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(dòng)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(hào)模式將功率調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)送至調(diào)速器系統(tǒng)，分別為功率目標(biāo)值給定信號(hào)（AO/通信）及開關(guān)量脈沖調(diào)節(jié)信號(hào)（DO）。當(dāng)機(jī)組LCU功率調(diào)節(jié)信號(hào)為功率目標(biāo)值給定信號(hào)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(duì)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(hào)為脈沖信號(hào)時(shí)，機(jī)組LCU對(duì)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(hào)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]。現(xiàn)在越來越多的人認(rèn)識(shí)到，采用功率模式調(diào)整負(fù)荷對(duì)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(dòng)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(hào)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(hào)采集通道，機(jī)組LCU應(yīng)根據(jù)有功功率輸入信號(hào)采樣值的數(shù)值范圍及通道質(zhì)量判斷信號(hào)的有效性，在兩路輸入信號(hào)時(shí)宜同時(shí)判斷兩路信號(hào)的差值。當(dāng)LCU判定功率信號(hào)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(hào)的接收對(duì)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(hào)：調(diào)速器處于遠(yuǎn)方、自動(dòng)控制模式；導(dǎo)葉處于自動(dòng)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(hào)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(hào)至調(diào)速器系統(tǒng)，調(diào)節(jié)信號(hào)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(hào)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(dòng)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(hào)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(hào)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(hào)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(dòng)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(dòng)切換至開度模式，發(fā)送開關(guān)量脈沖調(diào)節(jié)信號(hào)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(dòng)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(dòng)作時(shí)，應(yīng)在機(jī)組功率負(fù)荷相對(duì)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(dòng)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(huì)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(hào)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(dòng)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(hào)時(shí)，會(huì)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(hào)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(huì)造成電站水頭的大幅度波動(dòng)，LCU開度計(jì)算就需要與水頭信號(hào)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(hào)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)本部分內(nèi)容的規(guī)范出臺(tái)，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)。