基于自适应PID控制的水电站有功功率调节

陈　艳，李学礼（天津电气科学研究院有限公司，天津 300180）



基于自适应PID控制的水电站有功功率调节

陈艳，李学礼
（天津电气科学研究院有限公司，天津 300180）

[摘要]随着电网运行需要，对有功功率的调节品质要求也不断提高，而水电站机组的有功功率调节主要通过控制机组的调速器系统来实现，本文将以镜泊湖水电站为列，讨论如何安全、平滑，快速的将机组有功功率调整到设定的目标值，不出现超调与调节震荡。

[关键词]调速器；有功功率调节；PID调节；变参数

0　工程概况

镜泊湖发电厂位于黑龙江省牡丹江市西南方110公里的牡丹江上游，是黑龙江省电网主要调峰电站之一，主要担负系统的调峰、调频和事故备用任务。电站共装机6台，其中地下厂房装机为4×15MW，地上厂房2×18MW，总装机容量为96MW。

由于电站担负系统的调峰、调频和事故备用任务，因此对电站有功功率的调整要求较高，电站最初采用监控控制调速器的方式来进行有功功率的调节，即监控那个系统通过脉冲增减的方式控制调速器进行功率的增减，但由于受到水轮机、水利条件等不确定因素的影响，往往无法精确快速稳定的将有功功率调整至设定值，因此功率调节改由调速器完成，具体方式为，监控通过通讯设备改变有功功率目标值，并且下达功率调节开始及结束命令，调速器独立完成调节任务。

1　电网对PID功率调节的要求

电网对水电机组PID功率调节的要求，在机组功率调节过程中，保证安全、平滑，快速的将机组有功功率调整到设定的目标值内，不出现超调与调节震荡，能保证机组的各项参数在允许的功率死区内运行。

典型的PID调节过程如图1所示。

图1　典型的PID调节过程图

2　水轮机PID功率调节的构成

水电机组的PID调节是一个典型的工业闭环控制调节，一个传统的工业闭环控制包括控制器、传感器、执行机构、输入输出接口、被控对象。

以镜泊湖水电站调速系统为例，PLC为核心控制器，A/D模块、定位模块及步进电机驱动器构成输入及输出接口，步进电机及液压系统组成执行机构，调速系统硬件配置及控制原理框图，如图2～图3所示。

图2　调速系统硬件配置

图3　调速系统原理框图

3　软件设计

由于水轮机的巨大惯性及调节过程中水流所产生的波动，功率反馈具有一定的迟滞性，因此对于常规的PID控制，很难达到理想的调节效果，如果参数过小，会延长调节时间，如果参数过大，则会造成较大的超调及震荡，很难达到理想的调节效果，针对这种情况，采用自适应PID的控制方式，是一个较理想的解决方式，即在不同的状态下采用不同的PID参数，可兼顾超调及调节时间，以镜泊湖功率调节为列，当实时功率与功率设定差值小于3000KW时，PID参数为：KP=2.0，KI=0.15，KD=0当实时功率与功率设定差值大于3000KW时，PID参数为：KP=1.5，KI=0.1，KD=0，试验结果表明，采用这种变参数调节方式，机组可在40s内达到且稳定在额定功率，相对于常规PID控制环方式，上升时间短，上升速率稳定，超调量小，调节时间短且无震荡。功率调整流程图如图4所示。

4　实验数据及波形

试验数据与波形见表1及图5所示。

图4　镜泊湖电站功率调节流程图

表1　机组有功功率随时间变化表

图5　机组有功功率随时间变化曲线

5　结论

经过电站长期的运行观察，基于自适应PID控制方式所设计的调速系统操作简单，调节稳定，运行可靠，完全满足电网的运行要求。

[参 考 文 献]

[1]邓家祺. 水轮机调速系统的根轨迹校正与PI、PID调速器的参数选择[J]. 大电机技术, 1982(2): 53-63.

[2]周兆瑞, 张志勇. 镜泊湖发电厂水轮机气蚀改造对策[J]. 黑龙江科技信息, 2008(33): 35-48.

陈艳（1976-），1997年7月毕业于合肥工业大学电气系电力系统及其自动化专业，1997-2012

在天津电气科学研究院有限公司从事水轮机调速器的研究与设计，2012年开始至今从事水电站电气设计工作，高级工程师。

审稿人：朴秀日

Active Power Regulation Based On Self Adapting PID Controller

CHEN Yan, LI Xueli
(Tianjin Research Institute of Electric Science Company Ltd., Tianjin 300180, China)

Abstract:As important control equipment in hydraulic power station, turbine governor provides high-quality, reliable power protection for the industrial production and people's daily lives. The regulation performance will affect the power quality, power plant safety and economic operation. A special regulation model for generating units active power has been introduced in this article through the Jingbohu Station on-site testing.

Key words:governor; active power regulation; PID regulation; changeable parameter

[作者简介]

[收稿日期]2015-01-20

[中图分类号]TK730.4+1

[文献标识码]B

[文章编号]1000-3983(2016)01-0062-03