提高水電廠AGC調(diào)節(jié)性能的技術(shù)措施

提高水電廠AGC調(diào)節(jié)性能的技術(shù)措施作者：唐亞波來源：《中國(guó)科技博覽》2014年第14期［摘要］分析了目前水電廠AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的不足，提出了一種新的調(diào)節(jié)方式，并在銀盤水電廠AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)中加以運(yùn)用。實(shí)踐表明采用改調(diào)節(jié)方式后，水電廠AGC調(diào)節(jié)性能有較大提高。［關(guān)鍵詞］水電廠；AGC；調(diào)節(jié)性能；技術(shù)措施中圖分類號(hào)：TL503.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0引言水電廠的自動(dòng)發(fā)電控制［1］（AGC為AutomationGeneratorControl縮寫）是指按預(yù)定的條件和要求，以迅速經(jīng)濟(jì)的方式自動(dòng)控制水電廠有功功率來滿足電力系統(tǒng)的需要。水電廠AGC控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)AGC控制系統(tǒng)的一部分，作為電力系統(tǒng)AGC控制系統(tǒng)的執(zhí)行端，對(duì)電力系統(tǒng)電能的調(diào)節(jié)起著至關(guān)重要的作用。銀盤水電廠地處重慶市武隆縣，是烏江干流水電開發(fā)規(guī)劃的第十一個(gè)梯級(jí)，安裝4臺(tái)150MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，電廠AGC功能于2013年10月正式投運(yùn)參與重慶電網(wǎng)調(diào)節(jié)，在運(yùn)行過程中AGC調(diào)節(jié)精度和速率達(dá)不到《華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（試行）》及《華中區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《兩個(gè)細(xì)則》）的要求（即調(diào)節(jié)速率大于最大機(jī)組額定容量的80%/Min，調(diào)節(jié)精度小于±3%），受到調(diào)度考核，影響了電廠效益。針對(duì)AGC調(diào)節(jié)性能達(dá)不到兩個(gè)細(xì)則考核要求的問題，銀盤水電廠組織監(jiān)控廠家、調(diào)速廠家、電科院人員進(jìn)行專項(xiàng)研究，通過對(duì)AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，有效地解決了AGC調(diào)節(jié)性能差的問題，提高了機(jī)組的有功功率調(diào)節(jié)品質(zhì)，避免了調(diào)度的考核。1改進(jìn)前AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)分為三層，一是調(diào)度層，二是監(jiān)控層，三是調(diào)速器層。調(diào)度層負(fù)責(zé)下發(fā)全廠有功功率給定值至監(jiān)控層。監(jiān)控層由上位機(jī)（AGC程序）和下位機(jī)（機(jī)組LCU）構(gòu)成，上位機(jī)AGC程序接收調(diào)度下發(fā)的全廠有功設(shè)定值，并根據(jù)當(dāng)前全廠每臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)區(qū)以及當(dāng)前水頭等信息將當(dāng)前有功功率給定值合理分配到各臺(tái)機(jī)組LCU。機(jī)組LCU將上位機(jī)下發(fā)的有功功率給定值和實(shí)發(fā)值進(jìn)行pid運(yùn)算，在每一個(gè)pid運(yùn)算周期，輸出逐步遞減的脈寬信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的增、減有功繼電器同步動(dòng)作及復(fù)歸。增、減有功這2個(gè)繼電器，采用硬接線的方式將繼電器輸出接點(diǎn)傳至調(diào)速器，調(diào)速器工作在開度模式，根據(jù)繼電器節(jié)點(diǎn)信號(hào)對(duì)機(jī)組導(dǎo)葉開度、槳葉開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，繼而達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組有功功率的目的。2存在的問題及原因分析AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種間接式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)改進(jìn)前整個(gè)AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)由監(jiān)控接收調(diào)度下發(fā)的有功功率給定值，并在上位機(jī)進(jìn)行AGC運(yùn)算后，將有功功率給定值分配到每臺(tái)機(jī)組的現(xiàn)地LCU中，在現(xiàn)地LCUPID運(yùn)算模塊進(jìn)行有功功率閉環(huán)控制后輸出調(diào)節(jié)脈沖至調(diào)速器，調(diào)速器工作在開度模式，按調(diào)節(jié)脈沖控制導(dǎo)葉開度和槳葉開度（軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組需要同時(shí)調(diào)整槳葉開度）。