大渡河沙湾水电站机组有功功率调节模式的设计与应用

朱建林 陈胜祥

摘要：对于现代化水电厂而言，发电机组负荷的自动调节具有重要意义。据统计，2015年，沙湾电站为124万度，安谷电站不合格电量为273万度。本文从分析两站不合格电量产生的原因入手着手，着重阐述了沙谷两站解决不合格电量产生所采取的措施，验证了匀速调整功率模式解决负荷调整爬坡率不合格的可行性，并对程序的设计进行了详细的说明，实施后极大的减少了电站不合格电量的产生，提高了电站的效益，为其它电站类似项目提供了参考。

关键词：LCU  爬坡率  匀速调功  modbus

一、设计背景

经过统计，2015年安谷电站不合格电量为273万度，沙湾电站为124万度。沙湾电站近几年不合格电量对比如下表所示（单位：万度）：

电站技术人员经过反复论证确定两站机组调整有功功率时爬坡率不能满足调度要求以及机组低负荷时机组功率受水头及2%考核偏差值影响为超欠发主要原因。

经过电站技术人员与调度侧考核软件开发人员沟通，发现以往的负荷变更方式是在一分钟内均匀的加减20MW的负荷。而调度要求负荷变是一个阶梯上升过程（如图1所示），这是造成负荷超欠的主要原因。

二、解决方案

针对爬坡率不合格问题对监控系统调整有功功率程序进行重新设计，改变原有的偏差控制方式，将监控系统上位机下发功率给定值按爬坡率分次下发，即将给定负荷按省调下发20MW/min，每个20MW/min爬坡率周期分成4个15s段进行匀速调节。负荷增、减方向根据不同的负荷偏差采用不同的调节参数进行自适应调节，以适应不同的调节工况。

功率调整周期内下发给定值以实时值为基准进行再次计算，调整周期结束后以上次给定值作为基准进行计算调节，避免了功率实时值波动带来的调节偏差以及运行人员在调整周期内多次下发给定值出现的爬坡率不合格问题;其次，增加沙湾电站调速器远方通讯调节模式，将监控系统上位机下发的功率给定值通过通讯方式直接下发至调速器工控机同时闭锁原有的脉冲调节模式（开度调节模式），由调速器根据远方给定值执行PID调节（功率调节模式）。由于沙湾电站为径流式低水头电站、机组引用流量大，上游水位较小的变化都会造成机组出力较大的波动，故在低负荷时采用功率调节模式在调速器内部实现PID小闭环，避免由监控闭环造成的滞后。

由于调速器系统PID参数是更适用于机组运行工况，故在远方模式下，低负荷调整更倾向于首先使用远方通讯方式。这样一则保证AGC运行、简化流程，另则保证调节性能。但由于存在通讯中断、现地功率变送器等反馈错误等故障，为保证AGC不退出运行，故建议将远方开度调节作为二级选用调节方式，在远方模式下，由故障自动或人为手动时切换至该方式。

增加调速器功率通讯调节方式。上位机发电棒图中增加通讯功能投入按钮和调速器功率调节模式反馈信号灯。机组并网后当需要用通讯功率模式为调速器赋值时投入上位机调速器通讯功率功能，即可在数据框赋值，延时几秒后调速器功率调剂模式信号投入反馈。若需要开度调节则可退出通讯功率调节功能重新在数据框赋值即可。运行人员可根据需要选择调功方式。

方案实施

1.程序修改

（1）上位机增加相应调节界面。增加调速器功率通讯调节方式。上位机发电棒图中增加通讯功能投入按钮和调速器功率调节模式反馈信号灯。机组并网后当需要用通讯功率模式为调速器赋值时投入上位机调速器通讯功率功能，即可在数据框赋值，延时几秒后调速器功率调剂模式信号投入反馈。若需要开度调节则可退出通讯功率调节功能重新在数据框赋值即可。运行人员可根据需要选择调功方式。

