大渡河沙灣水電站機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)模式的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

朱建林 陳勝祥

摘要：對(duì)于現(xiàn)代化水電廠而言，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)節(jié)具有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年，沙灣電站為124萬(wàn)度，安谷電站不合格電量為273萬(wàn)度。本文從分析兩站不合格電量產(chǎn)生的原因入手著手，著重闡述了沙谷兩站解決不合格電量產(chǎn)生所采取的措施，驗(yàn)證了勻速調(diào)整功率模式解決負(fù)荷調(diào)整爬坡率不合格的可行性，并對(duì)程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，實(shí)施后極大的減少了電站不合格電量的產(chǎn)生，提高了電站的效益，為其它電站類似項(xiàng)目提供了參考。

關(guān)鍵詞：LCU ?爬坡率 ?勻速調(diào)功 ?modbus

一、設(shè)計(jì)背景

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，2015年安谷電站不合格電量為273萬(wàn)度，沙灣電站為124萬(wàn)度。沙灣電站近幾年不合格電量對(duì)比如下表所示（單位：萬(wàn)度）：

電站技術(shù)人員經(jīng)過(guò)反復(fù)論證確定兩站機(jī)組調(diào)整有功功率時(shí)爬坡率不能滿足調(diào)度要求以及機(jī)組低負(fù)荷時(shí)機(jī)組功率受水頭及2%考核偏差值影響為超欠發(fā)主要原因。

經(jīng)過(guò)電站技術(shù)人員與調(diào)度側(cè)考核軟件開發(fā)人員溝通，發(fā)現(xiàn)以往的負(fù)荷變更方式是在一分鐘內(nèi)均勻的加減20MW的負(fù)荷。而調(diào)度要求負(fù)荷變是一個(gè)階梯上升過(guò)程（如圖1所示），這是造成負(fù)荷超欠的主要原因。

二、解決方案

針對(duì)爬坡率不合格問(wèn)題對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整有功功率程序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，改變?cè)械钠羁刂品绞?，將監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)下發(fā)功率給定值按爬坡率分次下發(fā)，即將給定負(fù)荷按省調(diào)下發(fā)20MW/min，每個(gè)20MW/min爬坡率周期分成4個(gè)15s段進(jìn)行勻速調(diào)節(jié)。負(fù)荷增、減方向根據(jù)不同的負(fù)荷偏差采用不同的調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的調(diào)節(jié)工況。

功率調(diào)整周期內(nèi)下發(fā)給定值以實(shí)時(shí)值為基準(zhǔn)進(jìn)行再次計(jì)算，調(diào)整周期結(jié)束后以上次給定值作為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算調(diào)節(jié)，避免了功率實(shí)時(shí)值波動(dòng)帶來(lái)的調(diào)節(jié)偏差以及運(yùn)行人員在調(diào)整周期內(nèi)多次下發(fā)給定值出現(xiàn)的爬坡率不合格問(wèn)題;其次，增加沙灣電站調(diào)速器遠(yuǎn)方通訊調(diào)節(jié)模式，將監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)下發(fā)的功率給定值通過(guò)通訊方式直接下發(fā)至調(diào)速器工控機(jī)同時(shí)閉鎖原有的脈沖調(diào)節(jié)模式（開度調(diào)節(jié)模式），由調(diào)速器根據(jù)遠(yuǎn)方給定值執(zhí)行PID調(diào)節(jié)（功率調(diào)節(jié)模式）。由于沙灣電站為徑流式低水頭電站、機(jī)組引用流量大，上游水位較小的變化都會(huì)造成機(jī)組出力較大的波動(dòng)，故在低負(fù)荷時(shí)采用功率調(diào)節(jié)模式在調(diào)速器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)PID小閉環(huán)，避免由監(jiān)控閉環(huán)造成的滯后。

由于調(diào)速器系統(tǒng)PID參數(shù)是更適用于機(jī)組運(yùn)行工況，故在遠(yuǎn)方模式下，低負(fù)荷調(diào)整更傾向于首先使用遠(yuǎn)方通訊方式。這樣一則保證AGC運(yùn)行、簡(jiǎn)化流程，另則保證調(diào)節(jié)性能。但由于存在通訊中斷、現(xiàn)地功率變送器等反饋錯(cuò)誤等故障，為保證AGC不退出運(yùn)行，故建議將遠(yuǎn)方開度調(diào)節(jié)作為二級(jí)選用調(diào)節(jié)方式，在遠(yuǎn)方模式下，由故障自動(dòng)或人為手動(dòng)時(shí)切換至該方式。

