彭德民，劉德龍

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在全廠有功功率分配及調(diào)節(jié)過程中起著重要的作用。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接收電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)分配的有功功率負(fù)荷，通過自動發(fā)電控制（AGC）運(yùn)算，將全廠有功負(fù)荷合理分配至各機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU）。機(jī)組LCU與調(diào)速器系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合完成機(jī)組有功功率的調(diào)節(jié)。機(jī)組LCU一般以兩種信號模式將功率調(diào)節(jié)信號發(fā)送至調(diào)速器系統(tǒng)，分別為功率目標(biāo)值給定信號（AO/通信）及開關(guān)量脈沖調(diào)節(jié)信號（DO）。當(dāng)機(jī)組LCU功率調(diào)節(jié)信號為功率目標(biāo)值給定信號時(shí)，機(jī)組LCU不參與有功功率調(diào)節(jié)計(jì)算，直接將功率目標(biāo)給定值下發(fā)給調(diào)速器，調(diào)速器根據(jù)接收到的給定值完成功率閉環(huán)計(jì)算，對機(jī)組功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)模式通常稱為機(jī)組有功調(diào)節(jié)功率模式；當(dāng)機(jī)組LCU功率調(diào)節(jié)信號為脈沖信號時(shí)，機(jī)組LCU對有功功率給定值與實(shí)發(fā)值進(jìn)行綜合計(jì)算，然后將脈沖調(diào)節(jié)信號發(fā)送至調(diào)速器，調(diào)速器執(zhí)行導(dǎo)葉的啟閉操作，完成機(jī)組功率調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)模式通常稱為機(jī)組有功調(diào)節(jié)開度模式。當(dāng)機(jī)組LCU或調(diào)速器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)組LCU應(yīng)根據(jù)故障原因制定合理的有功調(diào)節(jié)模式切換、退出策略，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行及功率調(diào)節(jié)的可靠執(zhí)行。本文分析水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)模式的有關(guān)問題。

1 機(jī)組有功調(diào)節(jié)模式投入條件

1.1 開度模式投入條件

目前國內(nèi)大部分水輪發(fā)電機(jī)組的有功調(diào)節(jié)較多采用開度模式，這與多種因素有關(guān)[1]?，F(xiàn)在越來越多的人認(rèn)識到，采用功率模式調(diào)整負(fù)荷對于快速響應(yīng)電網(wǎng)潮流、保障機(jī)組安全生產(chǎn)更有益處。因此，越來越多的機(jī)組采用功率方式進(jìn)行有功功率調(diào)節(jié)。

機(jī)組完成開機(jī)并網(wǎng)后，即可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況適時(shí)投入LCU有功調(diào)節(jié)開度模式。根據(jù)部分電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組LCU投入有功調(diào)節(jié)開度模式需具備以下條件：

（1）機(jī)組處于并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行工況。機(jī)組并入電網(wǎng)是機(jī)組自動執(zhí)行功率調(diào)節(jié)的先決條件，只有機(jī)組并入電網(wǎng)，功率調(diào)節(jié)才具有真正意義的設(shè)定有效值。

（2）機(jī)組LCU有功功率采集信號有效。水電廠機(jī)組LCU一般配置一路或者兩路有功功率信號采集通道，機(jī)組LCU應(yīng)根據(jù)有功功率輸入信號采樣值的數(shù)值范圍及通道質(zhì)量判斷信號的有效性，在兩路輸入信號時(shí)宜同時(shí)判斷兩路信號的差值。當(dāng)LCU判定功率信號采集正常時(shí)才可投入開度模式。

（3）調(diào)速器控制模式正常，運(yùn)行無故障。調(diào)速器是機(jī)組LCU有功調(diào)節(jié)信號的接收對象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)速器安全穩(wěn)定運(yùn)行是有功調(diào)節(jié)的必要條件。機(jī)組LCU應(yīng)實(shí)時(shí)判斷調(diào)速器系統(tǒng)的反饋信號：調(diào)速器處于遠(yuǎn)方、自動控制模式；導(dǎo)葉處于自動控制模式；調(diào)速器供電系統(tǒng)正常；調(diào)速器無嚴(yán)重故障；調(diào)速器轉(zhuǎn)速信號采集正常。當(dāng)調(diào)速器系統(tǒng)滿足以上運(yùn)行條件時(shí)，機(jī)組LCU可投入開度模式。

