二选一容错控制技术在抽水蓄能机组导叶开度反馈中的应用

2017-04-06符彦青

水电与抽水蓄能 2017年5期

关键词：调速器导叶设定值

陈伟，符彦青

（海南蓄能发电有限公司，海南省琼中县 572926）

二选一容错控制技术在抽水蓄能机组导叶开度反馈中的应用

陈伟，符彦青

（海南蓄能发电有限公司，海南省琼中县 572926）

导叶开度反馈值是调速器PID闭环控制单元的关键输入参数之一。导叶开度反馈容错处理技术对于调速器系统至关重要。结合惠州抽水蓄能电站调速系统实际，本文介绍了一种优化的导叶开度反馈容错技术，即二选一容错控制技术。该容错技术能实时精准识别开度反馈传感器主要故障，并自动切换至备用传感器选值。模拟测试和运行记录表明该改进技术能有效提高调速器导叶开度反馈容错能力。

二选一；调速器；容错技术

0 引言

调速系统是水电站机组的核心控制设备之一，其主要功能是调节机组的有功功率、保证水轮机机组的频率稳定以及维持电力系统负荷平衡。水轮机调速器是由微机控制单元、液压机构和调节对象组成的PID控制系统。

导叶是PID闭环系统的主要调节对象，而导叶开度反馈值是该闭环系统的重要参数之一。

在每个导叶接力器上都安装2个导叶开度反馈传感器，用于满足机组导叶开度测量的冗余性。导叶开度反馈容错逻辑是保证开度值是否准确可靠的关键技术之一。

结合惠州抽水蓄能电站调速器实际，本文分析了原容错逻辑的缺陷，并介绍了一种优化的导叶开度反馈容错技术。新的二选一容错控制技术，满足了容错判定的实时性和准确性。

1 调速器导叶原开度反馈容错逻辑介绍

惠州抽水蓄能电站，共安装8台30万kW可逆式抽水蓄能发电机组。调速器采用NEYPRIC公司供货的数字式电液调速器。

UPC是调速器的核心单元，用于给定相应的导叶接力器的设定值。SPC为接力器控制器，用于接受UPC发出的接力器设定值，通过控制导叶接力器的动作来达到调整导叶开度的目的。导叶开度反馈值是SPC的主要反馈量。

惠州抽水蓄能电站机组为单导叶控制，每台机组有20个导叶。在各导叶上均安装有两个开度反馈传感器，一个为主用传感器，另一个为备用。主备用传感器容错逻辑：当主用传感器信号丢失时（即主用传感器工作电流在4～20mA区间之外），SPC才从备用传感器获取反馈值。

上述容错逻辑忽视了多种可能发生的传感器故障，例如传感器反馈值跳变等现象，存在严重技术缺陷。惠州抽水蓄能电站曾多次发生导叶开度传感器反馈值跳变，由于主用传感器故障时工作电流仍在工作电流区间，SPC未能及时从备用传感器获取反馈值，最终调速器设定值与反馈值不一致，触发机组故障停机。

2 调速器导叶新开度反馈容错逻辑介绍

导叶开度反馈值容错控制，指无论机组在何种工况下运行，当开度反馈信号出现故障时，调速器均应能继续自动调节和工况转换控制，继续维持机组安全运行。

容错的目的是能容忍单个传感器故障而导致的故障信号的存在，使故障信号不会或尽可能少地危及调速系统运行。二选一容错技术是指当调速器导叶主用传感器发生各种故障时，导叶开度测控装置SPC主动精准快速识别故障，并无扰切换至备用传感器选值。当主用传感器故障复归后，SPC应自动切回至主用传感器选值。上述的二选一容错技术，对传感器故障判断的准确性和实时性有严格要求。

2.1 主动识别故障

主动识别是指机组运行中导叶开度测控单元SPC智能分析主用传感器测量数据，精准快速识别传感器各类故障。根据惠州抽水蓄能电站机组四年来运行记录，导叶开度反馈传感器故障状态分以下三种：

2.1.1 传感器信号丢失（Signal lost）

当导叶开度反馈传感器出现断线故障时，输出信号丢失。通常表现为工作电流为0，即低于最小工作电流4mA。

2.1.2 传感器反馈值过快变化（too fast detection）

电液转换器通过阀芯移动控制接力器，开启腔和关闭腔的油压是由专用油压装置产生，压力平稳。调整同等区间开度时，电液转换器调整导叶开度的时间是一致的。例如从90%开度调整到50%与从70%调整到30%，调整区间都是40%，调整时间是一致的。导叶开启或关闭过程中接力器位移速率稳定，即导叶调整时开度值变化斜率是一个固定值。

若监测到机组运行时导叶开度反馈值过快变化，即偏离导叶实际物理位移变化速率过大，则可判定导叶开度反馈传感器出现故障。

2.1.3 传感器反馈值过慢变化（too slow detection）

若导叶开度调整过程中，导叶开度反馈值过慢变化或停滞，可判定导叶开度反馈传感器出现故障。

图1是导叶开度反馈故障识别逻辑框图。当识别到主用传感器（Main sensor）信号丢失（signal lost）、过快跳变（too fast derivation）、过慢变化或停滞（too slow derivation）时，报警变量SE1_MES为1。备用传感器（Standby sensor）故障识别逻辑与主用传感器完全一致。

当主用传感器和备用传感器同时发生故障，即报警信号SE_MES出现时，机组将立即故障停机。

2.2 无扰切换

当识别到主用传感器发生上述任一故障情况后，导叶接力器控制器SPC无扰切换至备用传感器选值，避免出现导叶调整的振荡。主备用传感器切换逻辑如图2所示。

2.3 自动恢复

当故障传感器被人工修复并手动复位报警后，测量装置SPC自动切回至正常传感器选值。

3 二选一容错逻辑测试

T-SOFT是NEYPRIC调速器配套的调试平台。该平台能够调整调速器PID控制参数、查看调速器报警信息、选取参数进行录波。该平台具备多通道参数录波功能，是测试二选一容错逻辑的理想环境。

测试时随机抽取一个导叶，把电流发生器接入导叶对应的SPC输入端，以便模拟主用或备用传感器工作电流。工作电流由可设定函数的电流发生器产生。电流发生器能够准确模拟出开度传感器反馈值丢失、过快或过慢变化等情况。因此，静态测试平台能够验证传感器测量故障发生故障识别、无扰切换和自动恢复等容错逻辑是否准确。测试平台录波参数见表1。

SE_POS是SPC的开度反馈值，从主用传感器SE1_SCA和SE2_SCA中选值，默认选择SE1_SCA。

测试平台录波参数见表1。