小灣電廠調(diào)速器功率閉環(huán)改造淺析

閆明 宋艷偉

【摘 要】水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化，機(jī)組轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差時(shí)，通過調(diào)速器相應(yīng)的改變流入水輪機(jī)的流量，以使水輪機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡，以維持頻率在規(guī)定的范圍之內(nèi)。本文介紹了小灣電廠調(diào)速器功率閉環(huán)改造原理及實(shí)施過程，并對(duì)調(diào)速器功率閉環(huán)改造后的功能驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)行分析小結(jié)。

【關(guān)鍵詞】調(diào)速器；功率閉環(huán)；一次調(diào)頻；AGC

1 小灣電廠調(diào)速器控制原理分析

（1）開度模式下調(diào)速器的導(dǎo)葉給定由三部分組成：調(diào)速器計(jì)算頻差PID 輸出+空載開度+綜合負(fù)荷給定Pgv之和再經(jīng)過副環(huán)PI計(jì)算給定到水輪機(jī)導(dǎo)葉。

（2）功率模式下首先對(duì)功率偏差1（功率給定與功率給定中間量差值）進(jìn)行一次限制，限制在設(shè)定值內(nèi)，然后對(duì)偏差進(jìn)行積分處理，再對(duì)偏差進(jìn)行前饋計(jì)算后賦值給Pgv。同時(shí)對(duì)偏差2（功率給定中間量與功率反饋的差值）超過功率死區(qū)的部分與Bp相乘以后，作為調(diào)差控制輸入，參與主環(huán)PID運(yùn)算。算出的導(dǎo)葉給定再進(jìn)行副環(huán)PI計(jì)算給定到水輪機(jī)導(dǎo)葉。

小灣電廠自投產(chǎn)以來，采用開度模式調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程可靠、準(zhǔn)確。但是在南網(wǎng)總調(diào)“1+5”電廠輔助服務(wù)考核系統(tǒng)要求中，小灣電廠AGC調(diào)節(jié)速率以及一次調(diào)頻動(dòng)作有不達(dá)標(biāo)的情況，通過分析研究認(rèn)為小灣電廠當(dāng)前在用的模出脈沖有功的控制方式是導(dǎo)致考核的重要原因之一。

2 調(diào)速器功率閉環(huán)改造實(shí)施

（1）功率閉環(huán)投入和退出邏輯修改，改動(dòng)接線回路，增加了監(jiān)控功率閉環(huán)投退功能。功率閉環(huán)投入信號(hào)：由2個(gè)接點(diǎn)串聯(lián)，分別是監(jiān)控投入和調(diào)速器側(cè)把手投入，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)投入后，調(diào)速開出功能投入信號(hào)并上報(bào)監(jiān)控；功率閉環(huán)退出信號(hào)：當(dāng)調(diào)速器電氣柜把手退出或者監(jiān)控退出時(shí)，功能即退出。

（2）更換功率變送器為型號(hào)FPWT-301，輸入57.7V 1A 50Hz，兩路4-20mADC/0-土173.2W輸出，電源DC 220V，精度等級(jí)0.2%，由原來的一個(gè)更改成兩個(gè)，并且每個(gè)功率變送器的備用輸出反饋送至監(jiān)控LCU。

（3）增加監(jiān)控功率給定至調(diào)速器側(cè)，調(diào)速器電氣柜增加1個(gè)隔離變送器（2號(hào)機(jī)組增加2個(gè)隔離變送器），對(duì)監(jiān)控下發(fā)的功率給定進(jìn)行隔離，之后分別送入A、B套調(diào)速器控制器PCC。

（4）增加調(diào)速器功率給定返回回路，調(diào)速器將監(jiān)控下發(fā)的功率給定進(jìn)行返回，防止調(diào)速器接收的功率給定與監(jiān)控下發(fā)的功率給定存在偏差。

（5）在調(diào)速器觸摸屏增加了功率閉環(huán)參數(shù)設(shè)置窗，在功率閉環(huán)投入時(shí)，調(diào)用功率閉環(huán)PID參數(shù)。

（6）完善功率閉環(huán)的程序邏輯。

（7）試驗(yàn)過程中優(yōu)化功率模式相關(guān)參數(shù)。

3調(diào)速器功率閉環(huán)改造后試驗(yàn)及分析

3.1調(diào)速器功率閉環(huán)靜態(tài)試驗(yàn)

以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以小灣電廠2號(hào)機(jī)組為例。

3.1.1靜態(tài)模擬擾動(dòng)試驗(yàn)

模擬發(fā)電，在功率閉環(huán)投入的情況，將導(dǎo)葉手動(dòng)開啟到50%左右。在“功率閉環(huán)設(shè)置窗”輸入預(yù)置PID參數(shù)，用調(diào)速器仿真設(shè)備模擬監(jiān)控下發(fā)功率給定值，用功率反饋模擬器模擬功率反饋。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行功率擾動(dòng)，觀察調(diào)節(jié)過程和趨勢，是否滿足要求。根據(jù)功率擾動(dòng)試驗(yàn)，可知功率調(diào)節(jié)功能正常，無論大功率擾動(dòng)還是小功率擾動(dòng)，速度性、穩(wěn)定性和超調(diào)都滿足南網(wǎng)的要求。

3.1.6靜態(tài)下一次調(diào)頻功能驗(yàn)證及其與AGC配合關(guān)系試驗(yàn)