增加調(diào)速器功率通訊調(diào)節(jié)方式。上位機(jī)發(fā)電棒圖中增加通訊功能投入按鈕和調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式反饋信號(hào)燈。機(jī)組并網(wǎng)后當(dāng)需要用通訊功率模式為調(diào)速器賦值時(shí)投入上位機(jī)調(diào)速器通訊功率功能，即可在數(shù)據(jù)框賦值，延時(shí)幾秒后調(diào)速器功率調(diào)劑模式信號(hào)投入反饋。若需要開度調(diào)節(jié)則可退出通訊功率調(diào)節(jié)功能重新在數(shù)據(jù)框賦值即可。運(yùn)行人員可根據(jù)需要選擇調(diào)功方式。

方案實(shí)施

1.程序修改

（1）上位機(jī)增加相應(yīng)調(diào)節(jié)界面。增加調(diào)速器功率通訊調(diào)節(jié)方式。上位機(jī)發(fā)電棒圖中增加通訊功能投入按鈕和調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式反饋信號(hào)燈。機(jī)組并網(wǎng)后當(dāng)需要用通訊功率模式為調(diào)速器賦值時(shí)投入上位機(jī)調(diào)速器通訊功率功能，即可在數(shù)據(jù)框賦值，延時(shí)幾秒后調(diào)速器功率調(diào)劑模式信號(hào)投入反饋。若需要開度調(diào)節(jié)則可退出通訊功率調(diào)節(jié)功能重新在數(shù)據(jù)框賦值即可。運(yùn)行人員可根據(jù)需要選擇調(diào)功方式。

（2）下位機(jī)增加FB202（功率勻速給定計(jì)算功能塊）、FC301（功率勻速調(diào)節(jié)組織功能塊）、FC302（功率調(diào)節(jié)脈沖輸出功能塊）、FC300（脈沖計(jì)算功能塊）、FC7（通訊調(diào)節(jié)功能塊）及相關(guān)數(shù)據(jù)塊。

（3）由于各臺(tái)機(jī)組調(diào)速器調(diào)節(jié)性能差異，程序修改完成后，需下載至各臺(tái)機(jī)組LCU進(jìn)行各區(qū)段負(fù)荷調(diào)整試驗(yàn)以確定各段調(diào)節(jié)參數(shù)。以及調(diào)速器通訊功率模式測(cè)試。

三、安全策略

1.當(dāng)調(diào)速器功率傳感器故障或者是通訊故障時(shí)上位機(jī)和調(diào)速器自動(dòng)切換為開度調(diào)節(jié)也就是走LCU調(diào)節(jié)通道，同時(shí)上位機(jī)報(bào)出調(diào)速器“功率傳感器故障”、“調(diào)速器功率調(diào)節(jié)通訊故障”，上位機(jī)調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式信號(hào)復(fù)歸。故障復(fù)歸后需在上位機(jī)重新投入通訊調(diào)節(jié)功能方可重新為調(diào)速器賦值。

2.在功率通訊模式下調(diào)速器切換為現(xiàn)地操作或是手動(dòng)操作調(diào)整負(fù)荷或者在上位機(jī)下單步操作命令時(shí)，上位機(jī)自動(dòng)給調(diào)速器下-1值（為調(diào)速器下負(fù)值命令調(diào)速器自動(dòng)切換為開度模式），此時(shí)PLC功率調(diào)節(jié)功能仍然投入。待負(fù)荷調(diào)整操作完成后調(diào)速器切換為遠(yuǎn)方上位機(jī)繼續(xù)賦值下達(dá)命令后仍然以通訊功率模式調(diào)整負(fù)荷。

