一种水轮发电机微增压自适应调节方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及水轮发电机领域，尤其涉及一种基于高海拔环境下的水轮发电机微增压自适应调节方法。

背景技术

随着用户对智慧机组的要求逐步提升，对发电机组运维技术水平要求越来越高，依据发电机组的内部机理、时刻掌握机组的运行状态成为了发电机组智能运维的一项重要技术支撑。

我国高水头水力资源丰富，大量的高海拔水电机组有待开发，高海拔带来的气压和空气密度降低给高水头水力资源的开发带来诸多问题。海拔高度提升引起的气压降低使电机线棒电晕起始电压大幅降低，为了避免电晕的产生须降低发电机的电压等级，提高电流等级，因此相同容量的发电机将会产生更大的损耗，给冷却带来困难，同时冷却空气的质量流量降低进一步增大了冷却的难度。

为了解决高海拔运行环境给水轮发电机带来的相关问题，确保发电机安全可靠运行，可采用高海拔水轮发电机微增压自适应调节系统，兼顾发电机组工况变化较多、传感器测量和数据传输实时性和准确性等影响，真正做到准确掌握机组的运行状态，消除高海拔环境对机组造成的影响。

发明内容

本发明是为高海拔水轮发电机提供微增压调节控制系统，提高高海拔水轮发电机运行环境压力，解决高海拔运行环境给发电机带来的相关问题，容易实现并且效果显著，有助于高海拔水轮发电机组的开发。本发明的技术方案如下：

第一方面，本申请提供的一种水轮发电机微增压自适应调节方法采用如下的技术方案：

S1、启动高海拔水轮发电机远程监控微增压自适应调节系统；

S2、通过传感器接口捕获发电机组在高海拔环境下运行时的气体压力、温度、流量等相关数据；

S3、将数据通过下位机PIC单片机电控单元串行通讯接口反馈至PLC主控台显示界面；

S4、通过微增压自适应调节系统计算增压压力和补充流量，对密闭外罩内的发电机组进行压力补偿和流量补偿；

S5、在PLC远程控制界面上动态实时监测补偿后发电机组运行时的气体压力、温度、流量等相关数据；

S6、对理论平原上相同容量发电机组运行与高海拔机组补偿后运行时的相关数据进行误差分析，计算随时间变化的动态修正系数；

S7、在PLC主控台上调节微增压自适应控制系统，引入动态修正系数，监测机组运行时的气体相关数据，观察与理论值之间的动态差异曲线；

S8、通过误差分析评估，将动态修正系数不断迭代，提高增压压力与高海拔的匹配特性，直至机组稳定运行时气体压力、温度、流量等相关数据误差值小于3%。

在上述水轮发电机远程监控微增压自适应调节方法中，所述S2中，发电机组在高海拔环境下运行时的气体压力和温度数值参照国际标准大气环境参数表，不同海拔下环境压力

式中：

在上述水轮发电机远程监控微增压自适应调节方法中，所述S4中，通过微增压自适应调节系统计算的增压压力数值，由于不同海拔下进气压力响应曲线的初态和终态不同，为了能更清晰的比较其响应特性的快慢，将增压压力无量纲化，瞬态响应过程中的无量纲增压压力

式中：

第二方面，本申请提供的一种水轮发电机微增压自适应调节系统，采用如下的技术方案：包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，该程序能够被处理器加载执行时实现所述的一种水轮发电机微增压自适应调节方法。

通过采用上述技术方案，通过程序的调取，采集水轮发电机组在高海拔环境下运行时每个时间节点的气体压力、温度、流量等运行数据并存储在存储器中，并将这些运行数据通过下位机PIC单片机电控单元串行通讯接口反馈至PLC主控台显示界面。基于这些运行数据信息调用处理器中的程序计算机组内部需要的增压压力和补充流量，反馈至微增压自适应调节系统对密闭外罩内的发电机组进行压力补偿和流量补偿，将机组补偿后的每个时间节点的气体压力、温度、流量等运行数据存储在存储器中，并将补偿后的运行数据反馈至PLC远程控制界面。调用处理器中的程序对高海拔机组补偿后的运行数据信息和平原上相同容量发电机组的理论运行数据进行误差分析，计算随时间变化的动态修正系数，反馈至微增压自适应调节系统，调用处理器中的程序，通过误差分析评估，将动态修正系数不断迭代，直至机组稳定运行时气体压力、温度、流量等运行数据的误差值低于处理器中的预设值后，将补偿后的运行数据与理论运行数据之间的动态差异曲线存储至存储器中并通过处理器中的输出程序反馈至远程监控平台显示主界面。

