抽水蓄能機組調(diào)速器智能啟動策略探討

劉明華 內(nèi)蒙古赤峰抽水蓄能有限公司籌建處

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抽水蓄能機組調(diào)速器智能啟動策略探討

劉明華 內(nèi)蒙古赤峰抽水蓄能有限公司籌建處

【文章摘要】

【關(guān)鍵詞】

抽水蓄能；發(fā)電機組；調(diào)速器；智能啟動

將抽水蓄能機組對常規(guī)機組對比分析可知，抽水蓄能機組實際運行方式較多，且工況轉(zhuǎn)換相對頻繁，在一次設(shè)備上需要增加抽水啟動裝置和啟動母線等，這就在一定程度上加大了繼電保護的難度。抽水蓄能機組的開機過程時間長短與開機控制規(guī)律之間存在密切相關(guān)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，若想要縮短開機過程時間，應(yīng)當積極選取最優(yōu)的開機控制策略。此種情況下，加大力度對調(diào)速器智能啟動策略進行研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

1.抽水蓄能機組調(diào)速器啟動控制策略相關(guān)分析

就宏觀層面來看，當前我國大部分抽水蓄能機組都是基于轉(zhuǎn)速偏差的基礎(chǔ)上通過PΙD控制調(diào)節(jié)來實現(xiàn)抽水蓄能機組的啟動控制，其中開機控制方式主要包含以下兩方面。

（1）在水輪開啟過程中，先將導(dǎo)葉開啟至空載開度，逐步提升機組轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速附近時，切換至PΙD控制，直至機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后實現(xiàn)并網(wǎng)。相關(guān)實踐研究表明，此種方式下機組轉(zhuǎn)速在接近額定轉(zhuǎn)速時運行相對穩(wěn)定，極少出現(xiàn)超調(diào)情況，但是抽水蓄能機組水頭變化范圍相對較大，難以實現(xiàn)精確控制和導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)，此種情況下就延長了開機時間。與此同時，機組轉(zhuǎn)速變化與慣性時間常數(shù)存在密切的聯(lián)系，隨著機組慣性時間常數(shù)的加大，機組轉(zhuǎn)速明顯降低，開機時間逐漸延長。因此該種開機控制方式具有一定的特殊性，難以滿足機組慣性時間常數(shù)大且快速響應(yīng)能力要求較高的抽水蓄能機組運行要求。

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機組的啟動控制與電站水頭和空載開度密切相關(guān)，在不能確定當時水頭下的空載開度時機組的啟動控制十分困難；PΙD控制算法存在積分飽和，對機組的啟動控制十分不利，特別是對低水頭和大轉(zhuǎn)動慣量的機組影響十分嚴重。因此，采取按偏差進行PΙD調(diào)節(jié)的控制策略很難解決抽水蓄能機組的啟動問題。

擴散焊是指在一定溫度和壓力下，被焊的兩個工件原子之間的電子相互作用并相互遷移，形成相應(yīng)的共價鍵、離子鍵或金屬鍵，最終形成較為牢固的焊接接頭的過程.擴散焊具有焊接質(zhì)量好、零件變形小、可焊接大面積接頭等優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于同種或異種金屬之間的焊接，如Al/Al，Al/Mg，Ti/鋼等[6-8].

（2）在調(diào)速器接受開機指令后，以最快速度開啟導(dǎo)葉并保持啟動開度不變，機組轉(zhuǎn)速和頻率迅速上升，直至頻率上升到設(shè)定值時，調(diào)整導(dǎo)葉開度至空載開度，以PΙD來實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，直至機組頻率達到額定頻率并處于穩(wěn)定狀態(tài)。該種開機控制方式在實際應(yīng)用過程中，機組轉(zhuǎn)速和頻率上升速度較快，開機時間明顯縮短。該種開機控制方式是當前普遍采用的兩段開機控制方式，但也存在一定不足，導(dǎo)葉啟動開度的選取與機組的空載開度之間存在密切的聯(lián)系，當前我國抽水蓄能電站到多使用空載開度-水頭關(guān)系曲線，由于曲線來源不同，導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)信息存在一定偏差。當抽水蓄能機組實際水頭變化與設(shè)定水頭偏差較大時，插值計算的空載開度的偏差較大，導(dǎo)致啟動開度的選取缺乏準確性和可靠性。與此同時，啟動開度的選取缺乏標準性，難以對所選取開度的大小進行準確的把握，若啟動開度過小，會嚴重影響開機速度；若啟動開度過大，極易引發(fā)過調(diào)現(xiàn)象，且對于抽水蓄能機組來說并不具有廣泛的適用性。在對該種開機控制方式進行應(yīng)用時，一旦導(dǎo)葉從較大的啟動開度驟降到較小的空載開度，則會導(dǎo)致引水系統(tǒng)水壓巨變，管道內(nèi)部會產(chǎn)生比較民新概念的水壓動蕩，對抽水蓄能機組的穩(wěn)定運行造成不利影響。

