本發(fā)明屬于水電站排水控制，特別是涉及一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、排水系統(tǒng)是水電站重要的輔控系統(tǒng)，其主要功能是排除匯集到集水井的各類(lèi)滲水、檢修排水及生活用水。當(dāng)集水井水位達(dá)設(shè)定閾值，啟動(dòng)排水泵將集水井中的水抽出，排至電站下游尾水；目前，常見(jiàn)的排水控制系統(tǒng)由plc控制器、水位傳感器、浮子開(kāi)關(guān)、軟啟動(dòng)器、潤(rùn)滑水系統(tǒng)、三相排水泵等組成。通過(guò)人為設(shè)置啟泵水位和停泵水位，plc和浮子開(kāi)關(guān)控制電機(jī)啟停，當(dāng)電站漏水量較大時(shí)，排水泵存在頻繁啟停的情況，極易導(dǎo)致潤(rùn)滑水系統(tǒng)、軟啟動(dòng)器和排水泵本體發(fā)生故障，造成運(yùn)行維護(hù)困難。并且，若不及時(shí)進(jìn)行修理，會(huì)發(fā)生水淹廠房惡性事件，導(dǎo)致機(jī)組非正常停機(jī)，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定造成威脅，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失；因此，需要設(shè)計(jì)一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中水電站排水控制邏輯粗放，導(dǎo)致設(shè)備啟停頻繁，無(wú)法應(yīng)對(duì)大量漏水的情況，極易造成設(shè)備損壞的問(wèn)題，具有可通過(guò)pid算法精準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制排水泵抽水速率，達(dá)到集水井水位動(dòng)態(tài)平衡，減少水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟：

4、s1，對(duì)排水泵進(jìn)行試驗(yàn)，構(gòu)建基于排水泵功率和排水速率的特征曲線；

5、s2，計(jì)算集水井水位增長(zhǎng)速率；

6、s3，判斷當(dāng)前是否已啟泵，若未啟泵則基于水位增長(zhǎng)速率初始化啟泵；若已啟泵則進(jìn)入s4；

7、s4，基于水位增長(zhǎng)速率和pid算法計(jì)算排水泵給定功率；

8、s5，調(diào)節(jié)排水泵功率并進(jìn)入s2執(zhí)行循環(huán)。

9、優(yōu)選地，步驟s1中，構(gòu)建基于排水泵功率和排水速率的特征曲線包括：

10、s11，構(gòu)建模擬試驗(yàn)環(huán)境，包括4-20ma電流變送器、動(dòng)力電源、排水泵、變頻器和小型集水槽；

11、s12，將容積為v1m3的小型集水槽注滿水；設(shè)定4-20ma電流變送器發(fā)送的電流值為i1，統(tǒng)計(jì)排水泵當(dāng)前功率為p1，小型集水槽抽空的時(shí)間為t1，計(jì)算排水速率r1=v1/t1；

12、s13，重復(fù)s12，設(shè)定不同的發(fā)送電流值為in，其分辨率為0.1ma，以此獲得排水泵功率和排水速率的特征集合，基于此集合和擬合函數(shù)構(gòu)建排水泵功率和排水速率的特征曲線。

13、優(yōu)選地，步驟s2中，計(jì)算集水井水位增長(zhǎng)速率包括：

14、s21，水電站排水系統(tǒng)控制器通過(guò)水位傳感器按照周期t采集水位模擬量數(shù)據(jù)h；

15、s22，計(jì)算當(dāng)前水位上升速率為lt=(ht-ht-t)/t；其中ht為當(dāng)前時(shí)刻采集的水位數(shù)據(jù)，ht-t為上一周期采集的水位數(shù)據(jù)，lt的單位為m/s；

16、s23，計(jì)算水位上升速率滑動(dòng)平均值l_smootht作為最終的水位上升速率；具體為控制器存儲(chǔ)當(dāng)前水位上升速率及前n-1(n≥1)個(gè)周期的水位上升速率，形成包含n個(gè)水位上升速率值的隊(duì)列，計(jì)算隊(duì)列平均值為滑動(dòng)平均值；n值越大越能避免水位傳感器偶發(fā)的采集值跳變導(dǎo)致計(jì)算的上升速率值跳變。

17、優(yōu)選地，步驟s3中包括：

18、s31，控制器通過(guò)采集排水泵的反饋信號(hào)判斷是否已經(jīng)啟泵，反饋信號(hào)值為1則說(shuō)明泵已啟動(dòng)，為0則說(shuō)明未啟泵；

19、s32，當(dāng)控制器判斷當(dāng)前已啟泵，則進(jìn)入流程s4；

20、s33，當(dāng)控制器判斷當(dāng)前未啟泵，則進(jìn)行啟泵流程，具體為：

21、控制器通過(guò)開(kāi)出量do模塊和時(shí)間繼電器投入潤(rùn)滑水系統(tǒng)為泵進(jìn)行潤(rùn)滑，當(dāng)時(shí)間繼電器失磁，即達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間繼電器延遲時(shí)間后，潤(rùn)滑水投入流程結(jié)束；

