1. Konfiguration und Merkmale des Dual-Mikrocomputer-Drehzahlreglersystems: Als eines der beiden grundlegenden Regelsysteme von Wasserkraftgeneratoren spielt das Drehzahlreglersystem eine entscheidende Rolle in Wasserkraftwerken, nicht nur bei der Frequenzregelung, sondern auch beim Schutz der Anlagen. Mikrocomputer-Drehzahlregler mit ihren flexiblen und leistungsstarken Datenverarbeitungsfunktionen werden zunehmend zum Schutz von Generatoren, insbesondere von Wasserturbinen, eingesetzt. Als grundlegendes Regelsystem stellen Wasserkraftwerke hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Anpassungsfähigkeit, Drehzahl, Stabilität, Wartungsfreundlichkeit, Grenzregelungsstabilität und umfassende Schutzfunktionen des Reglers. Das Dual-Mikrocomputer-Drehzahlreglersystem löst diese Probleme effektiv. Die elektrische Steuerung des Mikrocomputer-Drehzahlreglers HGS-220 ist ein Dual-Mikrocomputer-Zweikanal-Steuerungssystem. Das System verwendet ein hierarchisches Computersteuerungssystem, dessen untere Ebene aus zwei unabhängigen, vollständigen industriellen Steuerungssystemen besteht (siehe Abbildung oben). Der untergeordnete Rechner ist in einem standardmäßigen industriellen Wandgehäuse (IPC6806S) von Advantech (Taiwan) installiert. Das Steuerungssystem nutzt das halblange industrielle Motherboard PCA6740 von Advantech auf Basis der ISA/PCI-Bus-Technologie. Es verfügt über einen 2-MB-Flash-Speicher und ein externes 8-MB-Industriespeichermodul mit 72 Pins. Die Kommunikation erfolgt über eine standardmäßige RS232C-Schnittstelle. Der Host-Rechner ist ein industrieller Touchscreen-LCD-Computer vom Typ PPC-105T. Er dient als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und wird hauptsächlich für Systemmanagement, Debugging, Simulationsaufzeichnung und die Verwaltung externer Kommunikationsschnittstellen eingesetzt. Die Software basiert auf einer in Borland C++ entwickelten Anwendung. Sie zeichnet sich durch ein modulares Design, eine durchdachte und fundierte Struktur sowie ein separates Signalabfragefenster aus, was Debugging und Wartung erleichtert. Das System verwendet ein digitales Vierkanal-Frequenzmessverfahren mit zwei Modulen, die sich gegenseitig absichern. Analoge Eingänge nutzen das professionelle Signalisolations- und -aufbereitungsmodul ADAM3014. 2. Duales Mikrocomputer-Warmhaltesystem: Das gesamte Steuerungssystem nutzt ein unabhängiges Dual-Mikrocomputer-Regelsystem mit einem Zweikanal-Warmhaltesystem, d. h. einem parallelen Zweikanalbetrieb. Ein System arbeitet unabhängig als Host und steuert dessen Ausgang in die Systemsteuerung ein, während das andere System im Warmhaltesystem arbeitet, dessen Ausgang jedoch nicht in den nachgelagerten Regelkreis einfließt. Im Vergleich zum Kalthaltesystem löst das Warmhaltesystem grundlegend eine Reihe von Problemen, die beim Umschalten und der Entscheidungsfindung im Primär-/Standby-Betrieb auftreten, und führt so zu einer höheren Systemzuverlässigkeit. Dieses System behebt auch die technischen Herausforderungen des Warmhaltesystems hinsichtlich Signalerfassung, -verarbeitung, -ausgabe und -unterscheidung: das Konsistenzproblem der Zweikanalausgabe. Dies ermöglicht ein nahtloses Umschalten zwischen den beiden Generatoren. 3. Koordinationsregelung und Vorsteuerungssensorregelung: Die Koordination zwischen den Leitschaufeln und Schaufeln der Turbine ist der größte Betriebsvorteil großer Axialpropellerturbinen. Die Genauigkeit und Stabilität ihrer Koordination beeinflussen direkt die Wirtschaftlichkeit des Kraftwerksbetriebs. Der größte Vorteil der digitalen Koordination ist ihre präzise Nachführung. Die digitale Anpassungsfunktion stellt sicher, dass die Kennlinie keine einfache, isolierte Kurve mehr ist. Diese vollautomatische Koordination innerhalb des IPC-Reglers nutzt eine Modellmaschinenkennlinie in Kombination mit Interpolation höherer Ordnung und hochpräziser Rückkopplung des Leistungstransmitters, um den optimalen Koordinationspunkt für die Einheit umfassend auszuwählen. Die Generatorreglerregelung erreicht typischerweise eine stabile Leistungserzeugungsregelung durch Öffnungsgradanpassung, während