PID調(diào)節(jié)程序教程

1、12PID程序功能 監(jiān)控系統(tǒng)對機組的控制主要有兩大塊功能，一是機組的順控操作，主要以開停機為主。二就是機組的PID調(diào)節(jié) ，即對機組有、無功出力進行控制。PID調(diào)節(jié)程序的功能就是機組并網(wǎng)后控制、調(diào)節(jié)機組的有、無功出力將其實發(fā)值保持在人為設(shè)定的要求范圍之內(nèi)。其功能本身又可分為三個部分。 31、調(diào)節(jié)，即通過程序計算出的脈沖量輸出來控制機組出力的升或降。 2、監(jiān)視，即在平時機組運行時監(jiān)視其出力是否在要求范圍之內(nèi)，如果超出及需對機組進行調(diào)節(jié)以恢復到設(shè)定值。 3、調(diào)節(jié)保護，即在調(diào)節(jié)過程中對機組的各項參數(shù)進行監(jiān)視，防止機組在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)異常，如果有問題出現(xiàn)就需作出相應的反映和報警。4PID調(diào)節(jié)原理 監(jiān)控系

2、統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)是典型的工業(yè)閉環(huán)調(diào)節(jié)。一個傳統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括控制器傳感器變送器執(zhí)行機構(gòu)輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口執(zhí)行機構(gòu)加到被控系統(tǒng)上控制系統(tǒng)的被控量經(jīng)過傳感器變送器通過輸入接口送到控制器。在監(jiān)控系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)程序就是控制器，開出繼電器接點就是輸出接口，調(diào)速器或勵磁裝置是執(zhí)行機構(gòu)，機組是最終的被控系統(tǒng)。機組的有、無功為被控量，PT、CT為傳感器，交流采集裝置或交流量變送器為變送器，模擬量或通訊接口為輸入接口最終將被控量的值送回PID調(diào)節(jié)程序。原理相同但在機組調(diào)節(jié)具體實現(xiàn)方法上有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)是完全不同的。 51、有功調(diào)節(jié) 通過調(diào)速器實現(xiàn)，其原理是通過控制機組的導葉開度（也可能

3、包括漿葉開度或噴針開度）來控制通過機組的水流量來控制機組的有功出力。其特點是調(diào)節(jié)速度較慢，各種不同機組的調(diào)節(jié)特性區(qū)別較大。 62、無功調(diào)節(jié) 通過勵磁裝置實現(xiàn)，其原理為通過控制機組的勵磁電流和電壓來控制機組的無功出力。其特點是調(diào)節(jié)速度較快，各種不同機組的調(diào)節(jié)特性區(qū)別不大。 7PID調(diào)節(jié)的要求 在監(jiān)控系統(tǒng)中對程序的要求是在12分鐘內(nèi)，快速、平滑、安全地將機組的有功無功負荷調(diào)整到目標值、平時防止溜負荷現(xiàn)象。快速是指能較快的響應負荷設(shè)定，在較短時間內(nèi)將實發(fā)值調(diào)到死區(qū)范圍內(nèi)，平滑主要是指負荷不要出現(xiàn)大的超調(diào)，造成負荷波動。安全即指調(diào)節(jié)中機組的各項參數(shù)都不能超出安全的范圍。 8PID調(diào)節(jié)算法 PID調(diào)節(jié)算

4、法本身并不很復雜。這是一個典型的PID算法。 PID調(diào)節(jié)中有Kp、Ki、Kd三個主要參數(shù)，分別為比例項參數(shù)、積分項參數(shù)和微分項參數(shù)。 比例項參數(shù)Kp：在負荷調(diào)節(jié)中起主導作用，計算時根據(jù)設(shè)定值和實測值的差值乘以比例系數(shù)得出一個調(diào)節(jié)脈寬值. 選擇合適的比例項參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)節(jié)到目標值，滿足調(diào)節(jié)快速的要求。 積分項參數(shù)Ki：是為了消除進入穩(wěn)態(tài)后的穩(wěn)態(tài)誤差而引入的參數(shù)，通常不使用（Ki=0）。 微分項參數(shù)Kd：為了克服調(diào)節(jié)中的慣性環(huán)節(jié)或滯后誤差有可能出現(xiàn)超調(diào)振蕩甚至失穩(wěn)而引入的參數(shù)，可根據(jù)超調(diào)振蕩的次數(shù)酌情選擇，滿足調(diào)節(jié)平滑的要求.計算時根據(jù)兩次調(diào)節(jié)間實測值的差值乘以微分系數(shù)得出一個調(diào)節(jié)脈寬值。

