劉細(xì)輝，范進(jìn)喜，呂曉東

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司官地水力發(fā)電廠，四川 涼山 615704）

機(jī)組有功功率波動(dòng)分析與策略優(yōu)化

劉細(xì)輝，范進(jìn)喜，呂曉東

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司官地水力發(fā)電廠，四川 涼山 615704）

水電站有功調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性關(guān)系到水電站的安全與經(jīng)濟(jì)效益。本文以某大型水電站有功功率波動(dòng)案例為基礎(chǔ)，對(duì)功率波動(dòng)的原因進(jìn)行了分析，從一次調(diào)頻與功率閉環(huán)調(diào)節(jié)配合控制策略方面提出了優(yōu)化建議，對(duì)其他水電站類似功率波動(dòng)事件具有很好的借鑒意義。

有功調(diào)節(jié)；功率波動(dòng)；控制策略；大型水電站

0 引言

目前，國內(nèi)大型水電站有功調(diào)整方式一般有兩種，即開度模式和功率模式。開度模式是在監(jiān)控系統(tǒng)上形成功率調(diào)節(jié)閉環(huán)，即監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定有功功率后，調(diào)速器接收監(jiān)控系統(tǒng)開出脈沖，進(jìn)行導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功率反饋值進(jìn)行有功閉環(huán)調(diào)節(jié)。功率模式是在調(diào)速器控制系統(tǒng)上形成功率調(diào)節(jié)閉環(huán)，即調(diào)速器系統(tǒng)接收監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)有功功率定值（模擬量），以自身功率變送器作為反饋量，進(jìn)行導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。

某大型水電站監(jiān)控系統(tǒng)為NC2000系統(tǒng)，調(diào)速器控制系統(tǒng)為SAFR-2000H冗余微機(jī)控制系統(tǒng)，采用了貝加萊公司的PCC2005控制器為核心，機(jī)械液壓部分選用BOSCH公司的比例伺服閥為電液轉(zhuǎn)換單元，GE20000作為主配壓閥，調(diào)速器系統(tǒng)具有開度模式、功率模式兩種模式，開度模式為主用模式。

1 現(xiàn)象描述

2013年7月10日08∶40，某大型水電站1號(hào)機(jī)組調(diào)速器運(yùn)行在“遠(yuǎn)方、自動(dòng)、開度模式”方式下，有功設(shè)定值保持600 MW不變，開度穩(wěn)定在79.85%沒有較大變化時(shí)，有功功率發(fā)生向下波動(dòng)現(xiàn)象，有功設(shè)定值與有功實(shí)發(fā)值最高差值35 MW，不滿足《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定在功率給定或開度給定恒定時(shí)，機(jī)組實(shí)際有功或開度與給定值的偏差應(yīng)不大于±1%的要求。2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組均出現(xiàn)過類似負(fù)荷下降現(xiàn)象，以1號(hào)機(jī)最為顯著。

2 有功控制策略

2.1 有功調(diào)節(jié)工作原理

開度模式下，監(jiān)控實(shí)時(shí)對(duì)功率實(shí)測(cè)值與有功設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)偏差超過功率死區(qū)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算，計(jì)算出調(diào)節(jié)脈沖寬度，通過功率增減繼電器以脈沖量的形式下發(fā)給調(diào)速器系統(tǒng)。調(diào)速器將功率增減脈寬時(shí)間換算為導(dǎo)葉開度變換量即綜合負(fù)荷給定Pgv，與空載開度Ynld和一次調(diào)頻動(dòng)作導(dǎo)葉開度輸出量Ypid疊加計(jì)算出導(dǎo)葉給定值。調(diào)速器實(shí)時(shí)對(duì)導(dǎo)葉反饋值與導(dǎo)葉給定值進(jìn)行比較計(jì)算出導(dǎo)葉偏差，將偏差進(jìn)行PI運(yùn)算，計(jì)算出控制電壓經(jīng)功放板放大作用到伺服閥，通過主配壓閥控制接力器動(dòng)作，使導(dǎo)葉反饋值跟蹤導(dǎo)葉給定值。

2.2 開度模式下調(diào)速器有功控制策略

開度模式下，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行功率閉環(huán)，調(diào)速器系統(tǒng)作為隨動(dòng)系統(tǒng)只進(jìn)行導(dǎo)葉開度閉環(huán)，即導(dǎo)葉反饋值跟蹤導(dǎo)葉給定值。調(diào)速器導(dǎo)葉給定值由空載開度（Ynld）、PID輸出（Ypid）和綜合負(fù)荷給定（Pgv）3部分組成。

式（1）中Ynld為對(duì)應(yīng)水頭下的空載開度，Ypid為一次調(diào)頻動(dòng)作對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉調(diào)整量，Pgv為監(jiān)控有功調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉調(diào)整量。當(dāng)一次調(diào)頻未動(dòng)作時(shí)，Ypid為0，當(dāng)監(jiān)控功率閉環(huán)調(diào)節(jié)處于閉鎖狀態(tài)時(shí)，Pgv為上次有功閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)束后的積分值。

2.3 開度模式下監(jiān)控有功控制策略

圖1 某大型水電站調(diào)速器系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)數(shù)學(xué)模型

