GE公司W(wǎng)oodward調(diào)速器一次調(diào)頻問題處理分析

姜興文

（華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠，云南 景洪666100）

0 引言

華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠（以下簡稱景洪電廠）裝機(jī)容量5×350 MW，在云南電網(wǎng)中主要承擔(dān)基荷、調(diào)頻等任務(wù)，水輪機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠制造，結(jié)構(gòu)為金屬蝸殼立軸混流式，水輪機(jī)調(diào)速器為哈爾濱電機(jī)廠-通用電氣公司聯(lián)合生產(chǎn)的Woodward MicroNet Plus控制系統(tǒng)。2012～2013機(jī)組檢修年度在做5號機(jī)組一次調(diào)頻與AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤，導(dǎo)致開度大幅波動，最終將導(dǎo)葉全開，引起全廠功率波動，導(dǎo)致全廠AGC退出。

1 調(diào)速器控制系統(tǒng)目前存在的問題

1.1 一次調(diào)頻與監(jiān)控AGC的配合問題

1.1.1 試驗(yàn)過程介紹

2012年11月30日試驗(yàn)人員完成單機(jī)一次調(diào)頻動作試驗(yàn)，試驗(yàn)正常。下一步開始做5號機(jī)組一次調(diào)頻與AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，試驗(yàn)人員通過調(diào)速器機(jī)組出口PT信號輸入端子加入機(jī)組PT測頻信號50.15 Hz。監(jiān)控報(bào)警窗口如下：

（1）02:33:17，5號機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻動作。

（2）02:33:17～02:34:29，5 號機(jī)組一次調(diào)頻動作，導(dǎo)葉開度、有功測值動作均正常，5號機(jī)組負(fù)荷由220 MW降低至190 MW。

（3）02:33:28，5號機(jī)組調(diào)速器內(nèi)部開度給定數(shù)據(jù)開始變化。

（4）02:34:29，5號機(jī)組調(diào)速器內(nèi)部開度給定數(shù)據(jù)增加至100%，5號機(jī)組有功負(fù)荷開始波動。

（5）02:34:33，5號機(jī)組有功測值波動過大動作，有功調(diào)節(jié)退出動作。

（6）02:34:39，全廠 AGC 退出。

（7）02:35:50，5號 機(jī)組導(dǎo)葉位置越高限（值：100.5383）。

1.1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

5號機(jī)組AGC未投入時(shí)（機(jī)組有功調(diào)節(jié)未投入），試驗(yàn)人員加入50.15 Hz機(jī)組頻率后，一次調(diào)頻動作正常。5號機(jī)組有功減小約30 MW，5號機(jī)組調(diào)速器內(nèi)部開度給定數(shù)據(jù)未發(fā)生變化。

5號機(jī)組AGC投入時(shí)，試驗(yàn)人員加入50.15 Hz機(jī)組頻率后，一次調(diào)頻正常動作，機(jī)組有功減小約30 MW。一次調(diào)頻動作的同時(shí)，5號機(jī)組調(diào)速器內(nèi)部導(dǎo)葉開度給定值開始持續(xù)增加。導(dǎo)葉開度給定值增加至100%后，導(dǎo)葉實(shí)際開度開始變化。

5號機(jī)組第1次一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果正常，第2次一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果不正常，前后兩次一次調(diào)頻試驗(yàn)對比只是在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)投入了有功調(diào)節(jié)和AGC。

一次調(diào)頻動作過程中AGC下發(fā)有功負(fù)荷與機(jī)組實(shí)際負(fù)荷相同。

1.1.3 AGC與一次調(diào)頻的協(xié)調(diào)關(guān)系

南方電網(wǎng)公司自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范規(guī)定機(jī)組一次調(diào)頻與AGC的協(xié)調(diào)關(guān)系如下：

（1）機(jī)組在執(zhí)行AGC設(shè)定值時(shí)應(yīng)該不受一次調(diào)頻功能的影響，出力變化應(yīng)該是二者疊加的效果。如果調(diào)速機(jī)構(gòu)不能同時(shí)執(zhí)行一次調(diào)頻功能和AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)功能時(shí)，應(yīng)該以AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)優(yōu)先。

（2）現(xiàn)在很多水電廠的調(diào)速機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的共同疊加。所以在二者的配合上，應(yīng)該滿足以下條件：