die Leistungserzeugung durch die generalisierte PID-Regelung der LCU erfolgt. Dieser Mikrocomputer-Drehzahlregler verwendet zudem einen präzisen Leistungstransmitter und eine LCU, um Leistungsrückkopplungssignale genau und synchron abzutasten. Er kann sowohl die reine Leistungserzeugungsregelung des lokalen Drehzahlreglers als auch die reine Leistungsregelung über die Kommunikation mit der LCU durchführen. Dies ist besonders vorteilhaft für große Generatoreinheiten oder Kraftwerke mit hohen Anforderungen an ihren Anteil am Stromnetz. Es überwindet die Engpässe bei der Drehzahlregelung und die Mängel wie Unter- und Überregelung, die derzeit in großen Kraftwerks-LCUs bei der AGC/AVC-Regelung auftreten und die grundlegenden Funktionen von AGC/AVC einschränken. Es realisiert vollständig die integrierte Netz-Leistungsverteilung. 4. Modulare Softwareprogrammierung für Regelung und Steuerung, kategorisierte interaktive Fenster, Regelungsqualität, Analyse- und Schutzfunktionen, Fehlerbehandlung und routinemäßige Wartung. Die modulare Regelsoftwareprogrammierung und die interaktive Kommunikation des Anwendungsprogramms machen die Anwendungssoftware hinsichtlich Funktionssteuerung, hierarchischer Verwaltung, Mensch-Maschine-Interaktion und Wartungsmanagement sehr benutzerfreundlich und umfassend. Zusätzlich ist eine Software zur Aufzeichnung von Zufallsdrehzahlreglertests enthalten, die die ordnungsgemäße Verwaltung von Inbetriebnahme- und Wartungsdateien erheblich erleichtert. Es gibt separate Fenster für E/A-Werte, analoge Werte, Hardware-Erkennung, Fehlermengen, dynamische interne Parameter und separate Fenster für Parameter-Debugging und -Einstellung. Wichtigste Merkmale: Dieser mikrocomputergesteuerte Drehzahlregler weicht von der herkömmlichen Open-Loop-Anlaufregelung ab und verwendet dieselbe Closed-Loop-Anlaufregelung wie GE-Drehzahlregler. Bei der herkömmlichen Open-Loop-Anlaufregelung startet der Generator schnell, wartet, bis die Generatorfrequenz auf 45 Hz ansteigt, um den Anlaufvorgang abzuschließen, und erst dann arbeitet der Regler im normalen PID-Regelbetrieb basierend auf der Nennfrequenz. Der Anlauf im geschlossenen Regelkreis ermöglicht dem Generator ein schnelles Verlassen des Niedrigdrehzahlbereichs. Der Anlaufvorgang beginnt, sobald die Generatordrehzahl 30 Hz erreicht hat. Basierend auf der Modellkennlinie und der vorgegebenen Betriebsfrequenz wird der PID-Regelkreis aktiviert. Dadurch kann sich der Generator stabil und schnell an die Nennfrequenz anpassen. Dies schützt die Turbine, optimiert den Anlauf des Kraftwerks, ermöglicht eine schnelle Netzanbindung und Stromerzeugung und verhindert Frequenzüberschwingen und -schwankungen während des Anlaufs. Selbstregulierende Leistungsregelung: Durch die Verwendung eines hochpräzisen Leistungssensors zur Echtzeit-Abtastung des tatsächlichen Leistungssignals am Ausgang des Stromerzeugungssystems und die anschließende automatische Regelung wird nicht nur eine präzise Leistungsregelung erreicht, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung des Kraftwerks maximiert. Das System bietet dem Wartungsingenieur verschiedene Regelmodi für spezifische Betriebszustände des Kraftwerks, darunter lokale Frequenz-, Öffnungsgrad- und Leistungsregelungsmodi. 5. Optimierung und Inbetriebnahme des Reglersystems Während der statischen Inbetriebnahme des Reglersystems müssen Signalanpassung und -abstimmung entsprechend den Eigenschaften des Dual-Mikrocomputer-Steuerungssystems feinjustiert werden, um einen stabilen Anlagenbetrieb bei gleichzeitig störungsfreiem Schalten zwischen den beiden Einheiten zu gewährleisten. Im Leerlaufbetrieb ermöglicht der benutzerfreundliche IPC-Drehzahlregler mit präziser Regelung einen stabilen Leerlauf und beschleunigt die Netzanbindung und Stromerzeugung. Ein effektiver Ausgleich reduziert Frequenzschwankungen, die durch hydraulische Unwucht und selbsterregte Schwingungen im Leerlauf verursacht werden. Durch die Berücksichtigung einer festen Netzanschlussfrequenz im Leerlaufbetrieb kann der Drehzahlregler eine konstante Abweichung von der Netzfrequenz mit festem Schlupfwinkel und