监控系统功率闭环调节与一次调频协调配合实现方法

2015-02-20覃吉波

四川水利 2015年6期

关键词：导则设定值调频

覃吉波

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

监控系统功率闭环调节与一次调频协调配合实现方法

覃吉波

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

根据国家能源局发布的DL/T1245—2013《水轮机调节系统并网技术导则》一次调频与监控系统关系的要求，针对监控系统功率闭环调节与一次调频无法正常协调配合的问题，本文论述了在与一次调频协调配合中，监控系统功率闭环调节采用有功测值与有功设定值差值在死区内保持10s，监控系统自动退出PID调节功能的方法解决该问题。

一次调频监控系统功率闭环调节亭子口水电站

1 工程概况

嘉陵江亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流的控制性骨干水利枢纽工程，开发任务以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等综合利用效益。水库正常蓄水位458m，总库容40.67亿m3，可灌溉农田19.48万hm2，电站装机容量4×275MW，保证出力187MW～163MW，设计年平均发电量31.94亿kW.h～29.67亿kW.h。2013年08月首台机组并网发电，2014年05月全部4台机组并网发电。

2 监控系统功率闭环调节与一次调频的关系

根据国家能源局发布的DL/T1245—2013《水轮机调节系统并网技术导则》(以下简称为《技术导则》)要求，一次调频的优先级高于监控系统功率闭环调节，当机组在监控系统功率闭环调节方式下，机组一次调频功能应不受监控系统影响。一次调频与功率闭环调节相互协调，其量化关系为机组带负荷稳定运行，监控系统有功功率闭环调节投入、一次调频投入，监控系统接收来自调速器的一次调频功能投入状态、一次调频动作信号正常。调速系统进行频率阶跃扰动，在施加的频率扰动信号未回到一次调频死区范围内，同时监控系统未下发新的有功功率给定值情况下，机组有功功率稳态值P1应等于：

P1=Pc+PPFC

式中：P1——调节稳定后机组有功功率； Pc——监控系统有功功率给定值； PPFC——一次调频有功功率调节量。

待一次调频调节稳定后，保持施加的频率扰动信号不变，监控系统下发给定值不低于5%额定有功功率的扰动量△P，记录机组负荷调节过程，机组有功功率稳态值P2应等于：

P2=Pc+PPFC+△P

有功功率调节稳定后，将频率信号恢复至50.0Hz额定值，记录机组负荷调节过程，此时机组有功功率稳态值P2应等于：

P2=Pc+△P

3 监控系统功率闭环调节

亭子口电站单机最大有功功率为275MW，监控系统单机功率闭环调节死区设定为单机最大有功功率的1%(即2.75MW)。当功率闭环调节功能投入，单机有功测值与单机有功设定值的差值大于有功闭环调节死区，计算机监控系统PID自动对机组有功进行调节；当机组有功测值与机组有功设定值的差值在有功闭环调节死区内时，监控系统PID停止对机组有功进行调节；当功率闭环调节功能退出后，机组有功设定值跟踪机组有功测值。

图1

图1中1号机组有功测值为红线(横向)，1号机组有功设定值为蓝线(横向)。图1中A点1号机组有功测值为218.5MW，1号机组有功设定值为220MW，1号机组有功测值与有功设定值差值为1.5MW，小于单机功率闭环调节死区，1号机组监控系统PID不进行有功调节。1号机组在进行一次调频与监控系统功率闭环调节协调配合试验时，给1号机组调速器施加+0.1Hz阶跃上扰频率信号，1号机组调速器一次调频动作，调速系统将1号机组有功测值降至210MW(如图1中B点所示)。图1中B点1号机组有功设定值为220MW，1号机组有功测值与有功设定值差值为10MW，大于单机功率闭环调节死区，1号机组监控系统PID进行有功调节，将1号机组有功调节至220.6MW时，1号机组监控系统PID停止有功调节(具体见图1中C点所示)。当退出1号机组功率闭环调节功能后，1号机组有功设定值跟踪有功测值(见图1中D点位置参数)。图1中A点至D点1号机组有功测值及有功设定值见表1。

表1 1号机有功测值与有功设定值

4 监控系统功率闭环调节与一次调频协调配合

从图1中B点至C点看出，机组一次调频动作后，机组有功测值与有功设定值的差值大于死区后，监控系统又立即将有功调节至测值与设定值的差值死区范围内，即P1≠Pc+PPFC，而是P1=Pc。此时监控系统功率闭环调节不满足《技术导则》要求，无法完成与一次调频的协调配合。

为了解决监控系统功率闭环调节与一次调频协调配合问题，监控系统需在PID调节中增加一段与一次调频配合的PLC程序。该段程序具体功能为监控系统进行有功调节时，当有功测值与有功设定值之差在死区范围内保持10s以上时间，如果此时没有新的有功设定值下发，监控系统退出PID调节，但保持监控系统功率闭环调节功能在投入。当PID调节退出后，一次调频动作使有功测值发生变化，有功测值与有功设定值之差大于调节死区，监控系统将不再进行有功调节。有新的有功设定值下发，有功PID调节功能自动投入，监控系统根据收到的有功设定值调节有功。具体PLC程序见图2。

图2

图2中各相关变量描述见表2。图2的PLC程序说明，如果P_YCTP=1，该程序启用，否则不启用该程序。当TEMP_REAL〈P.DEADRAND且P.ENABLE=1且P.FUC=1且P.CURRENT_VALUE≦P.MAX，延时表2

图2中相关描述

图3

10s。当P_YCTP2.Q=1，将值0赋给变量P.NEW，即PID调节功能退出。如果一次调频功能退出或者与一次调频配合功能退出或者有新的有功设定值下发，PID调节功能自动投入。在机组监控系统PLC程序中增加与一次配合程序后，重新进行1号机组一次调频与监控系统功率闭环调节协调配合试验。试验过程见图3。图3中A点至D点1号机组有功测值及有功设定值见表3。图3中，机组有功在A点稳定，测值为179.1MW。进行1号机组一次调频与监控系统功率闭环调节协调配合试验，给1号机组调速器施加-0.15Hz阶跃下扰频率信号，1号机组调速器一次调频动作，调速系统将1号机组有功测值升至B点202.4MW，此时1号机组有功设定值为180MW，1号机组有功测值保持202.4MW不变，即P1=Pc+PPFC，满足《技术导则》要求。在B点，1号机组有功设定值为180MW，1号机组有功测值为202.4MW，监控系统下发给定值不低于5%额定有功功率的扰动量△P=13MW，1号机组有功设定值为215MW(即1号机组有功测值P1+有功功率的扰动量△P)，1号机组有功调节后测值为215.8MW(即图3中C点测值)，此时满足《技术导则》中P2=Pc+PPFC+△P要求。有功功率调节稳定后将频率信号恢复至50.0Hz额定值，1号机组一次调频动作信号复归，1号机组有功测值为203.6MW(见图3中的D点测值)，此时满足《技术导则》中P2=Pc+△P要求。