由此可見，整個(gè)AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是監(jiān)控AGC分配-現(xiàn)地LCU有功PID控制-調(diào)速器脈沖調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式，這樣在整個(gè)AGC調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)多了一個(gè)現(xiàn)地LCU有功PID控制這一中間環(huán)節(jié)，導(dǎo)致有功功率的調(diào)節(jié)滯后于有功功率的變化，因?yàn)閷?duì)于調(diào)速器來說實(shí)際上已成為一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)調(diào)速器工作在開度模式，只負(fù)責(zé)接收監(jiān)控輸出的調(diào)節(jié)脈沖，將調(diào)節(jié)脈沖換算成開度給定，對(duì)機(jī)組導(dǎo)葉開度和槳葉開度進(jìn)行調(diào)整，而不管機(jī)組有功功率如何變化，調(diào)速器對(duì)于有功功率調(diào)節(jié)來說是一個(gè)開環(huán)環(huán)節(jié)，這樣往往會(huì)導(dǎo)致調(diào)速器調(diào)節(jié)機(jī)組出力時(shí)很容易造成超調(diào)，再加上機(jī)組有功功率的變化本身就滯后于水輪機(jī)導(dǎo)葉開度的變化［2］，而等監(jiān)控現(xiàn)地LCUPID模塊反應(yīng)過來再進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，指令已經(jīng)滯后于有功功率的變化了，所以AGC調(diào)節(jié)精度難以保證。AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)難以滿足調(diào)節(jié)要求改進(jìn)前的AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有功功率的閉環(huán)是在監(jiān)控現(xiàn)地LCUPID模塊中實(shí)現(xiàn)的，一般情況下，現(xiàn)地CUPID模塊中的脈沖寬度和調(diào)節(jié)周期經(jīng)過整定后就不會(huì)再變化，但由于在不同的機(jī)組水頭下，同一導(dǎo)葉開度對(duì)應(yīng)于機(jī)組的不同有功功率，且在恒定水頭下，被控機(jī)組有功功率與水輪機(jī)導(dǎo)葉開度之間呈非線性特性［3］，所以在水頭變化和在不同的有功功率區(qū)域，則監(jiān)控系統(tǒng)的pid控制很難用一組或者幾組參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，往是參數(shù)調(diào)整完畢后勉強(qiáng)滿足當(dāng)時(shí)工況的有功調(diào)節(jié)要求，而數(shù)天后甚至數(shù)小時(shí)因?yàn)樗^的變化、調(diào)速系統(tǒng)工況變化等因素，pid參數(shù)又不適應(yīng)了，調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)超調(diào)。3改進(jìn)措施3.1采用調(diào)速器功率閉環(huán)直接調(diào)節(jié)模式通過以上分析，在AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，如果能夠避開現(xiàn)地LCUPID運(yùn)算模塊這個(gè)環(huán)節(jié)，將監(jiān)控AGC分配的有功功率給定值直接傳送至調(diào)速器，由調(diào)速器依據(jù)一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的有功功率，就能避免目前調(diào)節(jié)品質(zhì)差的弱點(diǎn)，即監(jiān)控系統(tǒng)只是根據(jù)AGC分配結(jié)果將有功設(shè)定值傳送給調(diào)速器，由調(diào)速器完成有功功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，直接以有功功率給定與當(dāng)前有功功率的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，實(shí)時(shí)作用于導(dǎo)葉接力器和槳葉接力器，夠快速地將有功功率調(diào)整至有功功率目標(biāo)值，保證了調(diào)節(jié)機(jī)組出力的速動(dòng)性，減少了監(jiān)控系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷這個(gè)中間環(huán)節(jié)，提高了功率調(diào)節(jié)的效率。3.2采用功率自適應(yīng)參數(shù)由于水輪發(fā)電機(jī)有功功率隨著水頭變化而不同，為了避免出現(xiàn)監(jiān)控進(jìn)行有功功率調(diào)節(jié)模式的參數(shù)不適應(yīng)問題，在調(diào)速器程序中采用調(diào)節(jié)參數(shù)隨水頭自適應(yīng)算法，就可以保證在不同水頭下有功功率調(diào)節(jié)品質(zhì)。銀盤水電廠于2013年12月至2014年3月分別對(duì)4臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造，改造后AGC調(diào)節(jié)速率由90MW/MIN變?yōu)?25MW/MIN，AGC調(diào)節(jié)精度由3.8%變?yōu)椤?%，達(dá)到了華中電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則考核要求，具體實(shí)施方案如下：3.1監(jiān)控系統(tǒng)增加有功功率模擬量輸出信號(hào)至調(diào)速器監(jiān)控系統(tǒng)將有功功率給定值通過4?20mA模擬量輸出方式送至調(diào)速器，調(diào)速器再將收到的有功功率給定值返送至監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行比較，偏差過大立即報(bào)警，以防止調(diào)速器收到的給定值與監(jiān)控下發(fā)給定值不一致。