模擬發(fā)電態(tài)，測試功率閉環(huán)模式下的一次調(diào)頻功能。功率模式投入，一次調(diào)頻投入，用仿真儀改變機(jī)組頻率，從試驗(yàn)可知，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)符合在功率模式下頻差與功率的調(diào)差關(guān)系，且該偏差不會(huì)因穩(wěn)態(tài)下的功率調(diào)節(jié)（調(diào)速器自身的功率調(diào)節(jié)）所拉回。在一次調(diào)頻未復(fù)歸時(shí)，功率給定變化，調(diào)速亦會(huì)響應(yīng)AGC（二次調(diào)頻）的有功調(diào)節(jié)，且最終的功率反饋是功率閉環(huán)的功率調(diào)節(jié)量與一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量兩者疊加的效果。當(dāng)一次調(diào)頻復(fù)歸后，功率反饋?zhàn)罱K和功率給定一致。根據(jù)《南方電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》要求，一次調(diào)頻和AGC的協(xié)調(diào)關(guān)系規(guī)定“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，處理變化應(yīng)該是二者疊加的效果”，靜態(tài)下滿足要求。

需要指出的是，上述指標(biāo)，和動(dòng)態(tài)下的唯一差別，在于功率反饋的調(diào)節(jié)，靜態(tài)下的功率超調(diào)性和速度性，與動(dòng)態(tài)下有一定的差異。

3.2調(diào)速器功率閉環(huán)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以小灣電廠2號(hào)機(jī)組為例。

3.2.1遠(yuǎn)方有功調(diào)節(jié)響應(yīng)試驗(yàn)

南網(wǎng)要求AGC調(diào)節(jié)速率要滿足：負(fù)荷設(shè)定的功率偏差大于30MW時(shí)候，機(jī)組功率調(diào)節(jié)速度大于21WM/s；負(fù)荷設(shè)定的功率偏差小于30MW時(shí)候，機(jī)組功率調(diào)節(jié)速度大于3.5WM/s。

經(jīng)過多次有針對(duì)性的進(jìn)行20MW負(fù)荷作用的功率擾動(dòng)，分析驗(yàn)證最終選定一組完全滿足指標(biāo)的參數(shù)。

擾動(dòng)前功率負(fù)荷為649.91MW，對(duì)應(yīng)時(shí)間為94.16s。擾動(dòng)后功率負(fù)荷為622.69MW，對(duì)應(yīng)時(shí)間為98.98s。從圖1分析，功率變動(dòng)實(shí)際偏差為27.22 MW，對(duì)應(yīng)的斜率為27.22 MW/（98.98-94.16）=5.6MW/s。由此可見，指標(biāo)滿足指標(biāo)大于3.5MW/s的要求。且從曲線分析，超調(diào)量也非常小。大功率偏差，PID計(jì)算的基數(shù)大，導(dǎo)葉速度非?？欤匀灰膊蝗菀卓己?。但在30MW-50MW負(fù)荷偏差之內(nèi)，由于導(dǎo)葉迅速動(dòng)作迅速（2.5%/S），水輪機(jī)特性會(huì)產(chǎn)生很大的反調(diào)節(jié)。

3.2.2動(dòng)態(tài)下一次調(diào)頻功能及其與AGC配合試驗(yàn)

功率閉環(huán)下一次調(diào)頻，校驗(yàn)的是一次調(diào)頻的死區(qū)，功率跟隨頻差的變動(dòng)關(guān)系，速度性和穩(wěn)定性，從試驗(yàn)中看出，響應(yīng)迅速，無超調(diào)，穩(wěn)定性好。動(dòng)態(tài)下，一次調(diào)頻和AGC配合關(guān)系邏輯亦正確，滿足南網(wǎng)要求。

3.3試驗(yàn)結(jié)論分析

從擾動(dòng)試驗(yàn)可以得知PID調(diào)節(jié)的輸出速度是和輸入的偏差息息相關(guān)（也和PID參數(shù)相關(guān)），在參數(shù)不變的情況下，輸入量越小，自然速度性越慢，比如功率偏差為12WM，速度就會(huì)減半。如果不改變PID參數(shù)，速度性滿足小調(diào)節(jié)，但在大調(diào)節(jié)肯定超調(diào)，也降低穩(wěn)定性，同時(shí)PID原理結(jié)構(gòu)不可輕易改變，為此南瑞在功率閉環(huán)控制環(huán)節(jié)采用了前饋控制，實(shí)質(zhì)是一個(gè)預(yù)調(diào)節(jié)，不經(jīng)過PID計(jì)算的調(diào)節(jié)，這樣可以大大加大初始調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)的時(shí)間有限）的啟動(dòng)速度，且不影響大功率偏差的本質(zhì)調(diào)節(jié)過程。

在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)下完成調(diào)速器在功率模式下的一次調(diào)頻及其與AGC配合關(guān)系試驗(yàn)，試驗(yàn)過程及結(jié)果均滿足《南方電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》要求，調(diào)節(jié)快速、準(zhǔn)確，一次調(diào)頻動(dòng)作的情況下，AGC（二次調(diào)頻）動(dòng)作，機(jī)組執(zhí)行二次調(diào)頻下達(dá)的動(dòng)作值，一次調(diào)頻動(dòng)作未被二次調(diào)頻拉回，結(jié)果為二者疊加的值。

4結(jié)束語

文章主要從小灣電廠調(diào)速器功率閉環(huán)改造內(nèi)容以及在功率模式下的相關(guān)試驗(yàn)兩個(gè)方面詳細(xì)闡述了功率閉環(huán)的原理及控制邏輯、參數(shù)的選定過程，同時(shí)針對(duì)南網(wǎng)要求的AGC調(diào)節(jié)速率及一次調(diào)頻與AGC的配合關(guān)系進(jìn)行了充分的試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果看滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙旋宇 黃文偉等，中國南網(wǎng)電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范（試行），2009

（作者單位：華能瀾滄江水電股份有限公司檢修分公司）