提高水電廠AGC調節(jié)性能的技術措施

提高水電廠AGC調節(jié)性能的技術措施作者：唐亞波來源：《中國科技博覽》2014年第14期［摘要］分析了目前水電廠AGC調節(jié)系統(tǒng)中的不足，提出了一種新的調節(jié)方式，并在銀盤水電廠AGC調節(jié)系統(tǒng)中加以運用。實踐表明采用改調節(jié)方式后，水電廠AGC調節(jié)性能有較大提高。［關鍵詞］水電廠；AGC；調節(jié)性能；技術措施中圖分類號：TL503.6文獻標識碼：A文章編號：0引言水電廠的自動發(fā)電控制［1］（AGC為AutomationGeneratorControl縮寫）是指按預定的條件和要求，以迅速經濟的方式自動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，對電力系統(tǒng)電能的調節(jié)起著至關重要的作用。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)劃的第十一個梯級，安裝4臺150MW軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，電廠AGC功能于2013年10月正式投運參與重慶電網調節(jié)，在運行過程中AGC調節(jié)精度和速率達不到《華中區(qū)域并網發(fā)電廠輔助服務管理實施細則（試行）》及《華中區(qū)域發(fā)電廠并網運行管理實施細則（試行）》（以下簡稱《兩個細則》）的要求（即調節(jié)速率大于最大機組額定容量的80%/Min，調節(jié)精度小于±3%），受到調度考核，影響了電廠效益。針對AGC調節(jié)性能達不到兩個細則考核要求的問題，銀盤水電廠組織監(jiān)控廠家、調速廠家、電科院人員進行專項研究，通過對AGC調節(jié)系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，有效地解決了AGC調節(jié)性能差的問題，提高了機組的有功功率調節(jié)品質，避免了調度的考核。1改進前AGC調節(jié)系統(tǒng)結構及工作原理AGC調節(jié)系統(tǒng)分為三層，一是調度層，二是監(jiān)控層，三是調速器層。調度層負責下發(fā)全廠有功功率給定值至監(jiān)控層。監(jiān)控層由上位機（AGC程序）和下位機（機組LCU）構成，上位機AGC程序接收調度下發(fā)的全廠有功設定值，并根據當前全廠每臺機組的振動區(qū)以及當前水頭等信息將當前有功功率給定值合理分配到各臺機組LCU。機組LCU將上位機下發(fā)的有功功率給定值和實發(fā)值進行pid運算，在每一個pid運算周期，輸出逐步遞減的脈寬信號，驅動相應的增、減有功繼電器同步動作及復歸。增、減有功這2個繼電器，采用硬接線的方式將繼電器輸出接點傳至調速器，調速器工作在開度模式，根據繼電器節(jié)點信號對機組導葉開度、槳葉開度進行調節(jié)，繼而達到調節(jié)機組有功功率的目的。2存在的問題及原因分析AGC調節(jié)系統(tǒng)是一種間接式調節(jié)結構改進前整個AGC調節(jié)系統(tǒng)由監(jiān)控接收調度下發(fā)的有功功率給定值，并在上位機進行AGC運算后，將有功功率給定值分配到每臺機組的現地LCU中，在現地LCUPID運算模塊進行有功功率閉環(huán)控制后輸出調節(jié)脈沖至調速器，調速器工作在開度模式，按調節(jié)脈沖控制導葉開度和槳葉開度（軸流轉槳式機組需要同時調整槳葉開度）。由此可見，整個AGC調節(jié)系統(tǒng)的結構是監(jiān)控AGC分配-現地LCU有功PID控制-調速器脈沖調節(jié)的結構形式，這樣在整個AGC調節(jié)環(huán)節(jié)多了一個現地LCU有功PID控制這一中間環(huán)節(jié)，導致有功功率的調節(jié)滯后于有功功率的變化，因為對于調速器來說實際上已成為一個隨動系統(tǒng)，當調速器工作在開度模式，只負責接收監(jiān)控輸出的調節(jié)脈沖，將調節(jié)脈沖換算成開度給定，對機組導葉開度和槳葉開度進行調整，而不管機組有功功率如何變化，調速器對于有功功率調節(jié)來說是一個開環(huán)環(huán)節(jié)，這樣往往會導致調速器調節(jié)機組出力時很容易造成超調，再加上機組有功功率的變化本身就滯后于水輪機導葉開度的變化［2］，而等監(jiān)控現地LCUPID模塊反應過來再進行調節(jié)時，指令已經滯后于有功功率的變化了，所以AGC調節(jié)精度難以保證。AGC調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)參數難以滿足調節(jié)要求改進前的AGC調節(jié)系統(tǒng)，有功功率的閉環(huán)是在監(jiān)控現地LCUPID模塊中實現的，一般情況下，現地CUPID模塊中的脈沖寬度和調節(jié)周期經過整定后就不會再變化，但由于在不同的機組水頭下，同一導葉開度對應于機組的不同有功功率，且在恒定水頭下，被控機組有功功率與水輪機導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來實現，往是參數調整完畢后勉強滿足當時工況的有功調節(jié)要求，而數天后甚至數小時因為水頭的變化、調速系統(tǒng)工況變化等因素，pid參數又不適應了，調節(jié)負荷時出現超調。