前言：水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是集水、機、電于一體的綜合型的控制系統(tǒng)。根據(jù)電力系統(tǒng)負荷的變化不斷進行調(diào)節(jié)水輪機發(fā)電機組的有功功率輸出，并將其維持機組的轉(zhuǎn)速在一定的規(guī)定范圍內(nèi)是水輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本任務(wù)。

　　1.水輪機調(diào)速器發(fā)展及控制規(guī)律現(xiàn)狀

　　從早期的機械液壓型的水輪機調(diào)速器開始，至30年代水輪機調(diào)速器才發(fā)展的相當完善，但其控制規(guī)律均為H型。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，機組的成組調(diào)節(jié)與控制、按聯(lián)絡(luò)線輸送功率調(diào)節(jié)等方式相繼出現(xiàn)。但是，上述裝置都是電氣型的，所產(chǎn)生的信號不能被直接送入到機械液壓型調(diào)速器中。隨后在40年代出現(xiàn)了電氣液壓型調(diào)速器，其通過電液和接力器位移傳感器將機械和電氣部分聯(lián)成一體，一般為PID型控制規(guī)律或其改進型。由于電液調(diào)速器的功能是完全靠硬件來實現(xiàn)，所以改變和增加功能較困難。在80年代出現(xiàn)了微機型調(diào)速器，其已成為新建、待建或改建水電站水輪機調(diào)速器的首選。從微機硬件方面而言，現(xiàn)已投入使用了各種型式的微機調(diào)速器。

　　2.水輪機調(diào)速器控制技術(shù)的發(fā)展

　　2.1 PID控制

　　1922年美國的洛爾斯基首先提出了PID調(diào)速器。其憑借結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、易于操作、方便調(diào)節(jié)的特點，至今仍是在生產(chǎn)過程自動化中所使用的最多的一種調(diào)節(jié)器，也是目前使用最廣泛、技術(shù)最成熟的一種水電機組調(diào)速器。PID控制是利用偏差的比例、積分、微分線性組合進行控制的方式，工況確定后，若選擇了適當?shù)腜ID控制參數(shù)，可使水電機組得到較滿意的靜、動態(tài)性能。但是，即使整定了較滿意一組的PID控制參數(shù)，如果被控對象特性發(fā)生了變化，也會難以保持良好的控制性能。當過程的隨機、時滯、時變、非線性等、比較明顯時，采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器將會很難收到良好效果的控制，甚至有可能無法達到控制的基本要求。

　　為了使控制效果較理想，國內(nèi)外許多專家在經(jīng)典PID控制策略基礎(chǔ)上，進行了大量、廣泛、深入的研究，產(chǎn)生了許多基于PID的改進控制策略。葉魯卿等提出了變結(jié)構(gòu)變參數(shù)調(diào)速控制水輪機的思想;武漢長江控制設(shè)備研究所生產(chǎn)的GLT系列貫流式機組調(diào)速器，采用了變結(jié)構(gòu)變參數(shù)的PID控制，在不同工況下使機組穩(wěn)定運行;Louis和Bitz發(fā)展了以負荷水平進行調(diào)整PID參數(shù)的方法;蔣傳文等把混沌動力學(xué)加入到進化規(guī)劃的變異算子中，從而提出了一種混沌變異進化規(guī)劃方法，該方法能實現(xiàn)有效最優(yōu)整定PID參數(shù)，具有系統(tǒng)穩(wěn)定、響應(yīng)快、超調(diào)量小等特點。

　　2.2 自適應(yīng)控制

　　自適應(yīng)控制運用現(xiàn)代控制理論在線辨識對象的特征參數(shù)，實時改變控制策略，將控制系統(tǒng)品質(zhì)指標保持在最佳的范圍內(nèi)。由于自適應(yīng)控制的這種特性，對于水輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)這類時變系統(tǒng)針對性很強，因此得到了廣泛的關(guān)注。實踐證明，引入自適應(yīng)控制技術(shù)是改善系統(tǒng)控制性能的一條有效途徑。葉魯卿等提出了根據(jù)機組運行工況的特征參數(shù)插值，從而獲得PID控制參數(shù)的變參數(shù)PID控制思想，效果良好;當出現(xiàn)不可避免的高頻運動，以及不可測量的輸出擾動時，系統(tǒng)可能會失穩(wěn)，O.P.Malik針對自適應(yīng)控制的實際應(yīng)用，提出了一種基于極點配置的魯棒穩(wěn)定設(shè)計算法，從而改善了系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定和魯棒性。