1）機(jī)組在執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)任務(wù)時(shí)不應(yīng)該受到一次調(diào)頻功能的干擾。

2）一次調(diào)頻在AGC調(diào)節(jié)間斷時(shí)期應(yīng)該正常響應(yīng)。

3）一次調(diào)頻在動作過程中如果有新的AGC調(diào)節(jié)命令，應(yīng)該立即執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)命令。

4）機(jī)組的一次調(diào)頻動作引起的全廠總功率的偏差應(yīng)該不能被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去。

1.2 并網(wǎng)運(yùn)行考核和輔助服務(wù)管理一次調(diào)頻考核分析

1.2.1 存在的問題

在2012年景洪電廠7～9月份并網(wǎng)運(yùn)行主要考核為一次調(diào)頻考核，9月份1、5號機(jī)組一次調(diào)頻合格率為95%；2、3、4號機(jī)組一次調(diào)頻合格率為97.5%。景洪電廠10月份一次調(diào)頻電網(wǎng)檢查2次，2號機(jī)組和4號機(jī)組動作合格，1號機(jī)組和5號機(jī)組動作不合格，3號機(jī)組停機(jī)備用。一次調(diào)頻動作不合格原因?yàn)橐淮握{(diào)頻實(shí)際動作的積分電量與理論動作積分電量的比值小于50%（南方電網(wǎng)公司規(guī)定比值大于50%即為合格）。

1.2.2 問題分析

針對并網(wǎng)考核存在的問題，電廠組織調(diào)速器和監(jiān)控專業(yè)兩個(gè)小組進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

（1）調(diào)速器的頻率測量

景洪電廠機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻動作頻率主要由主變低壓側(cè)電壓互感器信號送至調(diào)速器系統(tǒng)后進(jìn)行分頻測量。電網(wǎng)公司并網(wǎng)運(yùn)行考核中，電網(wǎng)頻率是否達(dá)到調(diào)速器一次調(diào)頻應(yīng)該動作的頻率，所采用的測點(diǎn)和測量方式均與我廠調(diào)速器不同。兩個(gè)頻率的測點(diǎn)和測量方式不同，導(dǎo)致頻率測量的結(jié)果不一致，也會造成電網(wǎng)判斷我廠一次調(diào)頻應(yīng)該動作，但是調(diào)速器測量的頻率未達(dá)到一次調(diào)頻應(yīng)動作的值，致使調(diào)速器一次調(diào)頻動作不正常。

（2）機(jī)組調(diào)速器定值

景洪電廠調(diào)速器程序5臺機(jī)組均相同，5臺機(jī)組的參數(shù)設(shè)置也均相同，并網(wǎng)PID參數(shù)均為KP=3，KI=2，KD=0。

（3）機(jī)組調(diào)速器調(diào)節(jié)模式

我廠調(diào)速器默認(rèn)控制模式為開度控制模式，輔助服務(wù)考核系統(tǒng)采用的是電量為標(biāo)準(zhǔn)的考核，主要采集機(jī)組的有功功率信號。開度信號與功率信號的對應(yīng)關(guān)系是依據(jù)水輪機(jī)的水頭、開度、出力特性曲線進(jìn)行計(jì)算的。

在水輪機(jī)特性曲線的末端相同開度信號變化值對應(yīng)的負(fù)荷變化值越來越小。而我廠機(jī)組運(yùn)行在高負(fù)荷，大導(dǎo)葉開度的情況比較多。水頭信號也直接影響在開度控制模式下調(diào)速器的計(jì)算。因水頭信號的錯(cuò)誤也會造成調(diào)速器調(diào)節(jié)速率慢和調(diào)整不到位。

（4）機(jī)組負(fù)荷限制

我廠機(jī)組所能帶的最大負(fù)荷在不同水頭下會有所變化。電廠機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果此時(shí)電網(wǎng)頻率低，一次調(diào)頻動作后無法增加負(fù)荷，實(shí)際積分電量偏小，一次調(diào)頻動作不合格，造成考核。

2 調(diào)速器控制系統(tǒng)解決方法

針對2012年11月30日出現(xiàn)的功率大幅波動引起全廠AGC退出的異常事件，經(jīng)電廠專業(yè)人員及調(diào)速器廠家對調(diào)速器控制程序進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)調(diào)速器閥位指令前饋功能可能是導(dǎo)致機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)中功率大幅波動的原因。并進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證。

