關(guān)于提高水輪發(fā)電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)性能方法的淺析

郭俊鑫

(國電新疆吉林臺水電開發(fā)有限公司,新疆 尼勒克 835716)

關(guān)于提高水輪發(fā)電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)性能方法的淺析

郭俊鑫

(國電新疆吉林臺水電開發(fā)有限公司,新疆 尼勒克 835716)

通過對現(xiàn)有電廠側(cè)AGC常規(guī)控制方式進(jìn)行分析,提出了現(xiàn)有AGC常規(guī)控制方式下影響AGC調(diào)節(jié)性能的因素,并就提高電廠側(cè)AGC調(diào)節(jié)性能提出了三種方法。

A G C;分段調(diào)節(jié);調(diào)速器功率模式;外掛協(xié)調(diào)控制器

0 引言

AGC——自動發(fā)電控制,是發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi),跟蹤電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)下發(fā)的指令,按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時調(diào)整發(fā)電出力,以滿足電力系統(tǒng)頻率或聯(lián)絡(luò)線功率控制要求的服務(wù),是屬于電網(wǎng)系統(tǒng)的二次調(diào)頻。其基本功能為:負(fù)荷頻率控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制、備用容量監(jiān)視、AGC性能監(jiān)視、聯(lián)絡(luò)線偏差控制等,以達(dá)到其基本的目標(biāo):保證發(fā)電出力與負(fù)荷平衡,保證系統(tǒng)頻率為額定值,使凈區(qū)域聯(lián)絡(luò)線潮流與計(jì)劃相等,最小區(qū)域化運(yùn)行成本。

根據(jù)《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《西北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》(簡稱《兩個細(xì)則》)的規(guī)定要求,水電廠AGC調(diào)節(jié)性能有如下要求:1)調(diào)節(jié)速率不得低于每分鐘50%的額定有功功率;2)響應(yīng)時間不得超過10 s。

1 AGC的常規(guī)控制方式及分析

調(diào)度側(cè)根據(jù)當(dāng)前聯(lián)絡(luò)線功率控制要求或者電力系統(tǒng)頻率計(jì)算出當(dāng)前區(qū)域有功需求,通過電廠與調(diào)度連接的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)遠(yuǎn)動通道,將當(dāng)前有功值下發(fā)至電廠。電廠側(cè)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將調(diào)度下發(fā)的有功給定值通過AGC程序進(jìn)行等比率方式分配給所有發(fā)電機(jī)組,發(fā)電機(jī)組現(xiàn)地監(jiān)控單元(LCU)的PLC根據(jù)該有功分配值通過有功PID模塊,將有功調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)化為增、減導(dǎo)葉的脈沖控制信號下發(fā)給調(diào)速器系統(tǒng),調(diào)速器根據(jù)該脈沖控制信號增、減導(dǎo)葉開度,從而增加、減少有功功率。

從AGC的常規(guī)控制方式中可知,影響AGC速率的因素有兩個方面。1)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組現(xiàn)地監(jiān)控單元(LCU)PLC中的有功PID模塊調(diào)節(jié)性能; 2)調(diào)速器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。并網(wǎng)發(fā)電時,在一次調(diào)頻及孤網(wǎng)功能不動作的情況下,調(diào)速器處于開度模式,導(dǎo)葉的控制基本上完全依靠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC中的有功PID模塊下發(fā)的脈沖控制信號來決定,脈沖寬度大導(dǎo)葉變化量大,脈沖寬度小導(dǎo)葉變化量小。

根據(jù)以上分析,提出提高AGC調(diào)節(jié)性能的三種方案:1)監(jiān)控有功PID分段調(diào)節(jié);2)外掛協(xié)調(diào)控制器調(diào)節(jié);3)調(diào)速器功率模式調(diào)節(jié)。

2 監(jiān)控有功PID分段調(diào)節(jié)

以下是吉林臺一級水電站單臺機(jī)組(單機(jī)額定有功125 MW)投入AGC后,AGC調(diào)節(jié)過程中調(diào)節(jié)速率的抽樣統(tǒng)計(jì)(見圖1、表1):

圖1 吉林臺2號機(jī)組AGC調(diào)節(jié)速率分布圖

表1 AGC調(diào)節(jié)過程中調(diào)節(jié)速率的抽樣統(tǒng)計(jì)表

從上圖表中可以看出,調(diào)節(jié)量與調(diào)節(jié)速率的關(guān)系近似一條過原點(diǎn)的曲線,調(diào)節(jié)量越小調(diào)節(jié)速率越小,調(diào)節(jié)量越大調(diào)節(jié)速率越大。調(diào)節(jié)量在±20 MW之外調(diào)節(jié)速率大于0.5,滿足《兩個細(xì)則》要求;但調(diào)節(jié)量在±20 MW之間時調(diào)節(jié)速率小于0.5,不滿足《兩個細(xì)則》的要求。此原因是由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC中的PID特性決定的,調(diào)節(jié)速率＝(Abs調(diào)節(jié)量/機(jī)組額定有功功率/調(diào)節(jié)時間),由于調(diào)節(jié)時間并不會因?yàn)檎{(diào)節(jié)量大小的變化而變化,因此會出現(xiàn)調(diào)節(jié)量大調(diào)節(jié)速率大,調(diào)節(jié)量小調(diào)節(jié)速率小的問題。