22、控制器通過(guò)模出量ao模塊向變頻器輸出功率給定值，該功率基于排水泵功率和排水速率的特征曲線給出，計(jì)算方法為：

23、當(dāng)前水位上升速率為l_smootht,計(jì)算水量增長(zhǎng)速率為rt=l_smootht×scol，其中scol為集水井底部橫截面積，基于水量增長(zhǎng)速率rt和排水泵功率和排水速率的特征曲線確定排水泵功率初始化給定值pinit，排水泵功率初始化給定值pinit為當(dāng)水量增長(zhǎng)速率rt和排水速率相等時(shí)特征曲線對(duì)應(yīng)的排水泵功率；

24、控制器通過(guò)開(kāi)出量do模塊和中間繼電器勵(lì)磁排水系統(tǒng)接觸器，排水泵啟動(dòng)。

25、優(yōu)選地，步驟s4中，基于水位增長(zhǎng)速率和pid算法計(jì)算排水泵給定功率包括：

26、s41，控制器基于當(dāng)前水位上升速率滑動(dòng)平均值l_smootht計(jì)算水量增長(zhǎng)速率為rt=l_smootht×scol，其中scol為集水井底部橫截面積；基于水量增長(zhǎng)速率rt和排水泵功率和排水速率的特征曲線確定排水泵當(dāng)前給定功率pgiven,其為排水泵功率和排水速率的特征曲線中當(dāng)排水速率值等于水量增長(zhǎng)速率rt對(duì)應(yīng)的排水泵功率；

27、s42，將排水泵當(dāng)前給定功率pgiven輸入pid模型，計(jì)算出調(diào)節(jié)功率ppid：

28、首先由排水泵當(dāng)前給定功率pgiven和排水泵反饋的功率preal計(jì)算出待調(diào)節(jié)功率δp，公式為δp=pgiven-preal；為避免排水泵頻繁調(diào)節(jié)功率，設(shè)置功率死區(qū)值pdb，計(jì)算有效待調(diào)節(jié)功率δpm，其公式為：

29、；

30、由效待調(diào)節(jié)功率δpm計(jì)算出調(diào)節(jié)功率ppid，其公式為：

31、；

32、式中、、分別為比例、積分、微分調(diào)節(jié)的系數(shù)。

33、優(yōu)選地，步驟s5中，調(diào)節(jié)排水泵功率并進(jìn)入s2執(zhí)行循環(huán)包括：

34、s51，控制器基于調(diào)節(jié)功率ppid控制ao模塊至變頻器的輸出電流i；i=ppid/(pmax-pmin)×20+4；其中pmax為變頻器功率上限值，pmax為變頻器功率下限值，i的單位為ma；

35、s52，變頻器控制排水泵電流值，調(diào)節(jié)排水泵功率為調(diào)節(jié)功率ppid值；

36、s53，進(jìn)入步驟s2，修正s2中水位上升速率的計(jì)算公式為lt=(ht-ht-t)/t+lt-t；lt-t為前一周期的水位上升速率。

37、本發(fā)明的有益效果如下：

38、本發(fā)明能減少排水泵頻繁啟停導(dǎo)致設(shè)備容易損壞的問(wèn)題，利用該方法排水泵可長(zhǎng)期投入運(yùn)行，通過(guò)pid算法精準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制排水泵抽水速率，達(dá)到集水井水位動(dòng)態(tài)平衡，減少水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，其特征在于，步驟s1中，構(gòu)建基于排水泵功率和排水速率的特征曲線包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，其特征在于，步驟s2中，計(jì)算集水井水位增長(zhǎng)速率包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，其特征在于，步驟s3中包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，其特征在于，步驟s4中，基于水位增長(zhǎng)速率和pid算法計(jì)算排水泵給定功率包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pid算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，其特征在于，步驟s5中，調(diào)節(jié)排水泵功率并進(jìn)入s2執(zhí)行循環(huán)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PID算法的水電站排水系統(tǒng)控制方法，包括對(duì)排水泵進(jìn)行試驗(yàn)，構(gòu)建基于排水泵功率和排水速率的特征曲線；計(jì)算集水井水位增長(zhǎng)速率；判斷當(dāng)前是否已啟泵，若未啟泵則基于水位增長(zhǎng)速率初始化啟泵；基于水位增長(zhǎng)速率和PID算法計(jì)算排水泵給定功率；調(diào)節(jié)排水泵功率并執(zhí)行循環(huán)；該方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中水電站排水控制邏輯粗放，導(dǎo)致設(shè)備啟停頻繁，無(wú)法應(yīng)對(duì)大量漏水的情況，極易造成設(shè)備損壞的問(wèn)題，具有可通過(guò)PID算法精準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制排水泵抽水速率，達(dá)到集水井水位動(dòng)態(tài)平衡，減少水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張文韜,毛茜,徐長(zhǎng)明,郭穗,劉暢,鄒毅,黃家志,王本紅,艾遠(yuǎn)高,張鵬,郝輝,翟玉杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9