5、最終的輸出的調(diào)節(jié)脈寬即是這三者的和. 9PID調(diào)節(jié)的保護及閉鎖 PID的算法本身計算出脈寬控制負荷的調(diào)節(jié),但并不能負責調(diào)節(jié)的安全,所以需要在算法程序的外圍有相應的閉鎖和保護程序,保證調(diào)節(jié)的安全. 其中閉鎖和保護是兩個不同的概念,程序的具體實現(xiàn)也是不同的.閉鎖是指當某項電氣條件達到閉鎖限定值時,PID程序?qū)⑾嚓P(guān)的輸出閉鎖，禁止其輸出，PID程序繼續(xù)執(zhí)行，一旦閉鎖電氣條件恢復正常值時，PID程序就自動解除其相關(guān)的輸出閉鎖，允許其輸出。而PID保護是指邊界條件達到保護限定值時，整個PID程序退出。直到有人為投入時再進行運行。 10閉鎖 定子電流 定子電流上限閉鎖：閉鎖有、無功增調(diào)節(jié)。防止機組過流從而

6、引起機組過負荷溫度過高。 轉(zhuǎn)子電壓 轉(zhuǎn)子電壓上、下限閉鎖：閉鎖無功增、減調(diào)節(jié)。針對勵磁裝置閉鎖。 轉(zhuǎn)子電流 轉(zhuǎn)子電流上、下限閉鎖：閉鎖無功增、減調(diào)節(jié)。針對勵磁裝置閉鎖。 定子電壓 定子電壓下限閉鎖：閉鎖無功減調(diào)節(jié)。針對勵磁裝置閉鎖。11保護 超時保護 負荷差保護 頻率保護 12保護 超時保護 超時保護是指在經(jīng)過長時間內(nèi)PID調(diào)節(jié)未進入死區(qū)，PID調(diào)節(jié)退出。PID調(diào)節(jié)進入死區(qū)都應有一定的時間限制，調(diào)試正常的PID程序都應在12分鐘內(nèi)將負荷調(diào)進死區(qū)，一旦在過長的時間內(nèi)仍未進入死區(qū)說明在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就需退出調(diào)節(jié)，進行人為干預處理。對于超時保護，我方程序一般有兩種處理，上位機程序采用的是統(tǒng)計調(diào)節(jié)

7、次數(shù)，當調(diào)節(jié)次數(shù)大于限定次數(shù)時就認為超時退出。LCU程序采用的統(tǒng)計調(diào)節(jié)時間，當時間大于限定時間時就認為超時退出。超時保護對有、無功調(diào)節(jié)都有效。 13保護 負荷差保護 負荷差保護是指在PID調(diào)節(jié)過程中負荷發(fā)生過大變化，PID調(diào)節(jié)退出。PID調(diào)節(jié)需滿足平滑、安全的調(diào)節(jié)要求，因此調(diào)試正常的PID程序都不應出現(xiàn)負荷突變的現(xiàn)象，一旦負荷突變就說明在整個回路中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，需要將程序退出運行。負荷差保護對有、無功調(diào)節(jié)都有效。 14保護 頻率保護 率保護是指當頻率高于一定限值時PID程序退出。正常情況下機組并在網(wǎng)上其頻率應相當穩(wěn)定，如果發(fā)生頻率過高說明機組可能已脫離電網(wǎng)或電網(wǎng)自身有重大事故，這時需將PI

