质调节

量调节在整个供暖期间，网路供水温度始终维持设计温度不变，随着室外温度的变化在热源处不断改变网路循环流量以适应热负荷变化的一种调节方法叫集中量调节。采用集中量调节，随着室外温度的升高，网路的流量迅速地减少，这样常会使供暖系统产生严重的竖向热量失调，

同时，在实际运行中，随着室外温度的变化不断地改变网路的流量，操作技术比较复杂，常需变速泵来实现流量调节。量调节的方法往往只作为集中调节的一种辅助方式，对局部供暖系统进行辅助性调节，是我国很少采用的一种调节方法。

正确选择供热系统的运行调节方式，是保证供暖质量节能降耗的重要环节。通过对一个供暖热力站系统质调节与量调节的实例分析，量调节既可节约热能又可节约电能，是供热系统运行调节首选方案的论点 。

热水供暖系统采用分阶段改变流量的质调节，与纯质调节相比，能节约循环水泵电能消耗，因而在设计和运行中得到较多应用。

热水供热系统通常采用整体质调节的方式进行运行调节。换热站的局部运行调节不直接跟踪室温而是以水温作为被控量,水温给定通常由经验设定。热源作起主导作用的调节方式没能充分发挥换热站的水温调节能力。水温与室温间存在一个散热升温环节，在多变的天气情况和不同的建筑蓄热状况共同作用下，根据经验确定的水温给定难以保证室温响应的准确，故时常引起用户室温偏高或偏低。

针对上述问题，将天气因素考虑在内，建立特定换热站供热区域内水温到室温的热动态模型。以此模型作为预测模型，应用模型预测控制，参照分时供热的室温参考轨迹制定换热站二次网供水温度，换热站依此进行质调节。研究内容如下：1.建模部分中，分析热动态响应的特点和用线性时不变的离散状态空间模型描述热动态的合理性；依据相关研究成果确定模型的输入、输出和采样周期；应用子空间辨识这种黑箱辨识方法，辨识得到模型；对模型的可用性进行验证,选取响应合理的模型作为预测模型。2.设计模型预测控制器，进行参数整定。考虑到室温容易受到扰动，提出可采用只使用二次网回水温度作为测量的观测器进行状态观测，这样能够以较小的精度损失获取更好的抗干扰能力。

分阶段改变流量的质调节的优化分析，就是研究如何确定分阶段改变流量时的相应热负荷Q值(即应何时开始分阶段)以及采用多大的相对流量比值来制订供热调节曲线，从而使在整个供暖期间的循环水泵的电能消耗为最小值，同时也还要考虑到供暖系统的热力失均问题，应满足使用要求 。2100433B

集中质调节只需在热源处改变网路的供水温度，网路循环水量保持不变，网路的水力工况比较稳定，管理简单，操作方便，但在整个供暖期间，网路循环水总量保持不变，消耗电能比较多，是我国采用最多的一种调节方法。

用发动机来说明一下，汽油机是量调节，也就油和气的混合比例大部分工况保持不变，改变的是进去气缸的混合气量。这样就是量调节。而柴油机是质调节，柴油机可以理解为进去的空气量基本保持不变，改变的是喷油量，用喷油量来调节负荷。这里的质可以理解为油量。

水量调节池和水质调节池

调节池水量调节池

常见的水量调节池主要作用为均匀水量，称为水量均化池，简称均量池。进水为重力流，出水用泵抽吸，池中最高水位不高于进水管的设计水位，有效水深一般为2~3m。最低水位为死水位，即位于泵吸水口以下。

调节池水质调节池

水质调节池是为水质均匀以避免处理构筑物受过大的冲击负荷而设置的。水质调节池的容量通常按调节历时进行计算，调节时间越长，水质便越均匀。从生产上讲，往往是以一班即8为一个生产周期，但水质调节池容量按8h计算，有时也较大。所以计算水质调节池时，其调节历时通常按4h~8h考虑。

水质调节池常设计成穿孔导流槽式出水，在平面构造上既可以是圆形，也可以是矩形。采用这种形式的水质调节池容积，理论上只需要调节历时总水量一半即可，因为从水质均匀角度上讲，所谓调节历时是指将该时段中的排水量充分混合，即：使起始时间的排水与调节历时终了时的排水混合。

我国发电机组励磁系统调节规律的发展简况如下。

• 单变量调节

比例调节P、比例积分调节PI和比例积分微分调节PID三种调节的变量只有发电 机的机端电压U_t，或者是U_t与给定电压值之差ΔU_t，故称为单变量调节。其传递函数分别为：

(1) 比例调节P为U(s)=K_pΔ U_t(s)

(2) 比例积分微分调节PID为

式中 U——调节器输出电压值，V；

U_REF——给定电压值，V；

U_t——与发电机机端电压相对应的三相电压有效值的平均值，V；

s——Laplace算子。

实践证明，PID调节的应用，明显地提高了同步发电机在系统振荡时的阻尼作用和励磁调节器的性能品质，但仍然不能满足远距离、重负荷输电的要求。有资料说明，这种调节方式可将系统极限角δ_m从无调节时的90°提高到100°左右；但若采用高增益调节器，也可能提高到105°或110°。