　　2.3 智能控制

　　2.3.1 專家控制

　　在專家控制應(yīng)用方面，申新衛(wèi)等采用面向?qū)ο蟮膶哟问侥K化的故障診斷方法，提出了面向?qū)ο蟮乃姀S智能故障診斷系統(tǒng)，把水電機組的故障按其結(jié)構(gòu)、工作原理以及故障機理分析進行劃分，從而將整個對象的診斷問題劃分為不同規(guī)模、不同層次的子診斷對象，并逐塊逐層的深入診斷，從而提高水電機組故障診斷的準確性、可靠性。但是，由于目前專家控制存在著控制的實時性、機器學(xué)習(xí)問題，因而專家控制還不能直接實時控制水輪發(fā)電機組。

　　2.3.2 模糊控制

　　從水電機組的特點看，采用模糊控制思想是一種有效的解決方法。由于模糊控制不需了解對象的精確數(shù)學(xué)模型，對于處理非線性時變參數(shù)系統(tǒng)的控制問題可以收到良好的控制效果。李植鑫等在對水輪機調(diào)節(jié)對象模型特性作出分析的基礎(chǔ)上，針對采用Fuzzy控制規(guī)則和算法進行深入了研究，通過計算機仿真證明了模糊控制相比于其它經(jīng)典控制，控制系統(tǒng)具有較快的魯棒性和收斂性，雖然在Fuzzy控制的基礎(chǔ)上，引入了積分控制，但是仍難以克服掉穩(wěn)態(tài)偏差。結(jié)果表明，蔡維由等提出的Fuzzy—PID復(fù)合控制策略可以結(jié)合PID和模糊控制的優(yōu)點，能夠使水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲得更優(yōu)良的動態(tài)品質(zhì)。

　　2.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

　　在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制應(yīng)用上，陳啟卷等針對多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用遞推預(yù)報誤差算法，對水輪發(fā)電機組進行了非線性建模研究。實踐證明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以獲得較好的控制性能。目前，國內(nèi)部分水電控制專家已著手于開發(fā)既可有效處理模糊知識又可有效學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊集成技術(shù)。景雷等提出了一種智能模糊控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)充分利用水輪機調(diào)速器的現(xiàn)有硬件資源，在智能模糊實時控制的同時，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和模擬，解決了以往在控制學(xué)習(xí)時由于模型未知，不能求反向傳播誤差的問題，從而為智能控制提供了新的解決途徑。

　　2.3.4 遺傳算法

　　遺傳算法(GA)在水電機組控制領(lǐng)域中應(yīng)用也取得了一些成果。目前研究了把遺傳算法作為調(diào)節(jié)參數(shù)空間尋優(yōu)的方法，用于水輪機的優(yōu)化控制。通過模擬及數(shù)字仿真驗證表明，水電廠使用GA方法應(yīng)是可行的，且對電廠噪聲、電網(wǎng)事故等具有較強的抗干擾能力。同時也研究了基于GA的自適應(yīng)技術(shù)，結(jié)果表明，在各種頻率偏差條件下，該技術(shù)對水輪發(fā)電機組的識別方法，不論是在線、單機運行，還是對控制要求嚴格的電廠，都能有效的跟隨電廠參數(shù)的變化，從而對水輪發(fā)電機系統(tǒng)進行識別。從目前的研究現(xiàn)狀看，GA方法應(yīng)用于智能控制將會是今后在水電控制行業(yè)中的發(fā)展方向。

　　結(jié)束語：

　　目前，國內(nèi)絕大多數(shù)的水電站的水輪機調(diào)速器，已基本實現(xiàn)其微機化，但是大部分控制方法卻仍停留在常規(guī)的PID控制水平，所以在實時控制中當前應(yīng)解決如何引入先進的控制方法，從而充分利用其硬件資源。

　　參考文獻：

　　[1]李均，郭磊.水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制策略發(fā)展與應(yīng)用[J].江西水利科技，2008，34(3)：196-199.

　　[2]葉魯卿，魏守平，徐海波，等.水輪發(fā)電機組變結(jié)構(gòu)變參數(shù)控制[J].華中科技大學(xué)學(xué)報，1989,15(3)：91-98.