一种适用于抽水蓄能机组的微机调速器设计

2014-12-11金玉成刘国富

中国科技纵横 2014年20期

关键词：调速器导叶微机

金玉成刘国富

(哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨 150039)

一种适用于抽水蓄能机组的微机调速器设计

金玉成刘国富

(哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨 150039)

本文介绍了一种适用于抽水蓄能机组控制的微机调速器设计,该调速器采用双冗余控制结构,利用西门子S7-400系列PLC搭建硬件平台,针对抽水蓄能特殊水力特性和运行工况进行了控制功能的分析处理与编程实现。

抽水蓄能机组调速器

水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称，它是水轮机控制设备（系统）的主体。[1]目前，随着核电站建设与新能源开发的迅速发展，我国抽水蓄能电站建设进入了一个高速发展的时期，抽水蓄能机组在电力系统中承担着调峰、调频、调相、事故备用以及吸收多余电能等任务，是电网中重要的储能和调峰调频节点。抽水蓄能机组过渡过程复杂，控制难度大，对调速器的总体设计要求较高，本文介绍了作者参与开发的一种适用于抽水蓄能机组的微机调速器。

1 调速器控制元件构成

该微机调速器采用西门子S7-400系列PLC作为控制器，采用了冗余结构设计保证了运行的可靠性。微机调速器可以实现防错、容错功能，并具备死区和零点漂移的动态补偿功能，采用触摸式高分辨率彩色触摸屏作为人机界面利于状态监测及参数修改。[2]本设计方案的控制元件配置如表1所示。

程序设计中包含的组织块(OB)、系统功能(SFC)、系统和标准功能块(SFC)，通过功能块的编译和各块间的功能调用来构建程序。STEP7软件可选择多种不同的编程方法(梯形图、功能块图、语句表、标准语言、顺序控制、或状态图)，本设计方案采用功能块图(FBD)，通过逻辑框的组合直接表示调速器控制。

表1 控制元件配置表

图1 抽水工况转换流程图

2 调速器控制方式设计

调速器电气调节系统有三种主要的控制模式即频率控制模式、功率控制模式和开度控制模式，其相互间的转可由调节器根据当前工况自动完成。

频率控制模式，又称转速控制模式，该工况一般用于地区负荷及小电网或孤网，导叶开度随电网频率改变而按永态差值系数自动调整。开度模式是水轮发电机组并入电网后采用的控制模式，在这种模式下，接力器开度即机组所带的负荷在某一频率范围内不随频率变化而变化。功率模式也是并网后采用的控制模式适用于大电网调节机组输出有功功率的运行模式，这时取给定功率与实际功率之差进行PI调节，达到调节实际功率按给定功率输出的目的。

调速器采用并联型PID调节规律作为调速器的控制基础，程序内部将判断电气调节系统的控制模式自动选取PID参数，PID公式如下：

3 调速器工况转换控制

抽水蓄能机组调速器与常规调速器控制的重要区别在于增加了抽水工况和抽水调相工况及其他工况间的相互转换。根据反复论证，我们设计了一套适合抽水蓄能机组应用的工况转换流程。当调速器收到来自监控的抽水开机令，如果机组频率达到额定，并且发电机出口断路器闭合，则先把导叶开到抽水启动开度。如果机组在抽水工况，在接到抽水调相命令时，则关闭导叶，机组进入调相状态，在接到复归调相命令时，则打开导叶到抽水协联开度，在抽水工况等待向其他工况转换。在抽水工况接收到快速转换令时，调速器先把导叶关闭到较小的设定开度，然后发电机出口开关会跳闸调速器检测到机组频率低于10%额定频率时，切换为发电开机，导叶开到启动开度频率逐渐变为+50Hz。图1为抽水工况转换流程图。