碧口機組監控、調速器AGC系統升級改造

摘要：本文首先對碧口電站3臺機組監控、調速器AGC系統存在的問題進行了分析說明，對改造后的監控、調速器AGC進行了簡述，并以電網“兩個細則”要求作為依據，對改造過程中存在的問題及解決方案進行了詳細闡述。改造后機組調速器與監控系統配合度提高，調速器自身的功率調節模式具有更好的調節性能，有效地提高了機組對有功設定值的響應速度、調節速度和調節精度，減小了調節死區。功率閉環調節的速率達到了80%以上，滿足了電網“兩個細則”要求，節約了發電成本。

關鍵詞：調速器AGC;功率調節模式;開度調節模式;調節精度

1 引言

碧口水電站3臺機組監控系統技術改造全部工作完成于2010年，自投運以來設備運行穩定可靠。機組調速器控制系統采用A、B套雙套互為冗余備用的控制方式，調節模式有：“頻率調節模式”和“開度調節模式”兩種，投運以來設備運行穩定，能夠滿足電站電力生產和電網對機組發電運行、調頻性能的要求。2012年后，電網公司對并網水電機組的調頻能力有了新的規定：AGC可用率大于98%;水電機組AGC調節速率應大于每分鐘50%;AGC響應時間≤10秒（從調度機構下達AGC命令算起，到AGC機組開始執行命令止）。并要求在機組運行過程中需將機組AGC和一次調頻功能均投入運行。

2 存在問題分析

機組在負載狀態運行時，投入機組AGC后，由于調速器在并網后處于“開度調節模式”運行，機組AGC調節和有功調節均由監控系統自身的脈沖閉環調節，該調節方式功率和頻率之間是間接聯系，并不是直接調整，導致調節速度偏慢，死區偏大，功率調節響應速度和調整精度不能滿足《西北區域發電廠并網運行管理實施細則（試行）》及《西北區域發電廠輔助服務管理實施細則（試行）》（以下簡稱電網“兩個細則”）規定要求（不小于50%）。按照電網“兩個細則”對AGC機組的調節速率考核標準，對于水電機組：速率低于50%，每降低5%按15分/月考核;對AGC機組的響應時間的考核標準，水電機組的AGC響應時間≤10秒，達不到要求的按未達到要求的次數每次考核5分。如此我廠由于AGC調節速率過低造成的經濟考核損失約為10萬元/月。

3 改造處理方案

機組監控系統功率閉環改造主要是在保留原有機組監控功率閉環調節模式的基礎上，增加配合調速器功率閉環調節的調節模式，即通過機組監控現地單元將上位機或觸摸屏下發的有功設定值轉換成模出量送給調速器，由調速器自身根據該有功設定值進行功率閉環調節。這種調節方式，相對原有的監控脈沖閉環調節，在輸出環節、執行環節和反饋環節上更簡潔，更直接。監控側只需將有功設定值送給調速器，具體的PID閉環調節由調速器系統自身完成，監控側不參與具體的閉環調節，這樣能夠利用調速器自身在功率模式下良好的調節性能，有效提高機組對有功設定值的響應速度、調節速度和調節精度。

改造中對監控系統及調速器控制系統的硬件及軟件部分均進行了合理改動：

一、監控部分：

（1）監控系統硬件增加了1塊8通道的模擬量輸出模塊，實現從監控給調速器的功率給定;增加2個開關量輸出“調速器切開度模式”和“調速器切功率模式”。

（2）在機組“控制量”中均增加了“機調速器切開度模式”和“機調速器切功率模式”;在“順序控制”中增加了兩個順控文件：分別為“機調速器切開度模式”，“機調速器切功率模式”;在“對象”中增加了“機有功調節模式切換”。并對以上增加量對應的單元接線及觸摸屏畫面進行了修改及增加。

（3）下位機PLC程序中增加了模出功率給定、有功調節模式切換等邏輯。

1、增加2個TON型功能塊P1、P2

2、PID_P程序段修改：

3、CMMD_FJ程序修改：

4、AO_PROC程序修改：

5、SC_CTRL程序修改：

二、調速器部分：

（1）調速器硬件增加了1個模擬量輸入通道 “模擬量功率給定”;增加了2個開關量輸入通道“調速器切開度模式”和“調速器切功率模式”及相應繼電器2個;增加了1入2出模擬量隔離模塊1個，將“模擬量功率給定”信號對等地送至調速器柜內的兩套PLC內;增加“調速器并網功率模式優先”開關一個，用以在并網過程中手動選擇功率模式優先或開度模式優先。

（2）調速器觸摸屏畫面中增加檢修維護人員進行參數調整的“功率閉環”畫面。

（3）調速器PLC程序中增加了實現功率閉環調節的相應程序段。

1、設定“有功功率模擬量給定通道”。

2、功率模式下一次調頻動作幅度運算

3、切功率模式條件、切開度模式條件、切頻率模式條件

4、開度模式、功率模式輸出

4 改造后效果

現碧口電站3臺機組監控系統功率閉環在保留原有機組監控功率閉環調節模式的基礎上，增加了配合調速器功率閉環調節的調節模式，即通過機組監控現地單元將上位機或觸摸屏下發的有功設定值轉換成模出量送給調速器，由調速器自身根據該有功設定值進行功率閉環調節。現監控側只需將有功設定值送給調速器，具體的PID閉環調節由調速器系統自身完成，監控側不再參與具體的閉環調節，利用調速器自身在功率模式下良好的調節性能，有效地提高了機組對有功設定值的響應速度、調節速度和調節精度。以上方案經過實施并經過模擬試驗、無水試驗、有水試驗。對比改造前后的調節速率，功率閉環調節的速率達到了80%以上，與之前相比調節速率與調節精度有了明顯改善。

5 結束語

碧口電站3臺機組增加功率調節模式改造完成后，3臺機組調速器與監控系統配合度提高，調速器自身的功率調節模式具有更好的調節性能，有效地提高了機組對有功設定值的響應速度、調節速度和調節精度。對比改造前的調節速率，功率閉環調節的速率達到了80%以上，與之前相比調節速率與調節精度大幅度提高，滿足了電網“兩個細則”要求，節約了發電成本。

參考文獻：

[1]王定義等編著.《水電廠計算機監視與控制》.北京：中國電力出版社.2001

[2]《水電自動裝置檢修》.北京：中國電力出版社.2003

[3]陳仲華等編著.《水輪機調節系統原理實驗與故障處理》.北京：中國電力出版社.1995

[4]《水輪發電機綜合控制裝置說明書》

[5]《碧口水電廠改造調速器說明書》

作者簡介：

劉婷婷，1990年01月生，甘肅秦安人，從事電氣設備檢修維護，大唐碧口水力發電廠 助理工程師。

（作者單位：大唐碧口水力發電廠）