geeigneter Frequenzdifferenz unter Leerlaufbedingungen aufrechterhalten. Dies ermöglicht eine schnellere Netzanbindung im Vergleich zu herkömmlichen digitalen Drehzahlreglern. Die optimalen Betriebsparameter werden durch Aufzeichnung und Anpassung der Leerlauf-Störungsprüfparameter ermittelt. Dynamische Tests und adaptive Anpassungen sind unerlässlich. Der Drehzahlregler der Anlage befindet sich am Inbetriebnahmestandort permanent im Generatorbetrieb. Neben der normalen Regelung und Steuerung muss der Drehzahlregler bei Ausfällen des Generatorsystems zusätzliche Schutzfunktionen bereitstellen, insbesondere da der Schutz der Wasserturbine eng mit dem Drehzahlregler verknüpft ist. Der Standort des Kraftwerks innerhalb eines anderen Stromnetzes und seine Rolle im Netz bestimmen ebenfalls, ob der Drehzahlregler umfassendere Schutzfunktionen benötigt. Mit der Trennung des Kraftwerks vom Netz steigen die Anforderungen an die Regelbetriebsarten und Zusatzfunktionen der Drehzahlregler für mittlere und große Anlagen. Die Frequenzregelung, die Öffnungsregelung und die Leistungsregelung des IPC-Drehzahlreglers werden automatisch aufeinander abgestimmt und können je nach Netzschwankungen automatisch umschalten. Überschreitet die Generatorfrequenz den normalen Erzeugungsbereich, passt der Regler die Anlagenfrequenz automatisch an, um die Systemausgangsfrequenz wieder dem Normalwert anzunähern, und kehrt nach der Normalisierung automatisch in den eingestellten Regelmodus zurück. Die Anforderungen der Stromnetze an die effektive Steuerung von Energieerzeugungseinheiten werden immer strenger, insbesondere bei größeren Anlagen. Diese Einheiten müssen nicht nur schnell Strom erzeugen, sondern auch zügig, stabil und zuverlässig auf plötzliche Änderungen der Stromerzeugungswerte im Netz reagieren. Dies testet nicht nur die AGC/AVC-Fähigkeiten des Kraftwerks, sondern auch die Regelgüte der beiden wichtigsten nachgeschalteten Steuerungs- und Regelungssysteme. Die Überwachungs- und Reglersysteme des Kraftwerks Linjintan verwenden ausländische Steuerungstechnikprodukte (Überwachungssystem und Regler stammen von GE). Das Kraftwerkssystem wurde mit vollständiger AGC/AVC-Funktionalität konzipiert. Bei der AGC-Anpassung nach der Inbetriebnahme traten jedoch sowohl Unter- als auch Überanpassungen auf, und verschiedene Lösungsansätze führten nicht zu einer zufriedenstellenden AGC-Funktionalität. Die Ursache lag in der Unfähigkeit des Reglers, den Sollwert der LCU effektiv im geschlossenen Regelkreis zu regeln. Die Regelung der Generatorleistung durch den Regler ist eine entscheidende Hilfsfunktion für die AGC im Kraftwerk. Die Vor-Ort-Leistungsregelung erfordert konsistente Systemabtastsignale. Die Pufferperiode der Regelungssteuerung muss mit der Förderleistung des Generatorsatzes, der Trägheit des Turbinenlaufrads sowie der Totzone und der Servo-Performance der PID-Regelung der Laststeuereinheit (LCU) abgestimmt sein. Die Stabilität der Umschaltung zwischen Öffnungsgradregelung und Leistungsregelung ist entscheidend dafür, ob das System Laständerungen effektiv bewältigen kann. Die Öffnungsgradregelung allein erfüllt grundsätzlich nicht die Anforderungen moderner Stromnetze an die automatische Regelung (AGC) und die automatische Spannungsregelung (AVC) von Kraftwerken, wodurch die Anpassung des Systems an einen breiten Leistungs- und Spannungsbereich erschwert wird. Ein Drehzahlregler mit reiner Leistungsregelung bietet dem Kraftwerksüberwachungssystem hingegen zahlreiche Möglichkeiten zur Realisierung der AGC/AVC-Regelung. Kurz gesagt: Leistungsstarke Mikrocomputer-Verarbeitung, Regelungs- und Steuerungsfunktionen sowie umfassende, wissenschaftliche und ausgereifte Lösungen für Generatorschutzfunktionen sind die Schlüsselfaktoren für die Entwicklung und Anwendung moderner, ausgereifter Mikrocomputer-Drehzahlregler. Mit der zunehmenden Humanisierung des Kraftwerksbetriebsmanagements und der vertieften Integration von Stromnetz-Kraftwerkssteuerung und -regelung werden sich mikrocomputergesteuerte Drehzahlregler zwangsläufig in Richtung Systematisierung und Integration weiterentwickeln.