8、D調(diào)節(jié)退出。頻率保護對有、無功調(diào)節(jié)都有效。 15PID計算的參數(shù) 調(diào)節(jié)周期參數(shù) 調(diào)節(jié)死區(qū)值 調(diào)節(jié)PID參數(shù) 調(diào)節(jié)的保護及閉鎖參數(shù) 16調(diào)節(jié)周期參數(shù) 調(diào)節(jié)周期參數(shù)的設(shè)定是規(guī)定了有、無功調(diào)節(jié)的計算周期。一般有功調(diào)節(jié)周期為48秒。無功調(diào)節(jié)周期為24秒。當調(diào)節(jié)過慢時可適當縮短調(diào)節(jié)周期，相反當調(diào)節(jié)過快出現(xiàn)超調(diào)時可適當加長調(diào)節(jié)周期。 17調(diào)節(jié)死區(qū)值 一般機組容量在50MW以下的設(shè)置為1MW，機組容量在50MW以上的設(shè)置為3MW，機組容量在200MW以上的設(shè)置為5MW。 18調(diào)節(jié)PID參數(shù) PID計算中的Kp、Ki、Kd即比例項參數(shù)、積分項參數(shù)和微分項參數(shù)，在設(shè)定時因為采集方式、調(diào)節(jié)設(shè)備的不同沒有一定的定值

9、。需要根據(jù)現(xiàn)場的條件決定，大致的計算條件是算出的脈寬大部分在最大及最小脈寬之間，通過不停的調(diào)試最終滿足PID調(diào)節(jié)要求的參數(shù)。通過調(diào)整比例系數(shù)來調(diào)整調(diào)節(jié)的快慢，調(diào)整比例、微分項參數(shù)來防止超調(diào)。積分項參數(shù)一般不用。 19調(diào)節(jié)的保護及閉鎖參數(shù) PID調(diào)節(jié)程序有許多保護及閉鎖環(huán)節(jié)，因此也需要設(shè)定各自的參數(shù):定子電流上限閉鎖：需現(xiàn)場用戶給出。定子電壓下限閉鎖：需現(xiàn)場用戶給出。轉(zhuǎn)子電壓上、下限閉鎖：需現(xiàn)場用戶給出。 轉(zhuǎn)子電流上、下限閉鎖：需現(xiàn)場用戶給出。 超時保護：如是上位機調(diào)節(jié)，其次數(shù)是20次(NC2000)，不可調(diào)。如LCU調(diào)節(jié)，有功調(diào)節(jié)一般是23分鐘 。 無功調(diào)節(jié)一般是12分鐘，需與用戶討論。負荷差

10、保護：一般采用滿負荷的25%，需與用戶討論。 頻率保護：一般為5152Hz，需與用戶討論。需特別注意的是頻率測量容易飄動，因此這個保護必須有濾波處理。 20調(diào)節(jié)的保護及閉鎖參數(shù)8. 最大脈寬：即一個調(diào)節(jié)周期中算出的調(diào)節(jié)脈寬的最大允許值，凡計算出大于最大脈寬的值按最大脈寬輸出，此項設(shè)定的作用是防止計算的脈寬太大，調(diào)節(jié)過快。一般有功調(diào)節(jié)的最大脈寬為2秒，也可按調(diào)節(jié)周期的百分比計(30%40%)算得出。一般無功調(diào)節(jié)的最大脈寬為1秒。此項參數(shù)也可用來進行對調(diào)節(jié)速度進行輔助控制，調(diào)節(jié)速度過快可將最大脈寬設(shè)小，反之將其設(shè)大。 最小脈寬：即一個調(diào)節(jié)周期中算出的調(diào)節(jié)脈寬的最小允許值，凡計算出小于最小脈寬的值按

11、最小脈寬輸出，此項設(shè)定的作用是防止計算的脈寬太小，調(diào)節(jié)過慢，無法進入死區(qū)。一般調(diào)節(jié)的最小脈寬為50200毫秒。 設(shè)定值有效性范圍：即對PID設(shè)定值進行合法性判斷，其范圍應是機組允許的最大、最小負荷。 21外界條件對PID調(diào)節(jié)的影響 水頭變化 不同機組類型的影響 雙機單變式接線方式對無功調(diào)節(jié)的影響 22水頭變化 機組在不同的時期運行其水頭高低會相應變化，一般豐水期水頭較低，枯水期水頭較高。對于低水頭機組而言，水頭變化率更大。在較高的水頭下，有功調(diào)節(jié)的速率變快，容易造成超調(diào)，相反在較低的水頭下有功調(diào)節(jié)容易過慢?，F(xiàn)在在電廠一般會將水頭信號引入調(diào)速器，由其控制不同水頭條件下的調(diào)節(jié)速率問題，我方的PID

