覃吉波

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

?

監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)方法

覃吉波

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的DL/T1245—2013《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》一次調(diào)頻與監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)系的要求，針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻無法正常協(xié)調(diào)配合的問題，本文論述了在與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合中，監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)采用有功測(cè)值與有功設(shè)定值差值在死區(qū)內(nèi)保持10s，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)退出PID調(diào)節(jié)功能的方法解決該問題。

一次調(diào)頻 監(jiān)控系統(tǒng) 功率閉環(huán)調(diào)節(jié) 亭子口水電站

1 工程概況

嘉陵江亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流的控制性骨干水利樞紐工程，開發(fā)任務(wù)以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等綜合利用效益。水庫正常蓄水位458m，總庫容40.67億m3，可灌溉農(nóng)田19.48萬hm2，電站裝機(jī)容量4×275MW，保證出力187MW～163MW，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量31.94億kW.h～29.67億kW.h。2013年08月首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2014年05月全部4臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。

2 監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻的關(guān)系

根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的DL/T1245—2013《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》(以下簡(jiǎn)稱為《技術(shù)導(dǎo)則》)要求，一次調(diào)頻的優(yōu)先級(jí)高于監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，當(dāng)機(jī)組在監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)方式下，機(jī)組一次調(diào)頻功能應(yīng)不受監(jiān)控系統(tǒng)影響。一次調(diào)頻與功率閉環(huán)調(diào)節(jié)相互協(xié)調(diào)，其量化關(guān)系為機(jī)組帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)有功功率閉環(huán)調(diào)節(jié)投入、一次調(diào)頻投入，監(jiān)控系統(tǒng)接收來自調(diào)速器的一次調(diào)頻功能投入狀態(tài)、一次調(diào)頻動(dòng)作信號(hào)正常。調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行頻率階躍擾動(dòng)，在施加的頻率擾動(dòng)信號(hào)未回到一次調(diào)頻死區(qū)范圍內(nèi)，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)未下發(fā)新的有功功率給定值情況下，機(jī)組有功功率穩(wěn)態(tài)值P1應(yīng)等于：

P1=Pc+PPFC

式中：P1——調(diào)節(jié)穩(wěn)定后機(jī)組有功功率； Pc——監(jiān)控系統(tǒng)有功功率給定值； PPFC——一次調(diào)頻有功功率調(diào)節(jié)量。

待一次調(diào)頻調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，保持施加的頻率擾動(dòng)信號(hào)不變，監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)給定值不低于5%額定有功功率的擾動(dòng)量△P，記錄機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)過程，機(jī)組有功功率穩(wěn)態(tài)值P2應(yīng)等于：

P2=Pc+PPFC+△P

有功功率調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，將頻率信號(hào)恢復(fù)至50.0Hz額定值，記錄機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)過程，此時(shí)機(jī)組有功功率穩(wěn)態(tài)值P2應(yīng)等于：

P2=Pc+△P

3 監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)

亭子口電站單機(jī)最大有功功率為275MW，監(jiān)控系統(tǒng)單機(jī)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)定為單機(jī)最大有功功率的1%(即2.75MW)。當(dāng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)功能投入，單機(jī)有功測(cè)值與單機(jī)有功設(shè)定值的差值大于有功閉環(huán)調(diào)節(jié)死區(qū)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PID自動(dòng)對(duì)機(jī)組有功進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)機(jī)組有功測(cè)值與機(jī)組有功設(shè)定值的差值在有功閉環(huán)調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)PID停止對(duì)機(jī)組有功進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)功能退出后，機(jī)組有功設(shè)定值跟蹤機(jī)組有功測(cè)值。

圖1

圖1中1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值為紅線(橫向)，1號(hào)機(jī)組有功設(shè)定值為藍(lán)線(橫向)。圖1中A點(diǎn)1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值為218.5MW，1號(hào)機(jī)組有功設(shè)定值為220MW，1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值與有功設(shè)定值差值為1.5MW，小于單機(jī)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)死區(qū)，1號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)PID不進(jìn)行有功調(diào)節(jié)。1號(hào)機(jī)組在進(jìn)行一次調(diào)頻與監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)配合試驗(yàn)時(shí)，給1號(hào)機(jī)組調(diào)速器施加+0.1Hz階躍上擾頻率信號(hào)，1號(hào)機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作，調(diào)速系統(tǒng)將1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值降至210MW(如圖1中B點(diǎn)所示)。圖1中B點(diǎn)1號(hào)機(jī)組有功設(shè)定值為220MW，1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值與有功設(shè)定值差值為10MW，大于單機(jī)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)死區(qū)，1號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)PID進(jìn)行有功調(diào)節(jié)，將1號(hào)機(jī)組有功調(diào)節(jié)至220.6MW時(shí)，1號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)PID停止有功調(diào)節(jié)(具體見圖1中C點(diǎn)所示)。當(dāng)退出1號(hào)機(jī)組功率閉環(huán)調(diào)節(jié)功能后，1號(hào)機(jī)組有功設(shè)定值跟蹤有功測(cè)值(見圖1中D點(diǎn)位置參數(shù))。圖1中A點(diǎn)至D點(diǎn)1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值及有功設(shè)定值見表1。