• 线性多变量控制

(1)强力式励磁调节器。早在50年代中期，前苏联提出了强力式励磁调节器，除 了采用发电机端电压偏差ΔU_t外，还采用发电机频率偏差Δf及其一次微分和发电机定 子电流及其一次微分等辅助反馈变量。在设计上采用“双变量D域划分法”。这种调节 器具有在保证调节精度下稳定励磁、提高发电机动态与暂态运行稳定性、抑制系统事故 后的振荡等功能，在前苏联得到推广应用。但由于设计方法不方便，共同稳定域很小， 参数整定困难等原因，在国际上和我国均未普遍应用。

(2) 电力系统稳定器PSS。它是在PID调节器的基础上，附加发电机的转速偏差 Δω、功率偏差ΔP_e、频率偏差Δf中的一种或两种信号的二阶超前校正环节作为附加控 制。其作用是，增加对电力系统机电振荡的阻尼，以增强电力系统的动态稳定性。有资 料说明，采用PSS可将系统极 限运行角提高到110°～120°。 以Δf(Δω) 为附加信号的 PSS控制器传递函数结构图如图3所示。

我国引进设备所采用的 PSS的传递函数结构图见图4。采用了WASH—OUT 滤波器，保证在任何情况下，直流分量附加到调节器控制回路中。两个放大因子K_SS1和K_SS2“加权”用计算机程序 计算。设定值取决于机组参数、机组运行点及网络阻抗，从而决定其相位超前和滞后以 及稳定信号的幅度，以求所有运行点都达到好的阻尼效应。

(3)线性最优励磁控制LOEC。为了进一步改善电力系统小干扰稳定及动态品质， 70年代初，国际上一些学者提出了线性最优控制方式LOEC。80年代清华大学对此进 行了研究，研制成功工业样机，经由天津电气传动研究所、武汉洪山电工研究所制造生产的产品，已在碧口、刘家峡、白山、红石等水电站的机组上投入运行。有资料说明， 结合实际计算，这种励磁调节方式，可将系统动态稳定极限角δ_m提高到127°。但是， 它是基于系统全状态量的最优线性反馈的，要求状态量能实际测量，从而给实际应用带来了困难。而且将其应用于多机电力系统励磁控制设计时，不能得到分散的最优控制规 律，只能得到次优的控制方案，这不能不是一种缺陷，在非线性系统中，一旦偏离了设计工况，最优控制就不存在了。

(4)零动态多变量励磁控制ZDEOC。ZDEOC的设计原则是仅仅保证输出状态量的 动态品质在任何时刻都是最优的，即系统输出状态量的动态偏差Y (t)在任何时候都 趋于零，即，当t≥0时，Y (t) =0。而对其发电机的其他状态，即内部状态，无须 苛求，只求稳定即可。这种调节规律系由清华大学提出，在电力自动化研究院电气控制 技术所生产SJ800微机励磁调节器上配置，已在动模上作了单机无穷大系统试验，证明 能有效改善远距离输电系统稳定性，现已在岩滩水电站300MW机组上投入运行。

• 非线性多变量励磁控制NEC

NEC在设计中，对于小干扰和大干扰，都采用电力系统精确的非线性模型。应用微 分几何方法对电力模型(可表示为一个标准的仿射非线性系统)进行精确线性化，寻找适 当的坐标变换及非线性状态反馈，使系统转化为一个完全可控的线性系统，由此求出线性 最优控制，从而求得非线性控制。经变量代换，最终得出非线性最优控制规律NOEC。

清华大学用这种NEC的理论和方法设计并研究成功GEC-1型微机非线性励磁控 制器，它一举解决了电力系统小干扰与大干扰控制的统一性、控制对电网参数的鲁棒 性、分散最优控制等三个关键问题，有利于提高输电系统的安全稳定水平。

GEC-1型微机非线性励磁控制器，从1994年11月起已经在丰满水电站一台容量为 85MW的水轮发电机组和10台容量为100～200MW的汽轮发电机上成功地运行。西北电网的稳定仿真计算表明，依靠这种控制器不仅抑制了西电东送所出现的弱阻尼振荡，而且还 提高了东电西送动态稳定极限。对三峡工程机组励磁方式的研究表明，采用NEC方式，在 各种运行方式下，都能提供很强的人工阻尼，在提高系统暂态和静态稳定方面，均优于目前 的所有PSS和LOEC。以单机对无穷大系统的为例，静态稳定极限比采用PID方式提高 35.7%，比采用PSS方式提高7.1%，比采用LOEC方式提高15.7%;暂态稳定极限比采用 PID方式提高38%，比采用PSS方式提高4.7%，比采用LOEC方式提高14.2%。