根據(jù)以上對AGC調(diào)節(jié)速率的分析,在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中采用分段PID調(diào)節(jié)模式,在有功調(diào)節(jié)量大于等于±20 MW時調(diào)用現(xiàn)有PID參數(shù),在有功調(diào)節(jié)量±20 MW之間時調(diào)用新PID參數(shù)。新PID參數(shù)較現(xiàn)有PID參數(shù)中,比例系數(shù)KP適當(dāng)增大,從而增加有功調(diào)節(jié)的速率和靈敏度;積分系數(shù)KI適當(dāng)增大,從而減少在KP增大后出現(xiàn)超調(diào)和振蕩的機(jī)率。

采用分段PID調(diào)節(jié)模式,可以使得調(diào)節(jié)量在大于等于±20MW時保持現(xiàn)有調(diào)節(jié)速率,不會應(yīng)KP、KI增大而使原本合格的調(diào)節(jié)速率繼續(xù)增大,從而不會在大范圍調(diào)節(jié)負(fù)荷時出現(xiàn)因調(diào)節(jié)速率過快而導(dǎo)致調(diào)節(jié)失控。在有功調(diào)節(jié)量小于±20 MW時,可以在增大KP、KI后改善調(diào)節(jié)速率和靈敏度,從而最大限度的使調(diào)節(jié)速率趨于合格。新PID參數(shù)中的KP、KI需要在試驗(yàn)過程中進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)試。

3 外掛協(xié)調(diào)控制器調(diào)節(jié)

目前,監(jiān)控系統(tǒng)PLC內(nèi)的有功調(diào)節(jié)PID模塊,計(jì)算形式較為簡單,靈活度不夠,調(diào)節(jié)品質(zhì)差,從而導(dǎo)致發(fā)至調(diào)速器的有功調(diào)節(jié)脈沖品質(zhì)較差,AGC調(diào)節(jié)性能不合格。由此提出通過外掛控制器的型式,在LCU之上建立高級運(yùn)算與控制平臺,針對水電機(jī)組AGC的特點(diǎn)構(gòu)建優(yōu)化系統(tǒng),達(dá)到改善AGC指標(biāo)的目的。外掛控制器與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)潢P(guān)系圖如圖2。

圖2 外掛控制器與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)潢P(guān)系圖

外掛控制器主要可以將PLC無法實(shí)現(xiàn)的高級控制算法無縫地應(yīng)用到水電機(jī)組的實(shí)時控制中去,提高控制品質(zhì),同時利用外掛控制器對LCU的控制參數(shù)進(jìn)行修改或者干預(yù)。模型控制算法主要是由預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和反饋校正構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上,針對水電機(jī)組AGC特點(diǎn)組建控制策略,與現(xiàn)地PLC合作,完成控制優(yōu)化。在機(jī)組處于異常工況或控制信號品質(zhì)變壞時,智能對模型算法辨識進(jìn)行替代以保證預(yù)測模型穩(wěn)定。從而利用了外掛控制器的高級算法去優(yōu)化發(fā)至調(diào)速器的有功調(diào)節(jié)脈沖品質(zhì),從而提高了AGC的調(diào)節(jié)速率和響應(yīng)時間。

4 調(diào)速器功率模式調(diào)節(jié)

調(diào)速器現(xiàn)運(yùn)行模式為開度模式,功率調(diào)節(jié)由監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功率閉環(huán)調(diào)節(jié),表現(xiàn)出調(diào)節(jié)速率慢、響應(yīng)時間長、調(diào)節(jié)品質(zhì)差等。由此提出調(diào)速器功率閉環(huán)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)模式。即將監(jiān)控AGC分配到機(jī)組的有功功率給定值轉(zhuǎn)換成模出量送給調(diào)速器,由調(diào)速器自身根據(jù)該有功設(shè)定值進(jìn)行功率閉環(huán)調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式,相對原有的機(jī)組LCU中PID閉環(huán)調(diào)節(jié),在輸出環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)上更簡潔,更直接。監(jiān)控側(cè)只需將有功設(shè)定值送給調(diào)速器,具體的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)由調(diào)速器自身系統(tǒng)完成,監(jiān)控側(cè)不參與具體的閉環(huán)調(diào)節(jié),這樣能夠利用調(diào)速器自身在功率模式下良好的調(diào)節(jié)性能,有效提高機(jī)組對有功設(shè)定值的響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)精度。

5 結(jié)束語

本文通過對現(xiàn)有電廠側(cè)AGC常規(guī)控制方式進(jìn)行了分析,提出了現(xiàn)有AGC常規(guī)控制方式下影響AGC調(diào)節(jié)性能的因素。并就提高電廠側(cè)AGC調(diào)節(jié)性能提出了三種方法,三種方法是針對AGC調(diào)節(jié)過程中的不同環(huán)節(jié)進(jìn)行改造或優(yōu)化,在一定程度上都可以不同程度的提高AGC調(diào)節(jié)性能,可在解決AGC調(diào)節(jié)性能問題的過程中進(jìn)行參考。

[1]唐亞波.提高水電機(jī)組AGC與一次調(diào)頻調(diào)節(jié)性能的關(guān)鍵技術(shù)問題探索與改進(jìn)[J].水電站機(jī)電技術(shù),2015,38(02):54-57.

TP272

B

1672-5387(2017)07-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.07.013

2017-04-27

郭俊鑫(1987-),男,助理工程師,從事水電自動化設(shè)備的檢修、管理工作。