GE公司Woodward調速器一次調頻問題處理分析

姜興文

（華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠，云南 景洪666100）

0 引言

華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠（以下簡稱景洪電廠）裝機容量5×350 MW，在云南電網中主要承擔基荷、調頻等任務，水輪機由哈爾濱電機廠制造，結構為金屬蝸殼立軸混流式，水輪機調速器為哈爾濱電機廠-通用電氣公司聯合生產的Woodward MicroNet Plus控制系統。2012～2013機組檢修年度在做5號機組一次調頻與AGC聯調試驗時發現程序錯誤，導致開度大幅波動，最終將導葉全開，引起全廠功率波動，導致全廠AGC退出。

1 調速器控制系統目前存在的問題

1.1 一次調頻與監控AGC的配合問題

1.1.1 試驗過程介紹

2012年11月30日試驗人員完成單機一次調頻動作試驗，試驗正常。下一步開始做5號機組一次調頻與AGC聯調試驗，試驗人員通過調速器機組出口PT信號輸入端子加入機組PT測頻信號50.15 Hz。監控報警窗口如下：

（1）02:33:17，5號機組調速器一次調頻動作。

（2）02:33:17～02:34:29，5 號機組一次調頻動作，導葉開度、有功測值動作均正常，5號機組負荷由220 MW降低至190 MW。

（3）02:33:28，5號機組調速器內部開度給定數據開始變化。

（4）02:34:29，5號機組調速器內部開度給定數據增加至100%，5號機組有功負荷開始波動。

（5）02:34:33，5號機組有功測值波動過大動作，有功調節退出動作。

（6）02:34:39，全廠 AGC 退出。

（7）02:35:50，5號 機組導葉位置越高限（值：100.5383）。

1.1.2 試驗結果分析

5號機組AGC未投入時（機組有功調節未投入），試驗人員加入50.15 Hz機組頻率后，一次調頻動作正常。5號機組有功減小約30 MW，5號機組調速器內部開度給定數據未發生變化。

5號機組AGC投入時，試驗人員加入50.15 Hz機組頻率后，一次調頻正常動作，機組有功減小約30 MW。一次調頻動作的同時，5號機組調速器內部導葉開度給定值開始持續增加。導葉開度給定值增加至100%后，導葉實際開度開始變化。

5號機組第1次一次調頻試驗結果正常，第2次一次調頻試驗結果不正常，前后兩次一次調頻試驗對比只是在監控系統內投入了有功調節和AGC。

一次調頻動作過程中AGC下發有功負荷與機組實際負荷相同。

1.1.3 AGC與一次調頻的協調關系

南方電網公司自動發電控制（AGC）技術規范規定機組一次調頻與AGC的協調關系如下：

（1）機組在執行AGC設定值時應該不受一次調頻功能的影響，出力變化應該是二者疊加的效果。如果調速機構不能同時執行一次調頻功能和AGC負荷調節功能時，應該以AGC負荷調節優先。

（2）現在很多水電廠的調速機構不能實現一次調頻和二次調頻的共同疊加。所以在二者的配合上，應該滿足以下條件：

1）機組在執行AGC調節任務時不應該受到一次調頻功能的干擾。

2）一次調頻在AGC調節間斷時期應該正常響應。

3）一次調頻在動作過程中如果有新的AGC調節命令，應該立即執行AGC調節命令。

4）機組的一次調頻動作引起的全廠總功率的偏差應該不能被監控系統重新調整回去。

1.2 并網運行考核和輔助服務管理一次調頻考核分析

1.2.1 存在的問題

在2012年景洪電廠7～9月份并網運行主要考核為一次調頻考核，9月份1、5號機組一次調頻合格率為95%；2、3、4號機組一次調頻合格率為97.5%。景洪電廠10月份一次調頻電網檢查2次，2號機組和4號機組動作合格，1號機組和5號機組動作不合格，3號機組停機備用。一次調頻動作不合格原因為一次調頻實際動作的積分電量與理論動作積分電量的比值小于50%（南方電網公司規定比值大于50%即為合格）。

