冲击式水轮机智能控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水电站水轮机组控制领域，尤其涉及一种冲击式水轮机智能控制系统。
【背景技术】
[0002]冲击式水轮机主要适用于高水头小流量的水电站，这样的机组引水管道很长，水流惯性时间常数较大，容易引起机组甩负荷时转速和水压过高，造成调节品质差。为避免这些不利因数，冲击式水轮机除了有正常调节流量的喷针外，还设有快速切断水流量的折向器机构，以便相应地减少水轮机动力矩和转速上升值。正常调节流量的喷针也可以缓慢调节喷针开度，防止管道中水压上升过高。
[0003]近十年来高水头资源在国内得到很大发展，对于多喷针多折向器冲击式水轮机调速器来说，由于控制喷针的接力器较多，使得调速机构相应变得十分庞大和复杂，不便于生产、安装和维护，控制精度也难以提高。随着现代控制理论技术、先进的可编程控制技术和现代液压控制技术的不断发展，水电站期待着一种人性化程度高、系统结构简单、可靠性高且性能指标优良的适用于多喷针多折向器冲击式机组的调速器。
[0004]目前应用于水电站的水轮机调速器大都能可靠运行，满足电站现有需求，但针对未来数字化水电站的建设，还存在以下不足:
(I)喷针控制采用电液伺服阀或比例伺服阀，对油质要求高，油质不满足要求容易发卡，造成喷针控制失灵。
[0005](2)机械液压系统采用平面布置，体积庞大，不便于生产、安装和维护。
[0006](3)设备投资多。
[0007](4)可靠性、利用率和可维修性有待提高。
【发明内容】
[0008]本发明针对现有水轮机控制技术易造成喷针控制失灵，且喷针控制装置体积庞大，不便于生产、安装和维护的问题，提供一种冲击式水轮机智能控制系统，本系统结构简单，可靠性高，集成度高，易调整，易操作，方便检修维护。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种冲击式水轮机智能控制系统，包括调速器PLC、叠加式液压伺服装置，叠加式液压伺服装置包括与各个喷针对应连接的各喷针控制单元、与各个折向器对应连接的各折向器控制单元，各喷针控制单元及各折向器控制单元分别与调速器PLC连接，其中喷针控制单元包括功率放大器、喷针电液转换器、喷针开关阀、喷针接力器、喷针接力器反馈机构，调速器PLC的输出端与功率放大器一连接，功率放大器一的另一端与喷针开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀连接，喷针开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀通过喷针电液转换器对喷针接力器的开腔和关腔进行控制，喷针接力器反馈机构与调速器PLC连接；折向器控制单元包括功率放大器二、折向器电液转换器、折向器开关阀、折向器接力器、折向器接力器反馈机构，调速器PLC的输出端与功率放大器二连接，功率放大器二的另一端与折向器开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀连接，折向器开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀通过折向器电液转换器对折向器接力器的开腔和关腔进行控制，折向器接力器反馈机构与调速器PLC连接。
[0010]按上述技术方案，所述调速器PLC包括CPU模块、A/D转换模块、通讯模块、信号调理模块、高速计数输入模块、电源模块、操作终端、PLC输入模块，其中信号调理模块与高速计数输入模块连接，A/D转换模块、通讯模块、高速计数输入模块、电源模块、操作终端分别与CPU模块连接，喷针接力器反馈机构、折向器接力器反馈机构分别与调速器PLC的A/D转换模块连接；信号调理模块用于对冲击式水轮机频率及电网频率进行整形滤波，高速计数输入模块用于对冲击式水轮机频率和电网频率及齿盘个数的脉冲计数；通讯模块用于调速器PLC与远程计算机或远程维护模块连接；A/D转换模块用于接收功率给定、水头、接力器反馈采样值、机组有功；PLC输入模块用于接收外部输入的调相、一次调频、负荷增减命令；操作终端用于对水轮机的状态进行监视(如开度、位置、运行状态、故障)，CPU模块用于接收高速计数输入模块、A/D转换模块的数据，接收操作终端的命令，通过通讯模块与外界通信，进行PID计算和逻辑判断并对喷针开关阀、折向器开关阀发出控制命令。
[0011]按上述技术方案，所述调速器PLC还包括开关量输入模块、开关量输出模块，开关量输入模块、开关量输出模块分别与CPU模块连接，开关量输入模块用于接收开机、停机、并网、功给增及功减命令，开关量输出模块用于向喷针开关阀、折向器开关阀发出控制命令。
[0012]按上述技术方案，所述CPU模块对每个喷针均输出两路PWM信号，分别控制喷针开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀。
[0013]按上述技术方案，所述调速器PLC还包括串口测频模块，串口测频模块通过通讯模块与CPU模块连接，用于当CPU模块判定高速计数输入模块故障时，向CPU模块提供水轮机频率脉冲计数，测频模块包括控制芯片，控制芯片外围连接测速信号的整形、滤波和光电隔离电路。
[0014]按上述技术方案，所述喷针开关阀具体为喷针电磁滑阀。
[0015]本发明产生的有益效果是:
(I)调速器采用可编程控制器(PLC )，对各个状态实时跟踪。
[0016](2)喷针控制单元和折向器控制单元借用标准液压件，实现了标准化设计，便于批量生产，有利于提高产品质量，减少库存，也便于检修维护。
[0017](3)采用叠加式结构设计，可以方便地由各控制单元组合成多喷针多折向器控制的冲击式调速器控制系统。
[0018](4)这种调速器PLC、叠加式液压伺服装置高度集成，节约布置空间，与油压装置的组合方便，也便于电站的现场布置。
[0019](5)采用数字阀作为电液转换机构(喷针电液转换器、折向器电液转换器)，油耗低，抗油污能力强，既能自动控制，也方便于手动操作。
[0020](6)可选择单喷针或双喷针开机，用于开机的喷针也可以人为选择设定。并网工况可以实现按喷针开度或机组功率投切相应的喷针，也可通过操作终端手动切除或投入相应的喷针。
[0021](7)折向器和喷针采用电气协联:折向器的开度按照协联曲线随动于喷针开度，并不总是处于全开状态，便于大波动状态下折向器开关时节约用油，同时也可减少折向器关闭的时间，有利于机组的安全运行。
[0022](8)对于接力器的控制，采用PWM模糊控制策略，可将喷针全行程开、关机时间控制在最快关机时间(调节保证计算得出时间)至70S之间，有利于机组的稳定运行。
[0023](9)具有频率调节、开度调节和功率调节，也具有机手动、自动和电手动工作方式。
[0024](10)控制系统的容错控制:除了具有调速器通常的频率容错、PLC容错、功率反馈故障容错外，还具有冲击式水轮机调速器特有的容错:A、如果调速器设定1、3#喷针开机，当开机时判断1#或3#喷针反馈故障，则调速器自动选择2、4#喷针开机，1,3#喷针按规定的时间关闭后退出运行；反之，也是如此。B、甩负荷时，若有喷针反馈故障，则相应的喷针和其对称的喷针按规定的时间关闭后退出运行，保证机组的稳定运行。
【附图说明】
[0025]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是本发明实施例冲击式水轮机智能控制系统中调速器PLC的结构示意图；
图2是本发明实施例中单喷针开机流程框图；
图3是本发明实施例中双喷针开机流程框图；
图4是本发明实施例冲击式水轮机智能控制系统中测频流程框图；
图5是本发明实施例冲击式水轮机结构示意图；
图6是本发明实施例冲击式水轮机智能控制系统的工作过程示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体