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水电厂计算机监控系统关于调速器功率闭环控制的实现

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：周喜徐瑞齐心

[导读] 摘要：“调速器开度闭环、监控功率闭环”的调节方式，在实际运用中显露出诸多不足，调速器功率闭环方式简化了有功调节过程。

        华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂 666100
        摘要：“调速器开度闭环、监控功率闭环”的调节方式，在实际运用中显露出诸多不足，调速器功率闭环方式简化了有功调节过程。本文介绍了水电厂计算机监控系统关于调速器功率闭环控制实现的技术要点。
        关键词：开度调节；功率闭环控制；目标值传递；调节模式切换逻辑；安全闭锁逻辑；试验
        一、引言
        目前大多数电厂的有功采用“调速器开度闭环、监控功率闭环”调节。具体做法为监控上位机收到负荷指令后，将负荷给定值下发监控下位机进行功率闭环，监控下位机通过功率给定与反馈进行PID计算，通过中间继电器输出相应的时间脉冲给调速器。调速器接收到监控下位机时间脉冲，通过PID运算将不同的脉冲长度转换为相应导叶开度的变化量，进行开度闭环。
        “调速器开度闭环、监控功率闭环”调节在实际的运用过程中，存在问题也不断凸显：
        1、监控单组PID参数不能满足机组水头大幅变化的调节要求
        在高水头的水电厂，运行水头变化范围较宽，可达到80多米。机组在最低和最高的运行水头下，单位导叶开度对应的负荷也差距较大。为保障机组负荷调节指标的要求，就需要将运行水头分段，不同运行水头设定不同的PID调节参数，但水头分段和PID参数的整定实施起来较为繁琐。
        2、监控单组PID参数不能满足机组导叶非线性度的调节要求
        不同的负荷段，单位导叶开度对应的负荷也存在差距，为保障机组负荷调节指标的要求，就需要将运行负荷分段，不同运行负荷设定不同的PID调节参数，但负荷分段和PID参数的整定实施起来较为繁琐。
        3、监控和调速器PID参数配合
        整个功率调节需要两组（调速器、监控）PID参数搭配，搭配不当将造成功率波动或调节达不到要求。任何一方设备及程序涉及PID调节变化的，均需要再次进行试验及PID整定。
        4、调节过程线长，故障点增多
        除调速器侧调节及测量回路外，监控侧变送器、开出模件、中间继电器等的异常，也将影响调节效果，甚至造成误调。
        针对“调速器开度闭环、监控功率闭环”调节存在的问题，调速器功率闭环优点逐步显露。
        二、调速器功率闭环实现
        调速器功率闭环是指监控将负荷目标值直接给调速器，调速器进行功率闭环调节。其实现主要包括负荷调节目标值传递、信号设置、调节模式切换逻辑、安全闭锁逻辑、试验等。
        1、负荷调节目标值传递
        负荷目标值的传递可采用通信方式或者模拟量开出方式，通道应采用双路设置。
        2、信号设置

        3、调节模式切换逻辑
        （1）监控初始方式为开度模式。
        （2）监控系统有功调节模式跟踪调速器功率闭环投/退状态，当调速器功率闭环投入则切换为功率模式，反之切换为开度模式。
        （3）监控系统可手动实现开度模式和功率模式之间的切换（上位机和触摸屏发令改变调速器调节模式）。
        4、安全闭锁逻辑
        在满足调速器功率闭环投入条件下，出现以下4条中任意1条，功率模式自动切换至开度模式，并退出单机PID调节，但开度模式任何情况下不允许自动切换至功率模式：
        （1）负荷调节目标值传递通道故障（监控模出模件故障或者监控与调速器通信中断）。
        （2）监控负荷调节目标值与调速器反馈值的差值大于定值，且达到时间延时。
        （3）调速器的1、2号功率变送器采样值之差小于10MW时，任意功率变送器采样值与监控系统的功率采样值之差大于40MW，延时15S；（调速器的1、2号功率变送器采样值之差大于10MW在上位机报警）；
        （1）调速器功率闭环远方可投把手退出。
        不满足满足“调速器功率闭环模式下AND 机组有功PID调节退出”，监控负荷调节目标值跟踪实发值。
        5、试验
        （1）静态试验
        ◆静态试验1——监控虚拟机/触摸屏发令调速器功率闭环（功率模式）投退试验。
        ◆静态试验2——模拟发电态，强制监控侧有功功率可调条件满足。在调速器功率闭环（功率模式）触摸屏下发有功设定值，检验数据转换正确性，检验调速器反馈有功值的正确性。
        ◆静态试验3——功率模式自动切开度模式静态试验
        ◆静态试验4——在静态、功率模式下，进行PLC掉电或重启或主从切换试验
        ◆静态试验5——在功率模式下，“调速器功率闭环状态退出”或“调速器在手动位置” 或“调速器功率闭环模式下AND 机组有功PID调节退出”模出设定值是否跟踪实发值试验。
        （2）动态试验
        开度模式下将机组自动开机至并网，带30MW负荷，稳定5分钟。在调速器功率闭环参数窗口，检查调速器预设的参数是否正常。
        ◆动态试验1——调速器控制方式“手动”方式下闭锁试验
        （1）调速器控制方式切换把手切至“手动”位；
        （2）将调速器电柜功率闭环把手投入，检查是否可以投入功率模式，检查调速器是否收到监控下发的功率给定，调速器功率闭环（功率模式）信号是否报出。
        ◆动态试验2——调速器控制方式 “自动”方式下，模式切换试验及安全闭锁试验
        ◆动态试验3——开度模式/功率模式下调速器功率调节情况对比试验
        在开度模式下，监控分别下发有功功率给定值——50MW、100 MW、180MW、400 MW、200MW、80MW、30MW，观察调速器功率调节情况。
        在功率模式下，监控分别下发有功功率给定值——50MW、100 MW、180MW、400 MW、200MW、80MW、30MW，观察调速器功率调节情况。
        ◆动态试验4——功率模式下小负荷调节试验（单机人工调节有功设定值）
        ◆动态试验5——功率模式下大负荷阶跃及机组反向响应延时试验（单机人工调节有功设定值）
        动态试验4正常情况且找出最优PID参数情况下，验证该组PID参数是否在大负荷阶跃下适用，是否满足《中国南方电网自动发电控制（AGC）技术规范》要求。试验方法如下：
        大负荷阶跃响应测试：下发15%机组容量的负荷调节指令，向下调节两次再向上调节两次。每次调整的时间间隔为10分钟。测试机组响应时间、调节速率、负荷调节动态偏差、静态偏差。各参数的最终值取4次测试的平均值。
        机组反向响应延时测试：下发10%机组容量的向下负荷调节，实际负荷响应完成该次调节量80%时将目标负荷指令重新恢复为调整前设定值。向上发指令重复一次，计算反向延时。反向延时时间取两次平均。
        ◆动态试验6——机组处功率模式下穿越振动区实验
        全厂AGC闭环控制，机组参与全厂AGC成组控制，根据试验时全厂负荷曲线，将1台或2台发电机组退出全厂AGC成组控制，通过人工调整未参与AGC成组控制机组的有功负荷使机组分别向上、向下穿越振动区。
        三、结语
        调速器功率闭环方式简化了功率调节的环节，监控只将有功设定值给调速器，具体的PID闭环由调速器自身完成，功能区分更加明确。调速器功率闭环调节效果对调节起到了更加重要的作用，其参数设置及逻辑成为关键，实施过程中应逐步实施、仔细验证，防止误调误控的发生。