（4）機(jī)組LCU開關(guān)量輸出通道正常。機(jī)組LCU下發(fā)增速（頻）、減速（頻）調(diào)節(jié)信號至調(diào)速器系統(tǒng)，調(diào)節(jié)信號由PLC計(jì)算生成，經(jīng)由開關(guān)量輸出模塊及所控制的繼電器發(fā)送至調(diào)速器系統(tǒng)，因此LCU應(yīng)在輸出信號通道正常狀態(tài)下投入開度模式。

（5）調(diào)速器系統(tǒng)處于功率閉環(huán)控制退出模式。

1.2 功率模式投入條件

機(jī)組LCU有功調(diào)節(jié)功率模式投入判斷條件除需滿足開度模式條件中1~3條內(nèi)容時(shí)，還需滿足以下條件：

（1）機(jī)組LCU通信通道或模擬量輸出通道正常。機(jī)組LCU收到運(yùn)行人員手動設(shè)置或AGC計(jì)算下發(fā)的有功功率設(shè)定值后，通過模擬量輸出通道將換算后的4~20 mA電流信號發(fā)送至調(diào)速器系統(tǒng)，調(diào)速器系統(tǒng)根據(jù)接收到的功率給定值進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。LCU模擬量輸出通道及調(diào)速器接收通道均為正常時(shí)，才能投入功率模式。

（2） 調(diào)速器系統(tǒng)處于功率閉環(huán)控制模式投入狀態(tài)。調(diào)速器系統(tǒng)只有處于功率閉環(huán)控制模式時(shí)，才能接收機(jī)組LCU發(fā)送的模擬量信號進(jìn)行有功功率調(diào)節(jié)。目前國內(nèi)大部分水電站調(diào)速器系統(tǒng)均默認(rèn)處于功率閉環(huán)退出模式，因此，在投入功率模式前，需先投入調(diào)速器功率閉環(huán)控制模式。

2 機(jī)組LCU有功調(diào)節(jié)模式切換

機(jī)組LCU在機(jī)組運(yùn)行過程中一般維持功率調(diào)節(jié)模式不變，但在機(jī)組設(shè)備運(yùn)行發(fā)生變化時(shí)，機(jī)組LCU應(yīng)及時(shí)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行變化情況切換調(diào)節(jié)模式，保證機(jī)組功率調(diào)節(jié)的可靠性與及時(shí)性。

機(jī)組LCU在監(jiān)測到以下信號時(shí)，應(yīng)將調(diào)節(jié)模式由功率模式切換至開度模式：

（1）機(jī)組LCU與調(diào)速器系統(tǒng)通信通道或模擬量通道異常。當(dāng)機(jī)組LCU與調(diào)速器系統(tǒng)因通信設(shè)備故障或接線端子松動等原因造成通信鏈路故障或模擬量電流回路異常時(shí)，機(jī)組LCU已不能將功率給定值及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)送至調(diào)速器系統(tǒng)。此時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)開度模式投入條件滿足時(shí)，機(jī)組LCU可自動切換至開度模式，發(fā)送開關(guān)量脈沖調(diào)節(jié)信號至調(diào)速器系統(tǒng)，滿足功率調(diào)節(jié)的需要。

（2）調(diào)速器系統(tǒng)退出功率閉環(huán)控制模式。當(dāng)調(diào)速器系統(tǒng)因自身運(yùn)行原因由功率模式切換至開度模式時(shí)，機(jī)組LCU應(yīng)同時(shí)自動切換至開度模式，與調(diào)速器系統(tǒng)相匹配完成功率調(diào)節(jié)。

機(jī)組LCU在執(zhí)行模式切換動作時(shí)，應(yīng)在機(jī)組功率負(fù)荷相對穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行。機(jī)組LCU或調(diào)速器系統(tǒng)正處于功率調(diào)節(jié)過程中時(shí)，機(jī)組LCU不宜進(jìn)行模式切換，應(yīng)待本次調(diào)節(jié)過程結(jié)束后再根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況進(jìn)行模式切換操作。機(jī)組LCU在執(zhí)行操作模式切換時(shí)，應(yīng)及時(shí)把有功功率實(shí)發(fā)值賦值給有功功率設(shè)定值，滿足功率調(diào)節(jié)模式的無擾動切換要求。

3 機(jī)組LCU有功調(diào)節(jié)功能退出條件

機(jī)組在運(yùn)行過程中會突發(fā)各種情況，為保證電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組LCU應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象做出合理判斷，快速有效地退出有功調(diào)節(jié)功能，保證機(jī)組輸出功率的穩(wěn)定。根據(jù)大部分電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組LCU監(jiān)測到下列故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)退出功率調(diào)節(jié)功能：