電廠專業(yè)人員和調(diào)速器廠家、中試所試驗(yàn)人員在4號機(jī)組調(diào)速器上做靜態(tài)試驗(yàn)，進(jìn)行驗(yàn)證。通過試驗(yàn)儀器，給調(diào)速器加入50.2 Hz頻率信號，模擬一次調(diào)頻動作。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)調(diào)速器一次調(diào)頻動作時(shí)，調(diào)速器不響應(yīng)AGG的增減負(fù)荷指令，當(dāng)AGG增減負(fù)荷指令消失后，之前AGG增減負(fù)荷脈沖的積分值被送入調(diào)速器PID計(jì)算模塊，進(jìn)行計(jì)算并輸出，造成有功負(fù)荷的波動。

調(diào)速器收到50.2 Hz頻率后，一次調(diào)頻動作，調(diào)速器向關(guān)方向關(guān)導(dǎo)葉，動作正常。導(dǎo)葉關(guān)閉到位后，模擬AGC下發(fā)增負(fù)荷指令，一次導(dǎo)葉開度開始時(shí)不變化，當(dāng)增負(fù)荷指令消失后，調(diào)速器導(dǎo)葉開度突然增大。

得到的結(jié)果一致，要求調(diào)速器廠家進(jìn)行控制程序修改，在下一臺機(jī)檢修開始前將編譯后的程序提交電廠，并提交試驗(yàn)建議方案給電廠。

3 調(diào)速器控制程序修改及試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 程序分析

在程序第82頁，由于SERVO_PID.ERROR_SW模塊的存在，當(dāng)SERVO_PID.SERVO_STPT的變化率超過0.1/s2時(shí)，會將SERVO_PID.DRP_ERROR屏蔽掉，從而導(dǎo)致在閥位給定變化率超過0.1/s2，而此時(shí)一次調(diào)頻的頻差過大，作用強(qiáng)于Feed forward的作用，AGC的增減負(fù)荷指令就不會起作用（圖1）。而由于監(jiān)控那邊的功率閉環(huán)僅比較AGC負(fù)荷指令和實(shí)際功率，必然會將閥位給定值累加上去直到100%。

圖1

類似的，在程序第80頁也存在同樣問題（圖2）。

圖2

AGC的負(fù)荷指令增減，在調(diào)速器一側(cè)對應(yīng)的閥位給定值增減速率絕對值的上限設(shè)定是1%/s。因而，當(dāng)一次調(diào)頻的頻差超過一定范圍時(shí)，前饋?zhàn)饔玫姆e分量將弱于一次調(diào)頻頻差的積分量。而如果此時(shí)閥位給定值變化率超過0.1/s2，閥位給定值和實(shí)際值偏差所對應(yīng)的積分量又被屏蔽。

3.2 一次調(diào)頻問題邏輯修改說明

結(jié)合對控制的分析得出，可以將這種屏蔽邏輯取消。

（1）邏輯第82頁，將SERVO_PID.ERROR的輸出直接連接到SERVO_PID.DRP_ERROR的一個(gè)輸入端（圖 3）。

圖3

（2）邏輯第80頁，將MW_PID.STPT_ERROR的輸出直接連接到MW_PID.DRP_ERROR的一個(gè)輸入端（圖 4）。

圖4

3.3 機(jī)組一次調(diào)頻實(shí)際動作積分電量不足分析及修改

（1）修改方法分析

針對電廠一次調(diào)頻積分電量不夠的問題，采取減小一次調(diào)頻計(jì)算死區(qū)的方法，來增大一次調(diào)頻的效果。具體方法如下：一次調(diào)頻計(jì)算死區(qū)等于一次調(diào)頻判斷死區(qū)乘以一個(gè)小于1的系數(shù)，系數(shù)默認(rèn)值為0.75，具體數(shù)值通過試驗(yàn)確定。

（2）一次調(diào)頻積分電量不足問題邏輯修改說明

組態(tài)第127頁，增加SITE_LOGIC. EXCD_DB，SITE_LOGIC. DB_MUL以及SITE_LOGIC. DB_SW等3個(gè)模塊，將SITE_LOGIC.DB_SW的輸出代替LOCAL_AW. DEADBAND的輸出送往第80頁和第82頁（圖5）。

