基于自適應PID控制的水電站有功功率調節

陳　艷，李學禮（天津電氣科學研究院有限公司，天津 300180）

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基于自適應PID控制的水電站有功功率調節

陳艷，李學禮
（天津電氣科學研究院有限公司，天津 300180）

[摘要]隨著電網運行需要，對有功功率的調節品質要求也不斷提高，而水電站機組的有功功率調節主要通過控制機組的調速器系統來實現，本文將以鏡泊湖水電站為列，討論如何安全、平滑，快速的將機組有功功率調整到設定的目標值，不出現超調與調節震蕩。

[關鍵詞]調速器；有功功率調節；PID調節；變參數

0　工程概況

鏡泊湖發電廠位于黑龍江省牡丹江市西南方110公里的牡丹江上游，是黑龍江省電網主要調峰電站之一，主要擔負系統的調峰、調頻和事故備用任務。電站共裝機6臺，其中地下廠房裝機為4×15MW，地上廠房2×18MW，總裝機容量為96MW。

由于電站擔負系統的調峰、調頻和事故備用任務，因此對電站有功功率的調整要求較高，電站最初采用監控控制調速器的方式來進行有功功率的調節，即監控那個系統通過脈沖增減的方式控制調速器進行功率的增減，但由于受到水輪機、水利條件等不確定因素的影響，往往無法精確快速穩定的將有功功率調整至設定值，因此功率調節改由調速器完成，具體方式為，監控通過通訊設備改變有功功率目標值，并且下達功率調節開始及結束命令，調速器獨立完成調節任務。

1　電網對PID功率調節的要求

電網對水電機組PID功率調節的要求，在機組功率調節過程中，保證安全、平滑，快速的將機組有功功率調整到設定的目標值內，不出現超調與調節震蕩，能保證機組的各項參數在允許的功率死區內運行。

典型的PID調節過程如圖1所示。

圖1　典型的PID調節過程圖

2　水輪機PID功率調節的構成

水電機組的PID調節是一個典型的工業閉環控制調節，一個傳統的工業閉環控制包括控制器、傳感器、執行機構、輸入輸出接口、被控對象。

以鏡泊湖水電站調速系統為例，PLC為核心控制器，A/D模塊、定位模塊及步進電機驅動器構成輸入及輸出接口，步進電機及液壓系統組成執行機構，調速系統硬件配置及控制原理框圖，如圖2～圖3所示。

圖2　調速系統硬件配置

圖3　調速系統原理框圖

3　軟件設計

由于水輪機的巨大慣性及調節過程中水流所產生的波動，功率反饋具有一定的遲滯性，因此對于常規的PID控制，很難達到理想的調節效果，如果參數過小，會延長調節時間，如果參數過大，則會造成較大的超調及震蕩，很難達到理想的調節效果，針對這種情況，采用自適應PID的控制方式，是一個較理想的解決方式，即在不同的狀態下采用不同的PID參數，可兼顧超調及調節時間，以鏡泊湖功率調節為列，當實時功率與功率設定差值小于3000KW時，PID參數為：KP=2.0，KI=0.15，KD=0當實時功率與功率設定差值大于3000KW時，PID參數為：KP=1.5，KI=0.1，KD=0，試驗結果表明，采用這種變參數調節方式，機組可在40s內達到且穩定在額定功率，相對于常規PID控制環方式，上升時間短，上升速率穩定，超調量小，調節時間短且無震蕩。功率調整流程圖如圖4所示。

4　實驗數據及波形

試驗數據與波形見表1及圖5所示。

圖4　鏡泊湖電站功率調節流程圖

表1　機組有功功率隨時間變化表

圖5　機組有功功率隨時間變化曲線

5　結論

經過電站長期的運行觀察，基于自適應PID控制方式所設計的調速系統操作簡單，調節穩定，運行可靠，完全滿足電網的運行要求。

[參 考 文 獻]

[1]鄧家祺. 水輪機調速系統的根軌跡校正與PI、PID調速器的參數選擇[J]. 大電機技術, 1982(2): 53-63.

[2]周兆瑞, 張志勇. 鏡泊湖發電廠水輪機氣蝕改造對策[J]. 黑龍江科技信息, 2008(33): 35-48.

陳艷（1976-），1997年7月畢業于合肥工業大學電氣系電力系統及其自動化專業，1997-2012

在天津電氣科學研究院有限公司從事水輪機調速器的研究與設計，2012年開始至今從事水電站電氣設計工作，高級工程師。

審稿人：樸秀日

Active Power Regulation Based On Self Adapting PID Controller

CHEN Yan, LI Xueli
(Tianjin Research Institute of Electric Science Company Ltd., Tianjin 300180, China)

Abstract:As important control equipment in hydraulic power station, turbine governor provides high-quality, reliable power protection for the industrial production and people's daily lives. The regulation performance will affect the power quality, power plant safety and economic operation. A special regulation model for generating units active power has been introduced in this article through the Jingbohu Station on-site testing.

Key words:governor; active power regulation; PID regulation; changeable parameter

[作者簡介]

[收稿日期]2015-01-20

[中圖分類號]TK730.4+1

[文獻標識碼]B

[文章編號]1000-3983(2016)01-0062-03