2.抽水蓄能機組調(diào)速器智能啟動策略

其中燃料煤平均低位發(fā)熱量QL根據(jù)環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)取值22051 kJ/kg；過量空氣系數(shù)α根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標準》燃煤鍋爐取值1.4；發(fā)電煤耗g采用《浙江省電力行業(yè)節(jié)能環(huán)保白皮書》中發(fā)電標準煤耗284 g/kWh。根據(jù)公式(4)、式(5)和式(6)計算得出300、750和1000 MW機組的廢氣排放量M分別為4.87×109、1.22×1010和1.62×1010 m3。

傳統(tǒng)模式下的抽水蓄能機組調(diào)速器啟動控制主要以偏差為基礎(chǔ)，導(dǎo)葉的開啟、關(guān)閉操作都與機組額定轉(zhuǎn)速之間存在密切的聯(lián)系，并且導(dǎo)葉關(guān)閉速度在一定程度上受到電站水壓引水系統(tǒng)水錘作用的限制，機組轉(zhuǎn)動的慣性也會產(chǎn)生一定的制約，此種情況下導(dǎo)葉的關(guān)閉速度受限，極易導(dǎo)致抽水蓄能機組出現(xiàn)開機時間延長和機組過速情況。

為了更好的解決，但其概念PΙD控制策略難以滿足抽水蓄能機組啟動相關(guān)問題，本文提出抽水蓄能機組智能啟動控制策略，通過轉(zhuǎn)速的微分及轉(zhuǎn)速偏差的控制，來促進控制目標的實現(xiàn)。在實際開機控制過程中和抽水蓄能機組啟動過程中轉(zhuǎn)速偏差較大的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)抽水蓄能機組較大轉(zhuǎn)速變化的控制；在機組轉(zhuǎn)速偏差較小的情況下，控制機組的實際轉(zhuǎn)速變化較小，此時轉(zhuǎn)速的微分與轉(zhuǎn)速偏差的比值能夠得到明確，基本保持設(shè)定常數(shù)，隨著偏差逐漸減小，控制轉(zhuǎn)速能夠以此為標準實現(xiàn)變化發(fā)展，最終抽水蓄能機組轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)的接近額定轉(zhuǎn)速。在抽水蓄能機組啟動過程中，比值與設(shè)定的常數(shù)之差有正有負，一定長度上降低了積分飽和的影響，此種情況下待抽水蓄能機組轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時再實現(xiàn)PΙD控制，能夠取得理想的效果。

3.開機過程控制

在抽水蓄能機組開機過程中，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上保持機組轉(zhuǎn)速升高而超調(diào)量最小是最優(yōu)的開機方式，切實提高抽水蓄能機組的開機效率。傳統(tǒng)模式下抽水蓄能機組開機過程中，大多采用開環(huán)控制方式，存在抽水蓄能機組開機時間過長或轉(zhuǎn)速過高等不足。針對此種情況，提出了智能啟動策略，以抽水蓄能機組開機時的轉(zhuǎn)速上升期望特性作為頻率給定，減輕了開機控制對空載開度和啟動開度的依賴程度，保持調(diào)速器處于閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，促使控制機組頻率跟蹤頻率給定曲線呈逐步上升趨勢，確保抽水蓄能機組的開機速率處于良好的狀態(tài)下。

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具體來講，智能啟動策略的開機控制具有一定的特殊性，當調(diào)速器接收到開機指令后，即刻開啟導(dǎo)葉啟動機組，待機組轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速的三分之一左右時，實施智能啟動控制策略，對轉(zhuǎn)速微分與轉(zhuǎn)速偏差的比值進行精準計算，并將其與所設(shè)定常數(shù)進行對比分析，明確實際偏差后，通過調(diào)速器實現(xiàn)PΙD控制，對導(dǎo)葉開度進行適時調(diào)整，強化轉(zhuǎn)速控制，確保其處于穩(wěn)定快速上升且不過速的狀態(tài)下。當抽水蓄能機組轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速的90%以上時，將智能控制策略切除，以頻率偏差的PΙD控制來實現(xiàn)開機過程控制，切實保證抽水蓄能機組空轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，促進抽水蓄能機組實現(xiàn)安全平穩(wěn)開機。

4.結(jié)束語

就抽水蓄能機組開機過程來看，在傳統(tǒng)模式下大多以偏差調(diào)節(jié)控制策略來實現(xiàn)開機過程控制，此種情況下PΙD控制算法往往會存在積分飽和的問題，一旦加以開環(huán)控制，會在一定程度上延長開機時間，或?qū)е鲁樗钅軝C組轉(zhuǎn)速過高。針對此種情況，本文提出了抽水蓄能機組調(diào)速器智能啟動策略，在頻率給定的條件下，以閉環(huán)開機控制的方式來實現(xiàn)開機過程控制，在減輕對控制機組空載開度和啟動開度的依賴性的同時，最大程度上降低了積分飽和做產(chǎn)生的不利影響，相關(guān)實踐研究結(jié)果表明，智能啟動控制策略為抽水蓄能機組的安全平穩(wěn)開機提供可靠的保證，在水電站機組開機控制中具有良好的應(yīng)用價值。

【參考文獻】

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本文基于抽水蓄能機組調(diào)速器啟動控制策略相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，探討抽水蓄能機組調(diào)速器的智能化啟動策略及開機控制過程，促進抽水蓄能機組調(diào)速器實際應(yīng)用中問題的解決，最大程度上維護抽水蓄能機組的快速平穩(wěn)開機并網(wǎng)。