三峽右岸電站調速器功率快速調節的實現

劉亞濤，王立賢

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

1 總體介紹

哈爾濱電機廠有限責任公司（以下簡稱哈電）承擔了為三峽右岸電站提供12臺套調速系統的任務。在總結三峽左岸調速器應用的基礎上，設計開發了三峽右岸電站的調速系統。

此調速系統的控制對象為混流式或軸流式單調整機組，對機組進行轉速、負荷、開度調整。該調速器可實現對機組平穩快速地開機、空載、并網、加減負荷和停機，并可以在事故情況下緊急停機，保護機組安全。該調速系統具有轉速調節、功率調節、開度調節、快速同步、導葉開度限制、適應式變參數、在線/離線自診斷及處理等功能。

本文主要講述三峽右岸電站調速器功率快速調節的實現。

2 功率快速調節的實現

2.1 功率快速調節的傳遞函數

傳遞函數如圖1所示。

圖1 功率快速調節傳遞函數

2.2 前饋通道相關環節傳遞函數的具體數值

2.3 功率快速調節的實現

2.3.1 水輪機運行特性曲線

水輪機運行特性曲線如圖2所示。

圖2 水輪機運行特性曲線

2.3.2 將特性曲線線性化形成表格

因為特性曲線中的每一個曲線量都是連續的量，在工控機中需要對連續的量進行運算，所以必須將曲線量用離散量表示出來。特性曲線中的水頭（m）、導葉開度（%）和機組有功功率（MW）用離散量表示出來如表1和表2所示。表2是當機組有功功率為0MW時，水頭（m）和導葉開度（%）的離散量關系。

表1

表2

2.3.3 將功率反饋和功率給定轉化為導葉開度

以功率反饋的實際值為例，介紹當前水頭下如何將功率反饋轉化為導葉開度，功率給定的實際值轉化為導葉開度的算法與功率反饋的相同，插值算法和公式如下。

根據調速器功率調節時，功率反饋的實際值P_fb_n，可在表1和表2中找出它所屬的區域，使：

根據當前運行水頭值H_fb_n，在表1和表2中可找出它所屬的區域，使：

據P_fb_n-1、P_fb_n+1、H_fb_n-1和H_fb_n+14個節點可找出對應的 4個導葉接力器“行程”值：Y_n-1_11、Y_n-1_12（水頭H_fb_n-1下，P_fb_n-1和P_fb_n+1對應的導葉接力器“行程”Y_n-1節點值）和Y_n+1_21、Y_n+1_22（水頭H_fb_n+1下，P_fb_n-1和P_fb_n+1對應的導葉接力器“行程”Y_n+1節點值）。

對水頭插值，求出：

對微機調節器導葉接力器“行程”插值，求出：

2.3.4 功率快速調節的軟件

功率快速調節的軟件如圖3所示。

圖3 功率快速調節的軟件

“DEADBAND”功能塊提供一個死區控制的功能。當“DEADBAND”功能塊的使能輸入信號投入有效時，這個塊的功能將會比較命令值和反饋值。如果命令值和反饋值的差值小于等于第一個死區的設定值，這個功能塊將不會有任何動作，同時升值輸出和降值輸出都是假。如果命令值大于反饋值且超過第一個死區設定值，那么升值輸出將變為真。如果反饋值大于命令值且超過第一個死區設定值，那么降值輸出將變為真。當命令值與反饋值的差異超過第二個死區設定值時，此功能塊的輸出將變為真。

這個功能塊還有一個滯后功能，這個滯后功能只對第二個死區設定值的輸出有影響。當命令值與反饋值的差異大于第二個死區設定值時，那么這個功能塊的輸出將變成真，但只有在命令值與反饋值的差異小于第二個死區設定值與這個滯后值的差時，這個功能塊的輸出才將變成假。

帶可調變量τ的滯后濾波器“LAG_2”。這個塊是一個滯后功能塊，輸出值是一個經過可調變量τ滯后的輸入值。同時還有一個輸出值是一個輸入信號的變化率的值，此變化率的時間值同樣也是這個τ值。

