水电机组调速智能控制技术发展与应用
摘要：随着工业计算机的加入，我国水电机组的调速控制技术有了快速的发展。微机型调速器就是在这样的大背景下应运而生。本文基于作者多年的学习工作经验，简单概述了水电机组的特点以及调速控制技术的发展，并在此基础之上重点论述了调速控制技术在水电机组中的应用，最后分析了当前该技术存在的问题以及发展应用。本文的研究成果将对我国水电机组调速控制技术的发展具有一定的贡献意义。
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关键词：水电机组 调速器 控制技术 发展 应用
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00
1水电厂水电机组特点
水电机组是水电站主要的设备之一，其运行有自身的特点，这关系到整个水电站的正常运行，概括水电机组的特点为以下几点：（1）水电机组形式多种多样，常见的有混流式、轴流式、贯流式等，同一型号的水电机组中转轮的型号也会有很大差异，这使得不同的水电机组功率会有很大的差异，并且呈现出明显的非线性。（2）开机、空载运行是电机启动中的重要环节，当水电机组进入到电中运行时会有多种多样的工作状况，不同的工况对调速器的要求不同，控制技术应用时需要解决此类问题。（3）水电机组的机械特性曲线具有正零点且有很小的相位特性，使得水电机组具有一个大时间常数的惯性环节。
2水电机组调速控制技术的发展
调速器是水电机组调速的主要设备，利用控制技术改变水电机组的转速是水电站设备正常稳定运行的关键，控制的快速、稳定、准确等性能关系到整个调速系统的效率以及安全。早期水电机组的调速主要依赖于调速原件，通过调速元件直接作用水电机组执行机构的线性式，从而实现水电机组的调速。发展到现在，开始利用电子管、晶体管、集成电路生产电气液压调速器，控制规律由原来的比例积分（PI）调节升级至比例积分微分（PID）调节。
目前我国的大部分的研究所、高校都在对微机调速控制技术进行更为深入的研究。相比传统的水电机组调速技术，微机调速有着较大的优越性，其控制的各种性能都有了很大的提高。
微机型调速控制技术是建立在多种技术的基础之上的，其中包括单片机技术、PLC控制技术等。
3水电机组调速控制技术的应用
以目前较为先进的智能控制技术为例简单谈谈调速控制技术的应用。微机调速器的出现为智能控制调速技术提供了硬件的基础，控制规律等方面相比以前也有一定的更新，从以下几个方面谈一下该项技术的具体应用。
3.1 PID调节规律
PID调节规律是自动控制领域经典的规律之一，其分为比例、积分、微分三个重要环节。每个环节都对系统的控制作用有相应的影响，PID调节自身具有结构简单、可靠性高、方便上手等优点，智能调速控制就是通过微机对PID系统当中的几个参数进行具体的设定，从而保证系统工作的稳定。但是水电机组自身的工作状态相当复杂，采用经典的PID调节很难达到理想的调速状态，因此，在水电机组的智能调速控制技术中，又对PID调节规律进行了丰富，丰富之后的调节效果有了明确的转变。
3.2 自适应和预测控制
控制系统能够识别控制对象的变化情况，通过实际值与期望值的比较，进而缩小与期望值的差距。这就是智能调速控制的自适应。水电机组的调速器系统控制的对象是转速，因此自适应就是系统识别转速的变化，然后与系统自身计算出的期望值去进行比较，继而进行调节。系统在计算期望转速时要考虑到较多的因素，计算值的精确程度还有待提高。
4水电机组调速控制的发展方向
经典的控制理论要求控制对象要有精确的数学模型，但是水电机组调速时复杂的工作情况以及调速系统的非线性和小相位特征，想要得到精确的数学模型几乎没有可能，因此未来水电机组调速控制技术的发展一定会朝着解决这一问题的方向发展。
4.1 模糊智能控制
模糊控制理论不需要被控对象的数学模型，而是根据专家的经验建立语言变量的控制规则。模糊智能控制尤其适合类似水电机组这样的非线性、时变、滞后等复杂系统。我国国内水电机组专家目前已经对模糊智能控制开始探究，并且也有了一定的研究成果。但是，系统控制时，模糊智能控制的精确度与实时性具有矛盾，并且水电机组这种调节范围较大的系统控制起来有一定难度。因此，目前模糊智能控制在水电机组调速控制中仍然不能应用，我国的相关专家仍然需要进一步的研究工作，如图1所示。
图1 模糊控制图
4.2 神经络智能控制
神经络控制是智能控制的另一个发展方向，神经络控制能够具有逼近任意非线性函数的能力、非常强的学习能力、容易产生局部最优解。但是其收敛性不强，不适合用于水电机组这种复杂工作状况的控制系统。
5 结语
目前，我国在控制领域方面已经取得了显著的成就，但是距离国际上的发达国家还有一定的距离。我相信通过相关专业人员的努力，并且积极引进吸收国际上的先进技术，我国的水电机组调速控制技术一定能得到长足的发展。
参考文献
[1]廖忠，刘清，沈祖诒.水电机组调速器控制技术发展与应用[J].中国农村水利水电，2004，11：114-116.
[2]曾仕琦.基于智能融合算法的水电机组辨识与控制策略研究[D].湖北工业大学，2013.
收稿日期：2015-08-03
作者简介：王清（1974―），男，湖南邵阳人，大学本科，电力系统自动化工程师，研究方向：电力系统自动化。