数字式电液调速器的技术性能和功能都与水轮机调节技术的国际先进水平保持同步，近年来研究探讨的重点是水轮机调速器的控制策略，目前，国际和国内的数字式电液调速器都是采用HD和以HD为基础的适应式变参数调节规律。新型智能调节规律的研究也在逐 步展开，但至今尚处在实验研究阶段。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告参考文献 1唐列. 基于模糊自适应PID控制策略的PCC水轮机调速器D.河海大学,2005. 2田炜. 基于MSP430单片机中小型水轮机微机调速器的设计与研制D.武汉大学,2005. 3周若. 水轮机微机调速器的开发和研究D.华中科技大学,2005. 4申敏. 水轮机调速器的智能控制策略研究D.重庆大学,2003. 5杜文武. 基于改进遗传算法的水轮机PID调速器参数优化设计D.河海大学,2004. 6曲全磊. 基于PLC的水轮机调速器的研究D.湖南大学,2009. 7薛长奎. 基于MATLAB的水轮机调节系统辨识与参数优化D.华中科技大学,2012. 8袁璞. 水轮机调节系统非线性建模及动力学分析D.西北农林科技大学,2014. 9李华,史可琴,范越,牛拴保. 电力系统稳定计算用水轮机调速器模型结构分析J. 电网技术,2007 10王兰芳. 基于DSP的水轮机调速系统仿真测试仪设计与实现D.华中科技大学,2007. 11刘明华基于PCC的高速开关阀控制的水轮机调速器的研制D西安：西安理工大学，2005 12周若水轮机微机调速器的开发和研究D武汉：华中科技大学，2005 13赵彬彬全数字式电液调速器的研究与设计D武汉： 华中科技大学，2004 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1.水电机组调速系统模型研究水轮机调速系统主要由压力引水系统、调速器电气部分、液压随动系统、水轮机、发电机、电网组成。如图1所示。图1 水轮机调速系统 它是一个集水、机、电为一体的综合控制系统。1) 调速器电气部分：主要实现系统的控制规律和控制算法，针对不同的过程有不同的控制策略。主要体现在不同的控制规律和不同的控制参数上，控制参数主要包含比例系数(Kp)、积分系数(Ki)、微分系数(Kd)、永态转差系数(bp)。2) 液压随动系统：实现电气信号向机械液压信号的转变和放大。主要包括电气液压信号转换装置、液压放大、(导叶操作)机械手臂和位置反馈等。3) 水轮机：将水能转换为机械能。4) 发电机：将机械能转换为电能。5) 电网：主要是提供其他用电部门需要的能量。 2.控制规律与控制品质的关系研究 水轮机调节系统是一个闭环自动控制系统,除具有闭环系统固有的特征外,还具有以下控制规律: 1)存在水流惯性时间常数Tw,即有引水系统水锤效应,使系统成为一个非最小相位系统; 2)存在机组惯性时间常数Ta,使调节系统有一个Ta=(212)秒的惯性环节; 3)机组型式的多样性(混流式、轴流式、贯流式)导致的特性差异,水轮机功率对于水头及导叶开度的非线性特性,机组空载、并入大网和孤立等运行工况的不同性能要求,使其成为一个复杂的非线性系统。机组不同运行工况对水轮机调速器的主要要求可归纳如下：  1）调速器的调节规律应具有以永态转差系数bp为特征的满足转速死区ix要求的静态特性。  2）被控机组在空载运行工况下应能在运行水头范围内，调节机组的转速使其摆动值小于标准规定的要求，有利于机组快速地并入电网。  3）被控机组在并入大电网运行时，由于现代电力系统的总容量很大且负荷容量和性质变化复杂，即使是被控机组容量很大的调速器，不可能也不必要辨识出电力系统的负荷特性。这种情况下的主要要求是：调速器接收水电站自动发电控制系统(AGC)指令，快速而单调地使被控机组有功功率等于给定值；当被控机组承担调频任务时，按水电站自动发电控制系统(AGC) 调频指令，调节被控机组的有功功率，与其它调频机组一起维持电网频率在正常范围内；在机组断路器分闸时，调速器能够快速可靠地控制机组至空载运行工况。至于牵涉到电力系统振荡和稳定、电力系统潮流控制等问题，则应由电力系统调度系统(AGC)、水电站和变电站继电保护系统和水电站计算机监控系统(AGC)来进行控制。换言之，调速器控制的机组可近似看成是并入一个无穷大容量的电网，在大多数情况下，调速器主要是工作于机组功率（导叶开度）控制器的模式。  4）被控机组与并入的大电网解列、在孤立小电网运行，对于大多数机组而言是一种事故和暂时的工况。此时对调速器的主要要求是，根据电网频率偏差调节被控机组的有功功率，使电网频率保持在允许范围内；在负荷变化时，使电网频率的恢复过程能有良好的动态性能。值得指出的是：国际和国内的有关标准对于这种小网运行工况的技术性能，都没有具体的规定。这是由于这种工况的影响因素多而复杂，例如：被控机组功率占小网总容量的比例、负荷性质、最大负荷突变值占小电网总容量的比例等。 3设计思路流程图 开始 结 束 完成系统仿真设计和调试规划设计系统仿真方案 熟悉PID控制器的结构，以及优化控制的基本原理利用MATLAB仿真平台对水电机组PID型调速器进行设计研究。熟悉编程软件、仿真软件的使用。 规划设计系统仿真方案收集资料，了解系统要求、课题发展状况。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：年月日 指导教师： （手写签名）所在专业审查意见： 负责人： （手写签名）年月日