當(dāng)機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)至死區(qū)持續(xù)10 s后，閉鎖有功調(diào)節(jié)輸出，閉鎖后無論是一次調(diào)頻動(dòng)作引起負(fù)荷偏差還是由于水頭變化等其他因素引起負(fù)荷偏差，監(jiān)控系統(tǒng)都不再進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，當(dāng)偏差大于20MW時(shí)僅進(jìn)行報(bào)警，除非收到新的有功設(shè)定值才解除有功調(diào)節(jié)閉鎖，根據(jù)有功功率偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 原因分析及處理措施

3.1 原因分析

從圖1可以看出，在機(jī)組有功設(shè)定值和機(jī)組導(dǎo)葉開度均保持不變的情況下，機(jī)組有功實(shí)發(fā)值持續(xù)下降，同時(shí)通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析當(dāng)時(shí)負(fù)荷波動(dòng)的水頭曲線，發(fā)現(xiàn)壩前水位保持不變，壩后水位呈上升趨勢(shì)，水頭（壩前水位-壩后水位）呈下降趨勢(shì)，說明水的效率降低，而水頭是影響效率的主要因素。

由于額定水頭較高且變化較小，自動(dòng)水頭測(cè)量精度不高，現(xiàn)場調(diào)試人員選擇人工恒定水頭的方式，在水頭變化且有功功率偏差超過功率死區(qū)時(shí)，由于未收到新的有功設(shè)定值，有功調(diào)節(jié)閉鎖未能解除，不能發(fā)出有功調(diào)節(jié)脈沖，從而可以分析水頭下降是導(dǎo)致此次機(jī)組有功功率向下波動(dòng)的直接原因。

3.2 處理措施

由于水頭變化小且水頭測(cè)量精度不高，為避免機(jī)組有功調(diào)整再次出現(xiàn)類似現(xiàn)象，可以對(duì)開度模式下監(jiān)控系統(tǒng)一次調(diào)頻與功率閉環(huán)調(diào)節(jié)的配合邏輯進(jìn)行修改。具體為：當(dāng)一次調(diào)頻功能投入、監(jiān)控有功PID調(diào)節(jié)投入、機(jī)組有功功率偏差（有功設(shè)值與有功實(shí)測(cè)值差值的絕對(duì)值）小于監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)死區(qū)10 s后，機(jī)組LCU判定有功調(diào)節(jié)到位，將閉鎖監(jiān)控有功PID調(diào)節(jié)輸出；監(jiān)控有功調(diào)節(jié)輸出閉鎖后，若一次調(diào)頻動(dòng)作后20 s內(nèi)功率差值大于監(jiān)控調(diào)節(jié)死區(qū)，則機(jī)組LCU判定有功偏差超過死區(qū)是由于一次調(diào)頻動(dòng)作引起，監(jiān)控有功PID調(diào)節(jié)不會(huì)干預(yù)，輸出也將一直閉鎖，直到新設(shè)定值下發(fā)時(shí)才會(huì)解除閉鎖。當(dāng)一次調(diào)頻不動(dòng)作時(shí)，功率偏差超過死區(qū)延時(shí)5 s解除監(jiān)控有功PID調(diào)節(jié)輸出閉鎖，進(jìn)行有功調(diào)節(jié)。

4 優(yōu)化建議

（1）投入自動(dòng)水頭跟蹤功能：選擇精準(zhǔn)合適的水頭測(cè)量自動(dòng)化元件及水頭測(cè)量方法，計(jì)算出準(zhǔn)確的水頭與空載開度間數(shù)學(xué)函數(shù)。當(dāng)一次調(diào)頻未動(dòng)作且監(jiān)控有功閉環(huán)調(diào)節(jié)閉鎖時(shí)，空載開度會(huì)隨著水頭的變化而變化，導(dǎo)葉給定也會(huì)隨之變化，即調(diào)速器可以隨著水頭的變化自行修正空載開度，從而控制導(dǎo)葉開度使之維持當(dāng)前機(jī)組有功功率。

（2）在采用恒定水頭情況下，可以考慮修改開度模式下一次調(diào)頻與功率閉環(huán)調(diào)節(jié)的配合邏輯。

5 結(jié)語

水電站有功調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，不僅涉及電站的經(jīng)濟(jì)效益，也是調(diào)度的一個(gè)重要考核指標(biāo)，應(yīng)給予高度重視。本文針對(duì)此次有功功率波動(dòng)的原因分析和優(yōu)化建議既有普遍性也有特殊性，對(duì)其他水電站類似現(xiàn)象具有一定的借鑒意義。

［1］魏守平.水輪機(jī)調(diào)節(jié)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社.

［2］張亞明.葛洲壩水電站有功調(diào)節(jié)穩(wěn)定性分析與改進(jìn)措施探索［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2013，37（2）.

［3］趙海峰，馬銀萍，安芳芳.一起機(jī)組有功調(diào)節(jié)引起的功率波動(dòng)事件的分析與策略優(yōu)化［J］.水電廠自動(dòng)化，2015，36（1）.

TV738

B

1672-5387（2016）10-0017-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.005

2015-12-03

劉細(xì)輝（1985-），男，助理工程師，從事水電站自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作。