1.2.2 問題分析

針對并網考核存在的問題，電廠組織調速器和監控專業兩個小組進行分析，分析結果如下：

（1）調速器的頻率測量

景洪電廠機組調速器一次調頻動作頻率主要由主變低壓側電壓互感器信號送至調速器系統后進行分頻測量。電網公司并網運行考核中，電網頻率是否達到調速器一次調頻應該動作的頻率，所采用的測點和測量方式均與我廠調速器不同。兩個頻率的測點和測量方式不同，導致頻率測量的結果不一致，也會造成電網判斷我廠一次調頻應該動作，但是調速器測量的頻率未達到一次調頻應動作的值，致使調速器一次調頻動作不正常。

（2）機組調速器定值

景洪電廠調速器程序5臺機組均相同，5臺機組的參數設置也均相同，并網PID參數均為KP=3，KI=2，KD=0。

（3）機組調速器調節模式

我廠調速器默認控制模式為開度控制模式，輔助服務考核系統采用的是電量為標準的考核，主要采集機組的有功功率信號。開度信號與功率信號的對應關系是依據水輪機的水頭、開度、出力特性曲線進行計算的。

在水輪機特性曲線的末端相同開度信號變化值對應的負荷變化值越來越小。而我廠機組運行在高負荷，大導葉開度的情況比較多。水頭信號也直接影響在開度控制模式下調速器的計算。因水頭信號的錯誤也會造成調速器調節速率慢和調整不到位。

（4）機組負荷限制

我廠機組所能帶的最大負荷在不同水頭下會有所變化。電廠機組在滿負荷運行時，如果此時電網頻率低，一次調頻動作后無法增加負荷，實際積分電量偏小，一次調頻動作不合格，造成考核。

2 調速器控制系統解決方法

針對2012年11月30日出現的功率大幅波動引起全廠AGC退出的異常事件，經電廠專業人員及調速器廠家對調速器控制程序進行分析，發現調速器閥位指令前饋功能可能是導致機組一次調頻試驗中功率大幅波動的原因。并進行了現場驗證。

電廠專業人員和調速器廠家、中試所試驗人員在4號機組調速器上做靜態試驗，進行驗證。通過試驗儀器，給調速器加入50.2 Hz頻率信號，模擬一次調頻動作。試驗發現調速器一次調頻動作時，調速器不響應AGG的增減負荷指令，當AGG增減負荷指令消失后，之前AGG增減負荷脈沖的積分值被送入調速器PID計算模塊，進行計算并輸出，造成有功負荷的波動。

調速器收到50.2 Hz頻率后，一次調頻動作，調速器向關方向關導葉，動作正常。導葉關閉到位后，模擬AGC下發增負荷指令，一次導葉開度開始時不變化，當增負荷指令消失后，調速器導葉開度突然增大。

得到的結果一致，要求調速器廠家進行控制程序修改，在下一臺機檢修開始前將編譯后的程序提交電廠，并提交試驗建議方案給電廠。

3 調速器控制程序修改及試驗驗證

3.1 程序分析

在程序第82頁，由于SERVO_PID.ERROR_SW模塊的存在，當SERVO_PID.SERVO_STPT的變化率超過0.1/s2時，會將SERVO_PID.DRP_ERROR屏蔽掉，從而導致在閥位給定變化率超過0.1/s2，而此時一次調頻的頻差過大，作用強于Feed forward的作用，AGC的增減負荷指令就不會起作用（圖1）。而由于監控那邊的功率閉環僅比較AGC負荷指令和實際功率，必然會將閥位給定值累加上去直到100%。

圖1

類似的，在程序第80頁也存在同樣問題（圖2）。

圖2

AGC的負荷指令增減，在調速器一側對應的閥位給定值增減速率絕對值的上限設定是1%/s。因而，當一次調頻的頻差超過一定范圍時，前饋作用的積分量將弱于一次調頻頻差的積分量。而如果此時閥位給定值變化率超過0.1/s2，閥位給定值和實際值偏差所對應的積分量又被屏蔽。