12、程序相對影響較小。如果不是這樣則需考慮在程序中設(shè)立兩組PID參數(shù)來對應不同的情況，使用時由上位機發(fā)令選擇。 23不同機組類型的影響 水輪機的類型較多，不同的機械結(jié)構(gòu)決定了它們有不同的調(diào)節(jié)特性，這主要是針對有功調(diào)節(jié)而言，無功調(diào)節(jié)區(qū)別并不是很大。 24雙機單變式接線方式對無功調(diào)節(jié)的影響 雙機單變式接線方式是指兩臺機組掛在一個主變下方，兩臺機組間有一定的電氣聯(lián)系。如果B機投入了無功PID調(diào)節(jié)則這時就會將無功負荷往回拉，反過來又會影響正在升高無功的A機，最終結(jié)果是兩機之間發(fā)生無功震蕩，無法穩(wěn)定。對于這種現(xiàn)象，單機的PID調(diào)節(jié)無法解決，問題出在勵磁裝置，解決的方法只有將勵磁的調(diào)差系數(shù)調(diào)整好。 25PID

13、調(diào)節(jié)的注意事項 測值品質(zhì)檢查 假并網(wǎng)時必須退出PID調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)前需核對數(shù)據(jù)正確 初次調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定 從小范圍調(diào)節(jié)到滿負荷調(diào)節(jié) 26測值品質(zhì)檢查 PID調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)建立在信號采集正確上，因此測值的品質(zhì)好壞判斷很重要。監(jiān)控系統(tǒng)對交流量的采集主要有兩種方式，一是通過變送器由模擬量采集，它的品質(zhì)判斷有兩點首先是模擬量通道狀態(tài)判斷，其次是測量值的合法性判斷。第二種方式是通過通信由交流量采集裝置采集，它的品質(zhì)判斷也有兩點，一是通信本身是否正常，二是測量值的合法性判斷。如果測值品質(zhì)非法則PID調(diào)節(jié)也應退出。 27假并網(wǎng)時必須退出PID調(diào)節(jié) 在現(xiàn)場作PID調(diào)節(jié)試驗前肯定會作同期假并網(wǎng)試驗，這個試驗一般利用空載到發(fā)

14、電流程，這時需注意的是如果流程中有開機自動帶基荷功能就必須先將其閉鎖。因為假并網(wǎng)時刀閘拉開，機組根本無法帶負荷，如果投入PID調(diào)節(jié)就有可能將機組調(diào)至飛逸，十分危險。 28調(diào)節(jié)前需核對數(shù)據(jù)正確 在并網(wǎng)后調(diào)節(jié)試驗前電廠會手動帶負荷測試調(diào)速器和勵磁，這時監(jiān)控需核對采集的電氣量是否正確，方法是看我們的顯示值和邊上的勵磁或其他設(shè)備上的測值是否一致，從而效驗了PT、CT設(shè)值的正確性，還有一點需注意的是現(xiàn)場CT有可能方向接反，這樣功率就正負顛倒了。 29初次調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定 當?shù)谝淮握{(diào)節(jié)時需將各項參數(shù)放到較安全的范圍，例如將調(diào)節(jié)周期放長，比例系數(shù)放小，最大脈寬放短等,設(shè)參數(shù)時可先通過筆算計算出一個比例系數(shù),將脈寬時間控制在最大和最小脈寬之間. 30從小范圍調(diào)節(jié)到滿負荷調(diào)節(jié) 當PID試驗進行時不能一次性進行滿負荷調(diào)節(jié)，可按25%、50%、100%的方案逐步漸進，以保證調(diào)節(jié)試驗的安全，并不停的調(diào)整各項參數(shù)。 31單步調(diào)節(jié)與PID調(diào)節(jié)的切換 單步調(diào)節(jié)是指在上位機發(fā)令直接驅(qū)動調(diào)節(jié)繼電器對機組負荷進行很小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，需注意的是因為單步調(diào)節(jié)直接驅(qū)動調(diào)節(jié)繼電器所以它對正常運行的PID調(diào)節(jié)是互相干擾的, 單步調(diào)節(jié)會將正常的PID調(diào)節(jié)平衡打破,而PID隨后又會將單步調(diào)節(jié)造成的負荷變化調(diào)整到原來狀態(tài).所以單步調(diào)節(jié)與PID調(diào)節(jié)必須互相閉鎖,在上位機上發(fā)單步