圖5

機(jī)組修改程序后，需要驗(yàn)證的邏輯有：①單機(jī)一次調(diào)頻試驗(yàn)；②AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)試驗(yàn)；③變負(fù)荷試驗(yàn)。

1）無水條件下，調(diào)速器模擬油開關(guān)合，調(diào)速器工作在負(fù)載模式，調(diào)速器模擬頻率信號在50 Hz基礎(chǔ)上變化0.2 Hz，使調(diào)速器工作于負(fù)載一次調(diào)頻模式，在機(jī)組一次調(diào)頻動作期間，對調(diào)速器施加負(fù)荷增、減指令，記錄導(dǎo)葉接力器變化，觀察調(diào)速器增減脈沖作用在一次調(diào)頻動作期間是否被屏蔽掉，在調(diào)速器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，調(diào)速器導(dǎo)葉接力器變化是否為一次調(diào)頻接力器動作量與監(jiān)控增減脈沖調(diào)節(jié)量的綜合作用結(jié)果。

2）有水條件下，在負(fù)載條件下，調(diào)速器模擬頻率信號在50 Hz基礎(chǔ)上變化0.2 Hz，使調(diào)速器工作于負(fù)載一次調(diào)頻模式，在機(jī)組一次調(diào)頻動作期間，對調(diào)速器施加負(fù)荷增、減指令，記錄導(dǎo)葉接力器變化和機(jī)組有功變化，觀察調(diào)速器增減脈沖作用在一次調(diào)頻動作期間是否被屏蔽掉，在調(diào)速器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，調(diào)速器導(dǎo)葉接力器變化和機(jī)組有功變化是否為一次調(diào)頻接力器動作量與監(jiān)控增減脈沖調(diào)節(jié)量的綜合作用結(jié)果。

3）對于景洪電廠有時(shí)會出現(xiàn)一次調(diào)頻積分電量不足的問題，修改版程序默認(rèn)一次調(diào)頻死區(qū)減小為原來的75%，這就意味著同樣的頻率變化相應(yīng)的導(dǎo)葉接力器動作量會增大，一次調(diào)頻死區(qū)被乘系數(shù)值需要根據(jù)一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果確定。

4 技術(shù)管理建議

檢修時(shí)進(jìn)一步校正我廠調(diào)速器測頻偏差。

在調(diào)速器中做頻率差值的補(bǔ)償程序，使參與調(diào)速器計(jì)算的頻率值與系統(tǒng)頻率相同。

在滿足一次調(diào)頻技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，研究增大調(diào)速器一次調(diào)頻的動作量。

聯(lián)系廠家和中試所重新做調(diào)速器參數(shù)試驗(yàn)，修改調(diào)速器的具體參數(shù)以適應(yīng)新的水輪機(jī)特性曲線，可以適當(dāng)增加調(diào)速器PID參數(shù)中的比例放大系數(shù)KP，增加機(jī)組調(diào)速器調(diào)節(jié)速率，提高動作積分電量。

加強(qiáng)核對調(diào)速器相關(guān)信號的準(zhǔn)確度，尤其是水頭信號。

確認(rèn)水輪機(jī)特性曲線與實(shí)際運(yùn)行情況相符。

采用負(fù)荷控制直接調(diào)整機(jī)組有功功率。

調(diào)整機(jī)組運(yùn)行方式，盡量不在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，為一次調(diào)頻動作調(diào)整負(fù)荷留出負(fù)荷空間。

做好一次調(diào)頻在此狀態(tài)下動作不合格的考核申訴，提出免考申請。

5 結(jié)語

美國GE公司生產(chǎn)的Woodward Micronet Plus調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)品性能優(yōu)良，但是程序完全對用戶封閉，電廠沒有程序修改權(quán)限。協(xié)調(diào)廠家修改控制程序后，在機(jī)組上重新申請做實(shí)驗(yàn)，控制邏輯動作準(zhǔn)確，一次調(diào)頻動作積分電量也滿足南方電網(wǎng)公司一次調(diào)頻考核目標(biāo)，此后未發(fā)生考核事件，也保證了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，為電廠和公司挽回經(jīng)濟(jì)損失。