大渡河沙灣水電站機組有功功率調節模式的設計與應用

朱建林 陳勝祥

摘要：對于現代化水電廠而言，發電機組負荷的自動調節具有重要意義。據統計，2015年，沙灣電站為124萬度，安谷電站不合格電量為273萬度。本文從分析兩站不合格電量產生的原因入手著手，著重闡述了沙谷兩站解決不合格電量產生所采取的措施，驗證了勻速調整功率模式解決負荷調整爬坡率不合格的可行性，并對程序的設計進行了詳細的說明，實施后極大的減少了電站不合格電量的產生，提高了電站的效益，為其它電站類似項目提供了參考。

關鍵詞：LCU ?爬坡率 ?勻速調功 ?modbus

一、設計背景

經過統計，2015年安谷電站不合格電量為273萬度，沙灣電站為124萬度。沙灣電站近幾年不合格電量對比如下表所示（單位：萬度）：

電站技術人員經過反復論證確定兩站機組調整有功功率時爬坡率不能滿足調度要求以及機組低負荷時機組功率受水頭及2%考核偏差值影響為超欠發主要原因。

經過電站技術人員與調度側考核軟件開發人員溝通，發現以往的負荷變更方式是在一分鐘內均勻的加減20MW的負荷。而調度要求負荷變是一個階梯上升過程（如圖1所示），這是造成負荷超欠的主要原因。

二、解決方案

針對爬坡率不合格問題對監控系統調整有功功率程序進行重新設計，改變原有的偏差控制方式，將監控系統上位機下發功率給定值按爬坡率分次下發，即將給定負荷按省調下發20MW/min，每個20MW/min爬坡率周期分成4個15s段進行勻速調節。負荷增、減方向根據不同的負荷偏差采用不同的調節參數進行自適應調節，以適應不同的調節工況。

功率調整周期內下發給定值以實時值為基準進行再次計算，調整周期結束后以上次給定值作為基準進行計算調節，避免了功率實時值波動帶來的調節偏差以及運行人員在調整周期內多次下發給定值出現的爬坡率不合格問題;其次，增加沙灣電站調速器遠方通訊調節模式，將監控系統上位機下發的功率給定值通過通訊方式直接下發至調速器工控機同時閉鎖原有的脈沖調節模式（開度調節模式），由調速器根據遠方給定值執行PID調節（功率調節模式）。由于沙灣電站為徑流式低水頭電站、機組引用流量大，上游水位較小的變化都會造成機組出力較大的波動，故在低負荷時采用功率調節模式在調速器內部實現PID小閉環，避免由監控閉環造成的滯后。

由于調速器系統PID參數是更適用于機組運行工況，故在遠方模式下，低負荷調整更傾向于首先使用遠方通訊方式。這樣一則保證AGC運行、簡化流程，另則保證調節性能。但由于存在通訊中斷、現地功率變送器等反饋錯誤等故障，為保證AGC不退出運行，故建議將遠方開度調節作為二級選用調節方式，在遠方模式下，由故障自動或人為手動時切換至該方式。

增加調速器功率通訊調節方式。上位機發電棒圖中增加通訊功能投入按鈕和調速器功率調節模式反饋信號燈。機組并網后當需要用通訊功率模式為調速器賦值時投入上位機調速器通訊功率功能，即可在數據框賦值，延時幾秒后調速器功率調劑模式信號投入反饋。若需要開度調節則可退出通訊功率調節功能重新在數據框賦值即可。運行人員可根據需要選擇調功方式。

方案實施

1.程序修改

（1）上位機增加相應調節界面。增加調速器功率通訊調節方式。上位機發電棒圖中增加通訊功能投入按鈕和調速器功率調節模式反饋信號燈。機組并網后當需要用通訊功率模式為調速器賦值時投入上位機調速器通訊功率功能，即可在數據框賦值，延時幾秒后調速器功率調劑模式信號投入反饋。若需要開度調節則可退出通訊功率調節功能重新在數據框賦值即可。運行人員可根據需要選擇調功方式。