（1）機(jī)組LCU監(jiān)測不到機(jī)組并網(wǎng)態(tài)、有功功率信號采集故障或調(diào)速器故障時(shí)，機(jī)組LCU應(yīng)完全退出功率調(diào)節(jié)功能。

（2）機(jī)組CPU重啟。機(jī)組LCU一般配置雙電源及冗余CPU來保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，但有些電站配置較為簡單，當(dāng)電站執(zhí)行廠用電倒換造成電源中斷或由于CPU自身故障重啟運(yùn)行時(shí)，由于CPU初始化過程中存在不可預(yù)知的因素，LCU應(yīng)退出功率調(diào)節(jié)功能，防止誤動作情況的發(fā)生。

（3）當(dāng)機(jī)組LCU與調(diào)速器系統(tǒng)開關(guān)量控制回路故障，調(diào)速器系統(tǒng)接收不到機(jī)組LCU發(fā)送的功率脈沖調(diào)節(jié)信號時(shí)，會造成機(jī)組功率調(diào)節(jié)超時(shí)現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）開度調(diào)節(jié)控制參數(shù)配置未完善。大型電站庫容較大，機(jī)組發(fā)電時(shí)電站上下游水位變化不大，機(jī)組LCU開度調(diào)節(jié)無需與水頭信號做協(xié)聯(lián)處理；有些電站庫容較小，上游來水及發(fā)電用水均會造成電站水頭的大幅度波動，LCU開度計(jì)算就需要與水頭信號做協(xié)聯(lián)處理，開度計(jì)算比例參數(shù)P一般與水頭信號成反比例協(xié)聯(lián)關(guān)系。有些電站LCU開度計(jì)算調(diào)節(jié)參數(shù)未與水頭參數(shù)做協(xié)聯(lián)處理，當(dāng)電站水頭變化較大時(shí)，開度調(diào)節(jié)會造成功率調(diào)節(jié)響應(yīng)速度過慢、超調(diào)、震蕩等現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終導(dǎo)致功率調(diào)節(jié)超時(shí)。

功率調(diào)節(jié)超時(shí)后機(jī)組LCU應(yīng)立即退出有功功率調(diào)節(jié)，防止LCU頻繁向調(diào)速器系統(tǒng)下發(fā)功率調(diào)節(jié)命令。

4 機(jī)組有功調(diào)節(jié)模式選擇

大部分電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在機(jī)組并網(wǎng)成功后默認(rèn)投入有功調(diào)節(jié)開度模式，由LCU形成功率閉環(huán)計(jì)算，調(diào)速器系統(tǒng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)對有功功率進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。有功調(diào)節(jié)開度模式在國內(nèi)水電廠功率控制方式上應(yīng)用范圍較廣，技術(shù)也較為成熟。

調(diào)速器系統(tǒng)是水輪機(jī)組有功功率的直接控制機(jī)構(gòu)，能夠采集機(jī)組功率、導(dǎo)葉開度、機(jī)組轉(zhuǎn)速、一次調(diào)頻等一系列較為全面的機(jī)組控制參數(shù)及反饋信息。因此，由調(diào)速器完成功率閉環(huán)計(jì)算，執(zhí)行功率控制調(diào)節(jié)相對于LCU有著更高的調(diào)節(jié)精度及調(diào)節(jié)時(shí)效。有功調(diào)節(jié)功率模式正逐步被各電廠推廣采用，在使用頻率上也在逐步提高。

5 結(jié)論

水電站功率穩(wěn)定及功率調(diào)節(jié)快速精確是電網(wǎng)考核水電廠的重要指標(biāo)，因此，水電廠機(jī)組功率調(diào)節(jié)在電廠運(yùn)行中起著重要的作用。作為機(jī)組有功調(diào)節(jié)的重要組成部分，機(jī)組LCU及調(diào)速器系統(tǒng)在相互配合過程中需要一整套嚴(yán)格的控制策略及控制參數(shù)。機(jī)組LCU開度模式及功率模式的投退、切換，控制參數(shù)的整定都需要運(yùn)行維護(hù)人員根據(jù)電站機(jī)組運(yùn)行工況進(jìn)行合理的操作及設(shè)置。目前，國內(nèi)尚無對本部分內(nèi)容的規(guī)范出臺，希望本文能夠?yàn)殡娬静僮魅藛T制定控制策略提供參考依據(jù)。