鱼倩男
湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司
［摘要］水头的变化会直接影响水轮发电机组的有功调节性能。本文就某水电站当前水头下机组最大有功出力限制对有功功率调节的影响进行了分析，对其他水电站优化有功调节，提高工作效率及处理响应速度，具有重要的意义。
［关键词］有功功率；PID调节；水头变化
某水电站计算机监控系统采用南瑞NC3.0监控系统，按“无人值班”（少人值守）的原则设计，全计算机监控系统。系统采用分层分布式网络结构，由主控层（上位机）和现地控制单元层（LCU）组成。其中，现地控制单元包括4台机组及辅助设备、公用、开关站、进水口和泄洪闸。既可实现站内监控，又能实现集控中心和省调中心的远程监控。水电厂计算机监控系统的功率调节主要是针对机组而言，使机组的有功、无功功率实发值保持在设定范围内，以确保电站发出的总有功、无功功率始终在设定值或负荷曲线的允许范围内。
1机组的功率调节
机组的功率调节是对机组的有功、无功出力进行调节控制，使机组的有功、无功实发值保持在设定的范围之内。调节功能可分为三部分：调节，通过程序计算调节输出脉宽来控制机组出力的升或降；监视，在机组运行时监视其出力是否在要求范围之内，如果超出则需对机组进行调节以恢复到设定值；调节保护，在调节过程中对机组的各项参数进行监视，防止机组在调节过程中出现异常。机组的有功功率调节主要通过调速器实现，其原理是通过调节机组的导叶开度（也可能包括浆叶开度或喷针开度）控制水轮机的过水流量，从而控制发电机组的有功出力。通常水电厂计算机监控系统采用PID调节原理进行计算调节输出脉冲来控制机组出力的上升或者下降。其算法公式：Uk=Kpek+KikΣj=0ej+KdΣek-ek-1Σ其中：Kp是比例项参数，在功率调节中起主导作用，计算时根据设定值和实测值的差值乘以比例系数得出一个调节脉宽值；Ki是积分项参数，积分控制的作用是只要设定值和实发值之间存在差值，积分部分就会不断累积差值，输出控制量，来消除差值；Kd是微分项参数，微分调节反应了实发值的变化趋势，从而产生一个有效的早期修正值，它可以有效的减小系统的超调，克服振荡，加快了系统的动态响应速度；Uk是PID调节脉宽，即比例调节、积分调节和微分调节3项之和。
2水头变化对功率调节的影响
水头的变化会直接影响机组的有功调节性能。在较高的水头下，有功调节的速度变快，容易造成超调；相反，在较低的水头下，有功调节速度变慢，容易造成超时。现在电厂一般会将水头信号引入调速器，由其控制不同水头条件下的调节速度，从而对监控系统调节程序影响较小。
3问题描述
2015年11月某水电站在1号机组和2号机组开机过程中发现机组有功功率不能达到满负荷状态（150MW），上位机报警机组有功调节超时，PID调节退出，有功实发值为130MW，有功设定值跟踪有功实发值为130MW。运行人员手动投入有功调节功能，再次下发有功设定值150MW，PID调节一段时间后，上位机报警机组有功调节超时，PID调节退出，有功实发值未有明显变化，有功设定值跟踪有功实发值，导叶开度90%以上，当前水位18m。运行人员立即投入有功调节功能并下调有功功率设定值，机组进入正常运行状态。
4原因分析
上位机报警机组有功调节超时，PID调节退出，说明有功调节在某一环节出现问题，调节程序自动退出；运行人员手动投入有功调节功能，并再次下发有功设定值，PID调节一段时间后才退出，说明有功可调条件是满足的，有功功率调节也是正常的，只是有功功率调节不上去；导叶开度90%以上，说明调速器也没有问题，仅仅是机组出力不足；结合该水电站水轮机预期运转特性曲线，不难看出当前水位18m时，机组的最大出力是130MW。也就是说是由于机组在当前水位下无法达到满发，导致机组有功调节超时，PID调节退出。
5改进措施
根据水轮机预期运转特性曲线计算当前水头下机组最大出力限制，其算法公式如下：Pmax=minaH+b（m<H<n）ma!####"####$x其中，H是当前水位；Pmax是当前水位下机组最大出力。监控系统有功设定值添加最大出力限制条件，即有功设定值大于当前水头下机组有功最大出力限制时，有功设定值非法或者无效，方便运行人员操作。考虑到在函数Pmax=aH+b（m<H<n）时，有功实发值等于当前水头下机组有功最大出力限制，受水位波动或者有功调节波动的影响，存在有功实发值大于当前水头下机组有功最大出力限制的情况，造成有功调节退出。所以有功调节需要添加有功调节增减闭锁，即有功实发值大于当前水头下机组有功最大出力限制时，有功调节增减闭锁，并报警通知运行人员调整机组有功出力。
6结语
水电站有功调节的稳定性，不仅涉及电站的经济效益，也是调度的一个重要考核指标，应给予高度重视。该水电站目前尚处于建设阶段，由水头变化引起的机组有功调节退出问题已经得到很好的解决，水位不满足负荷要求引起有功调节退出也是首次遇到，因此，分析电站水头变化对机组有功调节的影响不仅对于该水电站，而且对于我国其他水电站优化有功调节，提高工作效率及处理响应速度，都具有十分重要的意义。
［参考文献］［1］刘细辉，范进喜，吕晓东.机组有功功率波动分析与策略优化［J］.水电站机电技术，2016，39（10）：17—18.［2］谌斐鸣，邱凯，李靖沙.区域集控模式下贯流式机组有功自动优化分配策略研究［J］.水电站机电技术，2014，37（3）：33—35.