（2）下位機增加FB202（功率匀速给定计算功能块）、FC301（功率匀速调节组织功能块）、FC302（功率调节脉冲输出功能块）、FC300（脉冲计算功能块）、FC7（通讯调节功能块）及相关数据块。

（3）由于各台机组调速器调节性能差异，程序修改完成后，需下载至各台机组LCU进行各区段负荷调整试验以确定各段调节参数。以及调速器通讯功率模式测试。

三、安全策略

1.当调速器功率传感器故障或者是通讯故障时上位机和调速器自动切换为开度调节也就是走LCU调节通道，同时上位机报出调速器“功率传感器故障”、“调速器功率调节通讯故障”，上位机调速器功率调节模式信号复归。故障复归后需在上位机重新投入通讯调节功能方可重新为调速器赋值。

2.在功率通讯模式下调速器切换为现地操作或是手动操作调整负荷或者在上位机下单步操作命令时，上位机自动给调速器下-1值（为调速器下负值命令调速器自动切换为开度模式），此时PLC功率调节功能仍然投入。待负荷调整操作完成后调速器切换为远方上位机继续赋值下达命令后仍然以通讯功率模式调整负荷。

3.上位机显示的功率值定义为哪个通道调节即采集的就为哪个通道的值。当调速器在功率模式下超过6S未接收到赋值报文自动切换为开度模式，此时上位机调速器功率调节模式反馈退出，但PLC此时通讯功率功能仍然投入，当通讯恢复后可继续为调速器赋值。在功率调节模式下由于通讯延时可能造成上位机功率显示延时。

4.下位机的通讯程序是按照调速器并网默认模式为开度模式编写的，当调速器并网后默认模式为功率模式的时候就算上位机通讯有功退出，那么LCU发单步增减和赋值调速器都不会执行，因为调速器在功率模式下是不响应脉冲的。因此调速器并网默认模式必须为开度模式。

5.匀速调功分段初始值考虑到负荷波动的影响采用实时值作为初值。

四、结语

2016年8-9月份，经维护班、运行人员在安谷、沙湾电站对每台机组多次试验，最终确定了满足匀速调功要求的各段运行参数，并通过生产部运行人员的验收。该项工作结束后，使运行人员更方便更准确的按照爬坡率进行负荷调整，不用人工计时调整带来的不便，且从技术上避免了人工疏忽以及调整难度大的原因导致的超欠电量，解决了沙湾电站低负荷下负荷波动大导致的超欠问题。从2017年1月10日优化调整后，安谷电站年累计不合格电量为20万 kW.h ，相较其多年平均不合格电量240.78万 kW.h 下降220.78 万kW.h，下降率91.6%;沙湾电站年累计不合格电量为30万 kW.h ，相较其多年平均不合格电量175.6万 kW.h 下降145.6万 kW.h，下降率83%。2017年两站累计不合格电量60万 kW.h ，相较多年平均值416.38万 kW.h 减少356.38万 kW.h ，降低85.6%。

该项目创新点：

1.将给定负荷按省调下发按20MW/min调整，每个20MW/min爬坡率周期分成4个步长段进行匀速调节，很好的解决了运行人员原调整负荷难以把控爬坡率带来的超欠;

2.负荷增、减方向根据不同的负荷偏差采用不同的调节参数进行自适应调节，以适应不同的调节工况;

3.功率调整周期内下发给定值以实时值为基准进行再次计算，调整周期结束后以上次给定值作为基准进行计算调节，避免了功率实时值波动带来的调节偏差以及运行人员在调整周期内多次下发给定值出现的爬坡率不合格问题;

4.远方通讯功率调节模式最大程度上解决了机组低负荷时功率不易调整，特别是水位变化大的时候易产生超欠发的问题。

作者简介：

朱建林（1987 ），男（汉族），四川省资中县人，四川圣达水电开发有限公司，本科 ，主要从事电力运行及市场营销工作。

陈胜祥（1986），男（汉族），四川省青神县人，四川圣达水电开发有限公司，本科 ，主要从事水电站技术管理工作。