表1 1號(hào)機(jī)有功測(cè)值與有功設(shè)定值

4 監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合

從圖1中B點(diǎn)至C點(diǎn)看出，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作后，機(jī)組有功測(cè)值與有功設(shè)定值的差值大于死區(qū)后，監(jiān)控系統(tǒng)又立即將有功調(diào)節(jié)至測(cè)值與設(shè)定值的差值死區(qū)范圍內(nèi)，即P1≠Pc+PPFC，而是P1=Pc。此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)不滿足《技術(shù)導(dǎo)則》要求，無法完成與一次調(diào)頻的協(xié)調(diào)配合。

為了解決監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合問題，監(jiān)控系統(tǒng)需在PID調(diào)節(jié)中增加一段與一次調(diào)頻配合的PLC程序。該段程序具體功能為監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有功調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)有功測(cè)值與有功設(shè)定值之差在死區(qū)范圍內(nèi)保持10s以上時(shí)間，如果此時(shí)沒有新的有功設(shè)定值下發(fā)，監(jiān)控系統(tǒng)退出PID調(diào)節(jié)，但保持監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)功能在投入。當(dāng)PID調(diào)節(jié)退出后，一次調(diào)頻動(dòng)作使有功測(cè)值發(fā)生變化，有功測(cè)值與有功設(shè)定值之差大于調(diào)節(jié)死區(qū)，監(jiān)控系統(tǒng)將不再進(jìn)行有功調(diào)節(jié)。有新的有功設(shè)定值下發(fā)，有功PID調(diào)節(jié)功能自動(dòng)投入，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)收到的有功設(shè)定值調(diào)節(jié)有功。具體PLC程序見圖2。

圖2

圖2中各相關(guān)變量描述見表2。圖2的PLC程序說明，如果P_YCTP=1，該程序啟用，否則不啟用該程序。當(dāng)TEMP_REAL〈P.DEADRAND且P.ENABLE=1且P.FUC=1且P.CURRENT_VALUE≦P.MAX，延時(shí) 表2

圖2中相關(guān)描述

圖3

10s。當(dāng)P_YCTP2.Q=1，將值0賦給變量P.NEW，即PID調(diào)節(jié)功能退出。如果一次調(diào)頻功能退出或者與一次調(diào)頻配合功能退出或者有新的有功設(shè)定值下發(fā)，PID調(diào)節(jié)功能自動(dòng)投入。在機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序中增加與一次配合程序后，重新進(jìn)行1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻與監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)配合試驗(yàn)。試驗(yàn)過程見圖3。圖3中A點(diǎn)至D點(diǎn)1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值及有功設(shè)定值見表3。圖3中，機(jī)組有功在A點(diǎn)穩(wěn)定，測(cè)值為179.1MW。進(jìn)行1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻與監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)配合試驗(yàn)，給1號(hào)機(jī)組調(diào)速器施加-0.15Hz階躍下擾頻率信號(hào)，1號(hào)機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作，調(diào)速系統(tǒng)將1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值升至B點(diǎn)202.4MW，此時(shí)1號(hào)機(jī)組有功設(shè)定值為180MW，1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值保持202.4MW不變，即P1=Pc+PPFC，滿足《技術(shù)導(dǎo)則》要求。在B點(diǎn)，1號(hào)機(jī)組有功設(shè)定值為180MW，1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值為202.4MW，監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)給定值不低于5%額定有功功率的擾動(dòng)量△P=13MW，1號(hào)機(jī)組有功設(shè)定值為215MW(即1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值P1+有功功率的擾動(dòng)量△P)，1號(hào)機(jī)組有功調(diào)節(jié)后測(cè)值為215.8MW(即圖3中C點(diǎn)測(cè)值)，此時(shí)滿足《技術(shù)導(dǎo)則》中P2=Pc+PPFC+△P要求。有功功率調(diào)節(jié)穩(wěn)定后將頻率信號(hào)恢復(fù)至50.0Hz額定值，1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸，1號(hào)機(jī)組有功測(cè)值為203.6MW(見圖3中的D點(diǎn)測(cè)值)，此時(shí)滿足《技術(shù)導(dǎo)則》中P2=Pc+△P要求。

表3 1號(hào)機(jī)有功測(cè)值與有功設(shè)定值

5 結(jié)語

在解決監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合問題時(shí)，亭子口水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用監(jiān)控系統(tǒng)有功功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，將機(jī)組有功調(diào)整到死區(qū)范圍內(nèi)后，延時(shí)10s退出機(jī)組PID功能。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法解決了監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合問題，滿足《技術(shù)導(dǎo)則》中一次調(diào)頻與監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)系的要求。

■

TK

B

2095-1809(2015)06-0043-03

覃吉波(1983-)，男(壯族)，廣西都安縣人，工程師，學(xué)士。