第三方面，本申请提供的一种水轮发电机微增压自适应调节存储介质，采用如下的技术方案：所述存储介质存储有能够被处理器加载执行时实现所述的一种水轮发电机微增压自适应调节方法的程序。通过采用上述技术方案，通过程序的调取，存储器中的存储介质可以采集水电机组在高海拔环境下运行时每个时间节点的气体压力、温度、流量等运行数据并将这些运行数据存储在存储器中，处理器中的程序可以调用存储介质中的运行数据信息反馈至微增压自适应调节系统，对机组内部的压力和流量进行补偿，存储介质可以采集机组补偿后的每个时间节点的气体压力、温度、流量等运行数据并将这些运行数据存储在存储器中，处理器中的程序可以调用机组补偿后的运行数据信息并与平原上相同容量机组的理论运行数据进行误差分析评估，存储介质可以将这两组运行数据的动态差异曲线和动态修正系数的迭代程序存储在存储器中，并通过输出程序将机组的运行数据反馈至远程监控平台显示主界面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

受高海拔运行环境的影响和相关技术的限制，现有高海拔发电机设计要考虑高海拔带来的影响，设计方案受到一定限制，例如，为了避免电晕的产生须降低发电机的输出电压等级，提高输出电流等级，相同容量的发电机将会产生更大的损耗，给冷却带来困难，同时冷却空气密度降低致使质量流量降低，进一步增大了冷却的难度，在全空冷方式无法实现时，还需要改为内冷方式，可靠性降低，维护成本增加。采用本发明后，高海拔水轮发电机设计时可按照平原地区发电机进行设计，电压等级不需要降低，采用成熟的防电晕措施和全空气冷却方式进行冷却，保证绝缘寿命和各发热部件温度满足标准要求，其他高海拔相关问题不逐一举例。实际工程中高海拔水轮发电机采用微增压自适应调节系统，通过增压监控系统进行发电机运行环境压力的实时监测，并根据监测结果进行增压，维持发电机平原地区运行环境或更高气压运行环境，消除高海拔环境对水轮发电机设计运行的影响，对于推动高水头高海拔水力资源的大力开发具有显著效果。

微增压的增压比，一般为1.2或更低。微增压技术所采用的增压器和传统的增压器不同。首先它是无压气机的增压器，其增压作用来自于一些物理效应和巧妙的结构；而且其构造简单，无运转零部件。因此，使用简便、成本很低。

附图说明

图1是本发明方法的工作原理逻辑框图。

图2是本发明方法中微增压装置控制系统构成图。

具体实施方式

如图1所示，本实施方式提供了一种基于高海拔环境下的水轮发电机组微增压自适应调节方法，所述方法是通过如下步骤实现的：

S1、启动高海拔水轮发电机远程监控微增压自适应调节系统；

S2、通过传感器接口捕获发电机组在高海拔环境下运行时的气体压力、温度、流量等相关数据；

S3、将数据通过下位机PIC单片机电控单元串行通讯接口反馈至PLC主控台显示界面；

S4、通过微增压自适应调节系统计算增压压力和补充流量，对密闭外罩内的发电机组进行压力补偿和流量补偿；

S5、在PLC远程控制界面上动态实时监测补偿后发电机组运行时的气体压力、温度、流量等相关数据；

S6、对理论平原上相同容量发电机组运行与高海拔机组补偿后运行时的相关数据进行误差分析，计算随时间变化的动态修正系数；

S7、在PLC主控台上调节微增压自适应控制系统，引入动态修正系数，监测机组运行时的气体相关数据，观察与理论值之间的动态差异曲线；

S8、通过误差分析评估，将动态修正系数不断迭代，提高增压压力与高海拔的匹配特性，直至机组稳定运行时气体压力、温度、流量等相关数据误差值小于3%。

本实施方式，采用计算机自动判断和统计水轮发电机组在高海拔运行环境下密封罩内部的气体压力、温度、流量等相关参数，可以有效保证机组在高海拔恶劣工况下维持平原地区的健康稳定运行，引入动态修正系数。

如图2 所示，微增压控制系统由低压气机1、储气罐2、阀门组件系统3、微增压装置控制系统4、压力表计5组成。高海拔空气经过低压气机1进行加压得到微增压气体，微增压后的高海拔空气储存在储气罐2中，由压力表计5获取发电机压力后直接向微增压装置控制系统4输出模拟量，微增压装置控制系统4根据模拟量控制开关阀门组件系统3，通过阀门组件系统3调节控制储气罐2中的微增压气体从储气罐2中经阀门组件系统3注入到水轮发电机组内部，使发电机组内部的压力保持在平原水平，从而保证在高海拔环境下发电机相关参数满足标准要求。

本实施方式，可以保证微增压自适应调节系统的调节精度。引入无量纲增压压力，可以得到不同海拔不同容量机组从初始状态恢复到平原水平的响应时间，具有普适性。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当清楚：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；然而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案范围。