（2）下位機增加FB202（功率勻速給定計算功能塊）、FC301（功率勻速調節組織功能塊）、FC302（功率調節脈沖輸出功能塊）、FC300（脈沖計算功能塊）、FC7（通訊調節功能塊）及相關數據塊。

（3）由于各臺機組調速器調節性能差異，程序修改完成后，需下載至各臺機組LCU進行各區段負荷調整試驗以確定各段調節參數。以及調速器通訊功率模式測試。

三、安全策略

1.當調速器功率傳感器故障或者是通訊故障時上位機和調速器自動切換為開度調節也就是走LCU調節通道，同時上位機報出調速器“功率傳感器故障”、“調速器功率調節通訊故障”，上位機調速器功率調節模式信號復歸。故障復歸后需在上位機重新投入通訊調節功能方可重新為調速器賦值。

2.在功率通訊模式下調速器切換為現地操作或是手動操作調整負荷或者在上位機下單步操作命令時，上位機自動給調速器下-1值（為調速器下負值命令調速器自動切換為開度模式），此時PLC功率調節功能仍然投入。待負荷調整操作完成后調速器切換為遠方上位機繼續賦值下達命令后仍然以通訊功率模式調整負荷。

3.上位機顯示的功率值定義為哪個通道調節即采集的就為哪個通道的值。當調速器在功率模式下超過6S未接收到賦值報文自動切換為開度模式，此時上位機調速器功率調節模式反饋退出，但PLC此時通訊功率功能仍然投入，當通訊恢復后可繼續為調速器賦值。在功率調節模式下由于通訊延時可能造成上位機功率顯示延時。

4.下位機的通訊程序是按照調速器并網默認模式為開度模式編寫的，當調速器并網后默認模式為功率模式的時候就算上位機通訊有功退出，那么LCU發單步增減和賦值調速器都不會執行，因為調速器在功率模式下是不響應脈沖的。因此調速器并網默認模式必須為開度模式。

5.勻速調功分段初始值考慮到負荷波動的影響采用實時值作為初值。

四、結語

2016年8-9月份，經維護班、運行人員在安谷、沙灣電站對每臺機組多次試驗，最終確定了滿足勻速調功要求的各段運行參數，并通過生產部運行人員的驗收。該項工作結束后，使運行人員更方便更準確的按照爬坡率進行負荷調整，不用人工計時調整帶來的不便，且從技術上避免了人工疏忽以及調整難度大的原因導致的超欠電量，解決了沙灣電站低負荷下負荷波動大導致的超欠問題。從2017年1月10日優化調整后，安谷電站年累計不合格電量為20萬 kW.h ，相較其多年平均不合格電量240.78萬 kW.h 下降220.78 萬kW.h，下降率91.6%;沙灣電站年累計不合格電量為30萬 kW.h ，相較其多年平均不合格電量175.6萬 kW.h 下降145.6萬 kW.h，下降率83%。2017年兩站累計不合格電量60萬 kW.h ，相較多年平均值416.38萬 kW.h 減少356.38萬 kW.h ，降低85.6%。

該項目創新點：

1.將給定負荷按省調下發按20MW/min調整，每個20MW/min爬坡率周期分成4個步長段進行勻速調節，很好的解決了運行人員原調整負荷難以把控爬坡率帶來的超欠;

2.負荷增、減方向根據不同的負荷偏差采用不同的調節參數進行自適應調節，以適應不同的調節工況;

3.功率調整周期內下發給定值以實時值為基準進行再次計算，調整周期結束后以上次給定值作為基準進行計算調節，避免了功率實時值波動帶來的調節偏差以及運行人員在調整周期內多次下發給定值出現的爬坡率不合格問題;

4.遠方通訊功率調節模式最大程度上解決了機組低負荷時功率不易調整，特別是水位變化大的時候易產生超欠發的問題。

作者簡介：

朱建林（1987 ），男（漢族），四川省資中縣人，四川圣達水電開發有限公司，本科 ，主要從事電力運行及市場營銷工作。

陳勝祥（1986），男（漢族），四川省青神縣人，四川圣達水電開發有限公司，本科?，主要從事水電站技術管理工作。