3改進措施3.1采用調速器功率閉環(huán)直接調節(jié)模式通過以上分析，在AGC調節(jié)系統(tǒng)中，如果能夠避開現地LCUPID運算模塊這個環(huán)節(jié)，將監(jiān)控AGC分配的有功功率給定值直接傳送至調速器，由調速器依據一定的控制規(guī)律調節(jié)發(fā)電機組的有功功率，就能避免目前調節(jié)品質差的弱點，即監(jiān)控系統(tǒng)只是根據AGC分配結果將有功設定值傳送給調速器，由調速器完成有功功率閉環(huán)調節(jié)，直接以有功功率給定與當前有功功率的偏差進行PID運算，實時作用于導葉接力器和槳葉接力器，夠快速地將有功功率調整至有功功率目標值，保證了調節(jié)機組出力的速動性，減少了監(jiān)控系統(tǒng)主動調節(jié)負荷這個中間環(huán)節(jié)，提高了功率調節(jié)的效率。3.2采用功率自適應參數由于水輪發(fā)電機有功功率隨著水頭變化而不同，為了避免出現監(jiān)控進行有功功率調節(jié)模式的參數不適應問題，在調速器程序中采用調節(jié)參數隨水頭自適應算法，就可以保證在不同水頭下有功功率調節(jié)品質。銀盤水電廠于2013年12月至2014年3月分別對4臺機組進行了AGC調節(jié)系統(tǒng)改造，改造后AGC調節(jié)速率由90MW/MIN變?yōu)?25MW/MIN，AGC調節(jié)精度由3.8%變?yōu)椤?%，達到了華中電網兩個細則考核要求，具體實施方案如下：3.1監(jiān)控系統(tǒng)增加有功功率模擬量輸出信號至調速器監(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速器，調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)進行比較，偏差過大立即報警，以防止調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)中增加投調速器功率模式、投調速器開度模式功能在監(jiān)控系統(tǒng)中增加2個脈沖型開出信號，定義為：投調速器功率調節(jié)、投調速器開度調節(jié)，分別用于控制選擇調速器的調節(jié)方式，接入調速器相應開入點。在監(jiān)控系統(tǒng)增加2個開入信號，定義為：調速器在功率調節(jié)模式、調速器在開度調節(jié)模式，由調速器送至監(jiān)控，用于顯示和判斷當前調速器的實際調節(jié)模式。在監(jiān)控系統(tǒng)機組發(fā)電流程做以下邏輯：機組并網成功后自動將投調速器功率調節(jié)。同時在監(jiān)控畫面中增加投調速器功率模式、投調速器開度模式操作按鈕，由運行人員手動進行調速器模式切換。3.3在調速器程序中增加功率調節(jié)模式，進行功率閉環(huán)調節(jié)在調速器程序中增加功率調節(jié)模式，將監(jiān)控下發(fā)的有功功率給定值與機組實際功率測量值進行比較，實現閉環(huán)調節(jié)。調速器采用比例積分算法，依據有功功率給定值與有功功率測量值的偏差值大小，分成3段調節(jié)，即將功率偏差AP分成三段，AP1>AP2>AP3，分別采用三段斜率，斜率K1>K2>K3,將有功功率調整至有功功率給定值，大的斜率使實際功率快速向有功功率給定值趨近，從而使調節(jié)過程快速；而在后期小的斜率則使功率調節(jié)過程近似于單調的調節(jié)特性，不至于出現過大的超調。同時采用調節(jié)參數隨水頭自適應算法，設Ke為機組額定水頭He時的調節(jié)斜率，則在不同水頭下第一段調節(jié)斜率K1的表達式為：K1=Ke+a(He-H)/(Hmax-Hmin)，式中：Hmax，Hmin分別為機組最高水頭和最低水頭；a為水頭適應系數。當水頭高時功率調節(jié)的第1段斜率K1小，保證功率調節(jié)不出現大的超調；水頭低時，K1大，保證低水頭下功率調節(jié)的快速性。這樣在不同水頭下，機組的功率調節(jié)過程不至于出現速度上的過大差別，也不易產生超調。調速器工作在功率模式時，監(jiān)控系統(tǒng)實時比較監(jiān)控系統(tǒng)的功率設定值和調速器返送回來的功率設定值，如果差值大于10%額定負荷，則認為信號傳送有誤或調速器故障，監(jiān)控系統(tǒng)將調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)調節(jié)。調速器工作在功率模式時，監(jiān)控系統(tǒng)實時比較監(jiān)控系統(tǒng)采集的功率實發(fā)值和有功功率給定值的偏差，按照功率偏差大小設置不同的延時時間進行延時報警，從而判斷有功功率調節(jié)是否超時，如果超時則將監(jiān)控系統(tǒng)將調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)調節(jié)。調速器工作在功率模式時，如果調速器采集機組有功功率故障，則自動切至開度模式運行，有功功率閉環(huán)調節(jié)由監(jiān)控系統(tǒng)完成。4結語本文分析了目前水電廠AGC調節(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節(jié)器，由調速器完成功率閉環(huán)調節(jié)，避免了經現地LCUPID模塊運算后進行脈沖輸出的間接控制帶來的功率超調問題。由調速器增加功率調節(jié)模式，完成功率閉環(huán)調節(jié)，從而保證了功率調節(jié)的快速性和穩(wěn)定性，將此改造方案在銀盤水電廠AGC調節(jié)系統(tǒng)中實施，獲得了滿