2.3.5 前饋功能的實現

根據圖1功率快速調節傳遞函數，首先程序將機組的有功功率給定的實際模擬量值經過插值節點表 1和表2計算出當前水頭下的功率給定對應的導葉開度，然后將計算出的導葉開度經過帶可調變量τ的滯后濾波器后，再計算出當前功率給定對應導葉開度的變化率值，這個相應的變化率值一方面用于前饋功能中的功率給定變化率值的投切，如果變化率值大于0.1，前饋功能投入，如果變化率值小于等于0.1，前饋功能退出，另一方面用于計算前饋具體數值的一部分。

2.3.6 功率快速調節的實現

在功率調節算法中，就是用來根據實際負荷得到對整定點變化的線性響應。大多數水輪機設計中，當功率（負荷）和凈水頭對導葉（接力器）位置作圖時，在較高的區域里（＞50%導葉開度）存在一個非線性區，當有相同的導葉位置增加時，卻產生了較少的功率。像早先的機械式和模擬/電氣式調速器情況那樣，不考慮這種非線性，那時，在這個區域運行期間，操作人員必須借助于更多地、反復地增加/減少整定點來補償它，以便得到同樣的希望負荷的變化。數字控制可以事先用這個曲線的數據編程，以便自動校正這個非線性。三維曲線的數據由業主或主機廠提供，然后編程到MicroNetTMTMR數字控制系統中去。機組運行在功率調節模式期間，數字控制將負荷整定點和實際負荷反饋信號轉換為相應的導葉（接力器）位置。然后，每個被轉換的信號相迭加，產生一個用于使閥定位的差值信號。當三維曲線功能未被利用時，這個誤差迭加邏輯與利用“純”負荷整定點實際負荷反饋信號所應用的邏輯精確地相同。利用曲線功能時的不同點是誤差信號的高度將按導葉（接力器）位置來標定，這將使閥以相同的MW誤差（負荷整定點/負荷反饋）或多或少地移動。這將使導葉（接力器）位置在曲線的平坦區域移動更多，在曲線的陡峭區域移動更少，使得對于功率具有相同的響應。真實的負荷反饋信號用具有0.2～5s之間τ（三峽右岸哈電機組τ是0.2s）調整的滯后功能進行濾波。然后，它作為“X”輸入值輸入到作為導葉位置函數的 MW，對此，輸出相應于以%為單位的導葉（接力器）開度的“Y”值。由其他以軟件邏輯確定（和變化）的負荷整定點也利用同一曲線函數被轉換為相應的%導葉（接力器）開度。然后，這兩個值相迭加，產生功率整定值的誤差，它按導葉（接力器）位置乘以Rp，或機組差值系數整定值，而被線性化了。這就使機組在任何時候按機組功率曲線特性的任何點對于負荷整定點響應的變化是一致的。用這種線性化，機組的響應與其在功率曲線上運行的位置是同樣無關的。例如，從500 MW 變化到700 MW 引起導葉接力器的變化量（以距離和變化速率計算）大于從70 MW 到270 MW的變化量，但是，機組輸出功率的響應是相同的。

3 電站試驗

三峽右岸哈電24號機功率快速調節曲線如圖4所示。

圖4 三峽右岸哈電24號機功率快速調節曲線

2007年10月31日，三峽右岸哈電24號機試驗，從監控LCU發出功率給定，每次模擬量增加150MW，要求調速器做出快速反應且功率反饋必須沒有超調，從上面曲線上看，由于開始時前饋通道的值是 0.71，后期前饋通道的值變為 1.15，所以調速器實現了功率的快速調節。

4 結束語

通過對三峽右岸電站調速器功率快速調節的設計分析，使大型調速器功率快速調節設計國產化向前邁進了一大步。今后工作中還要解決控制器系統軟件，編譯環境的問題，最終實現巨型調速器國產化目標。