小灣電廠調速器功率閉環改造淺析

閆明 宋艷偉

【摘 要】水輪機調節的基本任務是：當電力系統負荷發生變化，機組轉速出現偏差時，通過調速器相應的改變流入水輪機的流量，以使水輪機轉矩與發電機負荷轉矩達到新的平衡，以維持頻率在規定的范圍之內。本文介紹了小灣電廠調速器功率閉環改造原理及實施過程，并對調速器功率閉環改造后的功能驗證試驗進行分析小結。

【關鍵詞】調速器；功率閉環；一次調頻；AGC

1 小灣電廠調速器控制原理分析

（1）開度模式下調速器的導葉給定由三部分組成：調速器計算頻差PID 輸出+空載開度+綜合負荷給定Pgv之和再經過副環PI計算給定到水輪機導葉。

（2）功率模式下首先對功率偏差1（功率給定與功率給定中間量差值）進行一次限制，限制在設定值內，然后對偏差進行積分處理，再對偏差進行前饋計算后賦值給Pgv。同時對偏差2（功率給定中間量與功率反饋的差值）超過功率死區的部分與Bp相乘以后，作為調差控制輸入，參與主環PID運算。算出的導葉給定再進行副環PI計算給定到水輪機導葉。

小灣電廠自投產以來，采用開度模式調節，調節過程可靠、準確。但是在南網總調“1+5”電廠輔助服務考核系統要求中，小灣電廠AGC調節速率以及一次調頻動作有不達標的情況，通過分析研究認為小灣電廠當前在用的模出脈沖有功的控制方式是導致考核的重要原因之一。

2 調速器功率閉環改造實施

（1）功率閉環投入和退出邏輯修改，改動接線回路，增加了監控功率閉環投退功能。功率閉環投入信號：由2個接點串聯，分別是監控投入和調速器側把手投入，當兩個信號同時投入后，調速開出功能投入信號并上報監控；功率閉環退出信號：當調速器電氣柜把手退出或者監控退出時，功能即退出。

（2）更換功率變送器為型號FPWT-301，輸入57.7V 1A 50Hz，兩路4-20mADC/0-土173.2W輸出，電源DC 220V，精度等級0.2%，由原來的一個更改成兩個，并且每個功率變送器的備用輸出反饋送至監控LCU。

（3）增加監控功率給定至調速器側，調速器電氣柜增加1個隔離變送器（2號機組增加2個隔離變送器），對監控下發的功率給定進行隔離，之后分別送入A、B套調速器控制器PCC。

（4）增加調速器功率給定返回回路，調速器將監控下發的功率給定進行返回，防止調速器接收的功率給定與監控下發的功率給定存在偏差。

（5）在調速器觸摸屏增加了功率閉環參數設置窗，在功率閉環投入時，調用功率閉環PID參數。

（6）完善功率閉環的程序邏輯。

（7）試驗過程中優化功率模式相關參數。

3調速器功率閉環改造后試驗及分析

3.1調速器功率閉環靜態試驗

以下試驗數據均以小灣電廠2號機組為例。

3.1.1靜態模擬擾動試驗

模擬發電，在功率閉環投入的情況，將導葉手動開啟到50%左右。在“功率閉環設置窗”輸入預置PID參數，用調速器仿真設備模擬監控下發功率給定值，用功率反饋模擬器模擬功率反饋。在此基礎上，進行功率擾動，觀察調節過程和趨勢，是否滿足要求。根據功率擾動試驗，可知功率調節功能正常，無論大功率擾動還是小功率擾動，速度性、穩定性和超調都滿足南網的要求。

3.1.6靜態下一次調頻功能驗證及其與AGC配合關系試驗

模擬發電態，測試功率閉環模式下的一次調頻功能。功率模式投入，一次調頻投入，用仿真儀改變機組頻率，從試驗可知，一次調頻調節符合在功率模式下頻差與功率的調差關系，且該偏差不會因穩態下的功率調節（調速器自身的功率調節）所拉回。在一次調頻未復歸時，功率給定變化，調速亦會響應AGC（二次調頻）的有功調節，且最終的功率反饋是功率閉環的功率調節量與一次調頻調節量兩者疊加的效果。當一次調頻復歸后，功率反饋最終和功率給定一致。根據《南方電網自動發電控制（AGC）技術規范》要求，一次調頻和AGC的協調關系規定“機組在執行AGC設定值時應該不受一次調頻功能的影響，處理變化應該是二者疊加的效果”，靜態下滿足要求。

需要指出的是，上述指標，和動態下的唯一差別，在于功率反饋的調節，靜態下的功率超調性和速度性，與動態下有一定的差異。

3.2調速器功率閉環動態試驗

以下試驗數據均以小灣電廠2號機組為例。

3.2.1遠方有功調節響應試驗

南網要求AGC調節速率要滿足：負荷設定的功率偏差大于30MW時候，機組功率調節速度大于21WM/s；負荷設定的功率偏差小于30MW時候，機組功率調節速度大于3.5WM/s。

經過多次有針對性的進行20MW負荷作用的功率擾動，分析驗證最終選定一組完全滿足指標的參數。

擾動前功率負荷為649.91MW，對應時間為94.16s。擾動后功率負荷為622.69MW，對應時間為98.98s。從圖1分析，功率變動實際偏差為27.22 MW，對應的斜率為27.22 MW/（98.98-94.16）=5.6MW/s。由此可見，指標滿足指標大于3.5MW/s的要求。且從曲線分析，超調量也非常小。大功率偏差，PID計算的基數大，導葉速度非常快，自然也不容易考核。但在30MW-50MW負荷偏差之內，由于導葉迅速動作迅速（2.5%/S），水輪機特性會產生很大的反調節。

3.2.2動態下一次調頻功能及其與AGC配合試驗

功率閉環下一次調頻，校驗的是一次調頻的死區，功率跟隨頻差的變動關系，速度性和穩定性，從試驗中看出，響應迅速，無超調，穩定性好。動態下，一次調頻和AGC配合關系邏輯亦正確，滿足南網要求。

3.3試驗結論分析

從擾動試驗可以得知PID調節的輸出速度是和輸入的偏差息息相關（也和PID參數相關），在參數不變的情況下，輸入量越小，自然速度性越慢，比如功率偏差為12WM，速度就會減半。如果不改變PID參數，速度性滿足小調節，但在大調節肯定超調，也降低穩定性，同時PID原理結構不可輕易改變，為此南瑞在功率閉環控制環節采用了前饋控制，實質是一個預調節，不經過PID計算的調節，這樣可以大大加大初始調節（調節的時間有限）的啟動速度，且不影響大功率偏差的本質調節過程。

在靜態、動態下完成調速器在功率模式下的一次調頻及其與AGC配合關系試驗，試驗過程及結果均滿足《南方電網自動發電控制（AGC）技術規范》要求，調節快速、準確，一次調頻動作的情況下，AGC（二次調頻）動作，機組執行二次調頻下達的動作值，一次調頻動作未被二次調頻拉回，結果為二者疊加的值。

4結束語

文章主要從小灣電廠調速器功率閉環改造內容以及在功率模式下的相關試驗兩個方面詳細闡述了功率閉環的原理及控制邏輯、參數的選定過程，同時針對南網要求的AGC調節速率及一次調頻與AGC的配合關系進行了充分的試驗，從試驗結果看滿足要求。

參考文獻：

[1]趙旋宇 黃文偉等，中國南網電網自動發電控制（AGC）技術規范（試行），2009

（作者單位：華能瀾滄江水電股份有限公司檢修分公司）