3.2監(jiān)控系統(tǒng)中增加投調(diào)速器功率模式、投調(diào)速器開度模式功能在監(jiān)控系統(tǒng)中增加2個(gè)脈沖型開出信號(hào)，定義為：投調(diào)速器功率調(diào)節(jié)、投調(diào)速器開度調(diào)節(jié)，分別用于控制選擇調(diào)速器的調(diào)節(jié)方式，接入調(diào)速器相應(yīng)開入點(diǎn)。在監(jiān)控系統(tǒng)增加2個(gè)開入信號(hào)，定義為：調(diào)速器在功率調(diào)節(jié)模式、調(diào)速器在開度調(diào)節(jié)模式，由調(diào)速器送至監(jiān)控，用于顯示和判斷當(dāng)前調(diào)速器的實(shí)際調(diào)節(jié)模式。在監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組發(fā)電流程做以下邏輯：機(jī)組并網(wǎng)成功后自動(dòng)將投調(diào)速器功率調(diào)節(jié)。同時(shí)在監(jiān)控畫面中增加投調(diào)速器功率模式、投調(diào)速器開度模式操作按鈕，由運(yùn)行人員手動(dòng)進(jìn)行調(diào)速器模式切換。3.3在調(diào)速器程序中增加功率調(diào)節(jié)模式，進(jìn)行功率閉環(huán)調(diào)節(jié)在調(diào)速器程序中增加功率調(diào)節(jié)模式，將監(jiān)控下發(fā)的有功功率給定值與機(jī)組實(shí)際功率測(cè)量值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)。調(diào)速器采用比例積分算法，依據(jù)有功功率給定值與有功功率測(cè)量值的偏差值大小，分成3段調(diào)節(jié)，即將功率偏差A(yù)P分成三段，AP1>AP2>AP3，分別采用三段斜率，斜率K1>K2>K3,將有功功率調(diào)整至有功功率給定值，大的斜率使實(shí)際功率快速向有功功率給定值趨近，從而使調(diào)節(jié)過程快速；而在后期小的斜率則使功率調(diào)節(jié)過程近似于單調(diào)的調(diào)節(jié)特性，不至于出現(xiàn)過大的超調(diào)。同時(shí)采用調(diào)節(jié)參數(shù)隨水頭自適應(yīng)算法，設(shè)Ke為機(jī)組額定水頭He時(shí)的調(diào)節(jié)斜率，則在不同水頭下第一段調(diào)節(jié)斜率K1的表達(dá)式為：K1=Ke+a(He-H)/(Hmax-Hmin)，式中：Hmax，Hmin分別為機(jī)組最高水頭和最低水頭；a為水頭適應(yīng)系數(shù)。當(dāng)水頭高時(shí)功率調(diào)節(jié)的第1段斜率K1小，保證功率調(diào)節(jié)不出現(xiàn)大的超調(diào)；水頭低時(shí)，K1大，保證低水頭下功率調(diào)節(jié)的快速性。這樣在不同水頭下，機(jī)組的功率調(diào)節(jié)過程不至于出現(xiàn)速度上的過大差別，也不易產(chǎn)生超調(diào)。調(diào)速器工作在功率模式時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)比較監(jiān)控系統(tǒng)的功率設(shè)定值和調(diào)速器返送回來的功率設(shè)定值，如果差值大于10%額定負(fù)荷，則認(rèn)為信號(hào)傳送有誤或調(diào)速器故障，監(jiān)控系統(tǒng)將調(diào)速器控制方式由功率模式切換至開度模式，即由監(jiān)控系統(tǒng)完成功率閉環(huán)調(diào)節(jié)。調(diào)速器工作在功率模式時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)比較監(jiān)控系統(tǒng)采集的功率實(shí)發(fā)值和有功功率給定值的偏差，按照功率偏差大小設(shè)置不同的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行延時(shí)報(bào)警，從而判斷有功功率調(diào)節(jié)是否超時(shí)，如果超時(shí)則將監(jiān)控系統(tǒng)將調(diào)速器控制方式由功率模式切換至開度模式，即由監(jiān)控系統(tǒng)完成功率閉環(huán)調(diào)節(jié)。調(diào)速器工作在功率模式時(shí)，如果調(diào)速器采集機(jī)組有功功率故障，則自動(dòng)切至開度模式運(yùn)行，有功功率閉環(huán)調(diào)節(jié)由監(jiān)控系統(tǒng)完成。4結(jié)語本文分析了目前水電廠AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)中存在的問題，提出了將AGC有功功率給定值直接以模擬量輸出形式送入調(diào)節(jié)器，由調(diào)速器完成功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，避免了經(jīng)現(xiàn)地LCUPID模塊運(yùn)算后進(jìn)行脈沖輸出的間接控制帶來的功率超調(diào)問題。由調(diào)速器增加功率調(diào)節(jié)模式，完成功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而保證了功率調(diào)節(jié)的快速性和穩(wěn)定性，將此改造方案在銀盤水電廠AGC調(diào)節(jié)系統(tǒng)中實(shí)施，獲得了滿