Создание математической модели и алгоритма адаптивного управления гидроагрегата. Создание макета адаптивной системы управления гидроагрегата и проведение испытаний (Научное обоснование критериев оптимальности, принципов и методов, на базе которых Заявитель предлагает выполнять работу), страница 3

В результате при циклической смене режимов работы гидроагрегата неизбежно появляются и накапливаются усталостные повреждения в шпильках крепления крышки турбины, в вале турбины и в других деталях. Это приводит к увеличению вероятности вывода гидроагрегата из эксплуатации до окончания межремонтного периода работы из-за появления усталостных повреждений.

Рис. 4. Изменение биения вала турбины гидроагрегата № 8 в вертикальной (линия 1) и в горизонтальной (линия 2) плоскостях и угла разворота лопастей РК (линия 3) при переходе гидроагрегата в режим генератора.

Полученные результаты объясняются тем, что передаточная функция и комбинаторная зависимость, используемые в штатных системах управления для формирования управляющих воздействий, приближенно описывают процессы, происходящие в турбине. Эта модель не учитывает нелинейные эффекты и индивидуальные особенности каждого гидроагрегата, которые оказывают существенное влияние на результаты управления.

2.3. Анализ натурных энергетических испытаний гидроагрегатов

Натурные энергетические испытания гидроагрегатов были выполнены Филиалом ОАО «Инженерный центр ЕЭС»-«Фирма ОРГРЕС» для:

-  сравнения рабочих характеристик турбин с заводскими данными;

-  индивидуальной коррекции комбинаторных зависимостей турбин при действующем на момент испытаний напоре.

Индивидуальную коррекцию комбинаторных зависимостей турбин и оценку эффективности штатных систем управления частотой и активной мощностью выполняли в соответствии с ГОСТ 28842-90 «Турбины гидравлические. Методы натурных испытаний» с помощью относительного (индексного) метода определения к.п.д. агрегата.

Для этого ручным изменением открытия НА при разных, но фиксированных, значениях угла разворота лопастей РК были созданы пропеллерные режимы работы гидроагрегата во всем диапазоне нагрузок на генератор. В каждом режиме измерялись: активная мощность, открытие НА, угол разворота лопастей РК и перепад давления в расходомерном створе спиральной камеры турбины.

В расходомерном створе спиральной камеры происходит турбулентное течение воды. При этом турбулентные пульсации давления могут достигать 30%  от своего математического ожидания. Поэтому при обработке результатов натурных энергетических испытаний используют математическое ожидание перепада давления.

Индексный метод определения относительного к.п.д. гидроагрегата. Метод основан на использовании зависимости расхода воды от перепада давления между двумя точками спиральной камеры (в дальнейшем: перепада давления):

,                                                                                                                

где:  - расход воды через турбину, м³/c;  - постоянный неизвестный параметр;         - математическое ожидание перепада давления, мм вод. столба;  - неизвестный показатель степени (для бетонных водоводов ГЭС ).

К.п.д. гидроагрегата

,                                                                                   (1)

где:  - активная мощность генератора, МВт;  - полный напор воды, м.        

Формула (1) содержит неизвестные параметры  и , поэтому для оценки эффективности системы управления активной мощностью гидроагрегата используют относительное (индексное) значение  к.п.д. агрегата:

,                                                                                            (2)

где:  - статический напор;

.

Линия, огибающая пропеллерные характеристики, соответствует (для фиксированного статического напора ) максимальным значениям индексного к.п.д. в установившихся режимах работы гидроагрегата в расчетных  точках рабочего диапазона нагрузок на генератор. По точкам касания огибающей с пропеллерными характеристиками получают индивидуальные комбинаторные зависимости гидроагрегатов (оптимальные значения открытий направляющего аппарата и углов разворота лопастей РК каждой турбины при напоре ).

Для более наглядного анализа эффективности системы управления вычисляют оценки расхода воды и к.п.д. натурной турбины. При этом оценку расхода воды через турбину определяют по приближенной формуле: