永富直流工程功率调节滞后原因分析及解决方法

2022-10-27韩广宇朱一昕晏庆丰王明江耿成通王荣富余先保

电气技术与经济 2022年5期

韩广宇朱一昕晏庆丰闫伟王明江耿成通王荣富贾慧余先保

（云南电网有限责任公司楚雄供电局）

0 引言

本文针对永富直流工程在小速率情况下执行自动功率曲线过程中，双极功率定值和升降速率正确下发后实际功率未按照设定的升降速率在一定的时间内调节到位的原因进行分析。通过仿真平台采用与现场一致的处理器板卡EPU10A及底层固件和程序编译对应的库文件，模拟现场下发的双极功率参考值及升降速率，对双极功率参考值调节器RGE功能块进行功能测试，复现现场现象，定位问题的原因并提出解决方案。

1 问题概述

永富直流工程在小速率情况下执行自动功率曲线过程中，双极功率定值和升降速率正确下发后实际功率未按照设定的升降速率在一定的时间内调节到位。结合2019年9月22日至23日现场外置录波波形进行统计，如表1所示。

表1 现场功率调节统计表

2019年9月24日凌晨15分，执行功率下降50MW，升降速率为4MW／min，预计到达时间是27分30秒，31分25秒才报“功率升降中”消失事件，实际到达时间晚了将近4min。

2 问题分析

现场功率执行分为调度曲线下发环节和执行环节，当日通过现场核实自动功率曲线下发的双极功率定值和升降速率与后台反馈显示的信息一致，排除下发环节异常情况，初步怀疑处理器板卡EPU10A程序中双极功率参考值调节器RGE功能块在小速率情况下未按照设定升降速率将双极功率参考值调节到位。

3 仿真验证

仿真平台采用与现场一致的处理器板卡EPU10A及底层固件和程序编译对应的库文件，模拟现场下发的双极功率参考值及升降速率，对双极功率参考值调节器RGE功能块进行功能测试，复现现场现象。

3.1 设定速率4MW／min模拟功率下降

后台设定升降速率4MW／min，折算成标幺值为4／500＝0.008pu，因数据类型转换程序中为0.0079956pu，得到的双极功率参考值调节器RGE功能块升降时间为360s／0.0079956＝45024s，即按照此速率双极功率从0至3000MW共需750min24s，误差最大为24s。

模拟双极功率为0.82pu（2460MW），设定目标值0.8pu（2400MW），启动调节器RGE功能块下降10min，理论达到0.80666pu（2420MW），实际达到0.811059pu（2433MW），误差约为13MW，实际功率2.7MW／min，与现场现象吻合。

3.2 设定速率20MW／min模拟功率下降

设定速率20MW／min模拟功率下降后台设定升降速率20MW／min，折算成标幺值为20／500＝0.04pu，因数据类型转换程序中为0.039978pu，计算得到的双极功率参考值调节器RGE功能块升降时间为360s／0.039978＝9004s，即按照此速率双极功率从0至3000MW共需150min4s，误差最大为4s。

模拟双极功率为0.8pu（2400MW），设定目标值0.7pu（2100MW），启动调节器RGE功能块下降10min，理论达到0.73333pu（2200MW），实际达到0.73741pu（2212MW），误差约为12MW，实际功率18.8MW／min，与现场现象吻合。

4 原因分析

REG功能块在执行功率定值调节时，其本质是一个积分过程，当积分时间较大时（如10min），对数据的运算精度要求更高。REG功能块目前采用单精度格式进行运算，HCM3000软件系统使用的浮点数精度遵循IEEE754标准浮点数使用规范。

1）单精度浮点数在不考虑数据参与运算导致的误差传递等情况下，将保存的float型二进制数完整转换为十进制数（必定是有限位数）时，其带来的十进制数的相对误差≤2-24（约0.596×10-7）。关于单精度浮点数的有效数字位数的计算方法是，224＝16777216，因为107＜16777216＜108，所以其有效数字位数为7位。一个十进制小数是否能用浮点数精确表示，要求最后一位必须是5，并且能够用2-t（t∈［1，23］）的累加和所组成的十进制小数来表示。

2）双精度浮点数在不考虑数据参与运算导致的误差传递等情况下，将保存的double型二进制数完整转换为十进制数（必定是有限位数）时，其带来的十进制数的相对误差≤2-53（约1.11×10-16）。关于双精度浮点数的有效数字位数的计算方法是，253＝9007199254740992，因为1015＜9007199254740992＜1016，所以其有效数字位数为15位。一个十进制小数是否能用浮点数精确表示，要求最后一位必须是5，并且能够用2-t（t∈［1，52］）的累加和所组成的十进制小数来表示。

计算机作为一种数字系统，其对数值的描述是非线性和离散性的，单精度浮点型的离散度比双精度浮点型要高；由于这种非线性和离散性，就存在一定的精度误差；即其真实存储的值是一个逼近于目标值的近似结果，而这种情况是完全由计算机系统自身特性决定的；因此使用单精度浮点型进行计算时，由于单精度的表示范围有限，导致在特定点存在一定程度的精度损失，而使用双精度浮点型，已近似完全逼近真实值。这种误差在一个积分时间比较大的积分运算中将会累积显现。

永富直流功率调节滞后就是由此原因引起。

5 改进措施及实施

5.1 改进措施

对直流站控和极控的处理器板卡EPU10A进行固件和库文件升级，将程序中单精度类型RGE功能块替换为双精度类型RGE_D功能块，编译后重新下载程序，重启直流站控和极控主机。直流站控主要涉及双极功率参考值的调节，极控主要涉及单极功率及单极电流参考值的调节。

5.2 改进措施验证

在原固件和库文件基础上添加双精度类型RGE_D功能块的相关配置，模拟在不同功率水平下双极功率参考值及升降速率，对功能块RGE和RGE_D同时进行功能测试。试验结果统计如表2所示。

表2 功能块RGE和RGE_D功能测试统计表

（续）

试验结果统计显示，在不同功率水平及不同速率下，单精度类型的RGE功能块调节最大误差约为13MW，若长时间处于小速率调节情况下延时时间更明显，与现场2019年9月24日凌晨15分升降速率为4MW／min时实际到达时间晚了将近4min情况相吻合，但RGE功能块最终会将目标值调节至设定值；双精度类型的RGE_D功能块能够按照设定速率将目标值调节至设定值，几乎无调节误差。