3.上位機(jī)顯示的功率值定義為哪個(gè)通道調(diào)節(jié)即采集的就為哪個(gè)通道的值。當(dāng)調(diào)速器在功率模式下超過(guò)6S未接收到賦值報(bào)文自動(dòng)切換為開度模式，此時(shí)上位機(jī)調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式反饋退出，但PLC此時(shí)通訊功率功能仍然投入，當(dāng)通訊恢復(fù)后可繼續(xù)為調(diào)速器賦值。在功率調(diào)節(jié)模式下由于通訊延時(shí)可能造成上位機(jī)功率顯示延時(shí)。

4.下位機(jī)的通訊程序是按照調(diào)速器并網(wǎng)默認(rèn)模式為開度模式編寫的，當(dāng)調(diào)速器并網(wǎng)后默認(rèn)模式為功率模式的時(shí)候就算上位機(jī)通訊有功退出，那么LCU發(fā)單步增減和賦值調(diào)速器都不會(huì)執(zhí)行，因?yàn)檎{(diào)速器在功率模式下是不響應(yīng)脈沖的。因此調(diào)速器并網(wǎng)默認(rèn)模式必須為開度模式。

5.勻速調(diào)功分段初始值考慮到負(fù)荷波動(dòng)的影響采用實(shí)時(shí)值作為初值。

四、結(jié)語(yǔ)

2016年8-9月份，經(jīng)維護(hù)班、運(yùn)行人員在安谷、沙灣電站對(duì)每臺(tái)機(jī)組多次試驗(yàn)，最終確定了滿足勻速調(diào)功要求的各段運(yùn)行參數(shù)，并通過(guò)生產(chǎn)部運(yùn)行人員的驗(yàn)收。該項(xiàng)工作結(jié)束后，使運(yùn)行人員更方便更準(zhǔn)確的按照爬坡率進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，不用人工計(jì)時(shí)調(diào)整帶來(lái)的不便，且從技術(shù)上避免了人工疏忽以及調(diào)整難度大的原因?qū)е碌某冯娏?，解決了沙灣電站低負(fù)荷下負(fù)荷波動(dòng)大導(dǎo)致的超欠問(wèn)題。從2017年1月10日優(yōu)化調(diào)整后，安谷電站年累計(jì)不合格電量為20萬(wàn) kW.h ，相較其多年平均不合格電量240.78萬(wàn) kW.h 下降220.78 萬(wàn)kW.h，下降率91.6%;沙灣電站年累計(jì)不合格電量為30萬(wàn) kW.h ，相較其多年平均不合格電量175.6萬(wàn) kW.h 下降145.6萬(wàn) kW.h，下降率83%。2017年兩站累計(jì)不合格電量60萬(wàn) kW.h ，相較多年平均值416.38萬(wàn) kW.h 減少356.38萬(wàn) kW.h ，降低85.6%。

該項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)：

1.將給定負(fù)荷按省調(diào)下發(fā)按20MW/min調(diào)整，每個(gè)20MW/min爬坡率周期分成4個(gè)步長(zhǎng)段進(jìn)行勻速調(diào)節(jié)，很好的解決了運(yùn)行人員原調(diào)整負(fù)荷難以把控爬坡率帶來(lái)的超欠;

2.負(fù)荷增、減方向根據(jù)不同的負(fù)荷偏差采用不同的調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的調(diào)節(jié)工況;

3.功率調(diào)整周期內(nèi)下發(fā)給定值以實(shí)時(shí)值為基準(zhǔn)進(jìn)行再次計(jì)算，調(diào)整周期結(jié)束后以上次給定值作為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算調(diào)節(jié)，避免了功率實(shí)時(shí)值波動(dòng)帶來(lái)的調(diào)節(jié)偏差以及運(yùn)行人員在調(diào)整周期內(nèi)多次下發(fā)給定值出現(xiàn)的爬坡率不合格問(wèn)題;

4.遠(yuǎn)方通訊功率調(diào)節(jié)模式最大程度上解決了機(jī)組低負(fù)荷時(shí)功率不易調(diào)整，特別是水位變化大的時(shí)候易產(chǎn)生超欠發(fā)的問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介：

朱建林（1987 ），男（漢族），四川省資中縣人，四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司，本科 ，主要從事電力運(yùn)行及市場(chǎng)營(yíng)銷工作。

陳勝祥（1986），男（漢族），四川省青神縣人，四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司，本科?，主要從事水電站技術(shù)管理工作。