3.2 一次調頻問題邏輯修改說明

結合對控制的分析得出，可以將這種屏蔽邏輯取消。

（1）邏輯第82頁，將SERVO_PID.ERROR的輸出直接連接到SERVO_PID.DRP_ERROR的一個輸入端（圖 3）。

圖3

（2）邏輯第80頁，將MW_PID.STPT_ERROR的輸出直接連接到MW_PID.DRP_ERROR的一個輸入端（圖 4）。

圖4

3.3 機組一次調頻實際動作積分電量不足分析及修改

（1）修改方法分析

針對電廠一次調頻積分電量不夠的問題，采取減小一次調頻計算死區的方法，來增大一次調頻的效果。具體方法如下：一次調頻計算死區等于一次調頻判斷死區乘以一個小于1的系數，系數默認值為0.75，具體數值通過試驗確定。

（2）一次調頻積分電量不足問題邏輯修改說明

組態第127頁，增加SITE_LOGIC. EXCD_DB，SITE_LOGIC. DB_MUL以及SITE_LOGIC. DB_SW等3個模塊，將SITE_LOGIC.DB_SW的輸出代替LOCAL_AW. DEADBAND的輸出送往第80頁和第82頁（圖5）。

圖5

機組修改程序后，需要驗證的邏輯有：①單機一次調頻試驗；②AGC與一次調頻協調試驗；③變負荷試驗。

1）無水條件下，調速器模擬油開關合，調速器工作在負載模式，調速器模擬頻率信號在50 Hz基礎上變化0.2 Hz，使調速器工作于負載一次調頻模式，在機組一次調頻動作期間，對調速器施加負荷增、減指令，記錄導葉接力器變化，觀察調速器增減脈沖作用在一次調頻動作期間是否被屏蔽掉，在調速器進入穩態后，調速器導葉接力器變化是否為一次調頻接力器動作量與監控增減脈沖調節量的綜合作用結果。

2）有水條件下，在負載條件下，調速器模擬頻率信號在50 Hz基礎上變化0.2 Hz，使調速器工作于負載一次調頻模式，在機組一次調頻動作期間，對調速器施加負荷增、減指令，記錄導葉接力器變化和機組有功變化，觀察調速器增減脈沖作用在一次調頻動作期間是否被屏蔽掉，在調速器進入穩態后，調速器導葉接力器變化和機組有功變化是否為一次調頻接力器動作量與監控增減脈沖調節量的綜合作用結果。

3）對于景洪電廠有時會出現一次調頻積分電量不足的問題，修改版程序默認一次調頻死區減小為原來的75%，這就意味著同樣的頻率變化相應的導葉接力器動作量會增大，一次調頻死區被乘系數值需要根據一次調頻試驗結果確定。

4 技術管理建議

檢修時進一步校正我廠調速器測頻偏差。

在調速器中做頻率差值的補償程序，使參與調速器計算的頻率值與系統頻率相同。

在滿足一次調頻技術要求的基礎上，研究增大調速器一次調頻的動作量。

聯系廠家和中試所重新做調速器參數試驗，修改調速器的具體參數以適應新的水輪機特性曲線，可以適當增加調速器PID參數中的比例放大系數KP，增加機組調速器調節速率，提高動作積分電量。

加強核對調速器相關信號的準確度，尤其是水頭信號。

確認水輪機特性曲線與實際運行情況相符。

采用負荷控制直接調整機組有功功率。

調整機組運行方式，盡量不在滿負荷狀態下運行，為一次調頻動作調整負荷留出負荷空間。

做好一次調頻在此狀態下動作不合格的考核申訴，提出免考申請。

5 結語

美國GE公司生產的Woodward Micronet Plus調速系統產品性能優良，但是程序完全對用戶封閉，電廠沒有程序修改權限。協調廠家修改控制程序后，在機組上重新申請做實驗，控制邏輯動作準確，一次調頻動作積分電量也滿足南方電網公司一次調頻考核目標，此后未發生考核事件，也保證了機組穩定運行，為電廠和公司挽回經濟損失。