永富直流工程功率調(diào)節(jié)滯后原因分析及解決方法

韓廣宇 朱一昕 晏慶豐 閆 偉 王明江 耿成通 王榮富 賈 慧 余先保

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局）

0 引言

本文針對永富直流工程在小速率情況下執(zhí)行自動功率曲線過程中，雙極功率定值和升降速率正確下發(fā)后實際功率未按照設(shè)定的升降速率在一定的時間內(nèi)調(diào)節(jié)到位的原因進行分析。通過仿真平臺采用與現(xiàn)場一致的處理器板卡EPU10A及底層固件和程序編譯對應(yīng)的庫文件，模擬現(xiàn)場下發(fā)的雙極功率參考值及升降速率，對雙極功率參考值調(diào)節(jié)器RGE功能塊進行功能測試，復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場現(xiàn)象，定位問題的原因并提出解決方案。

1 問題概述

永富直流工程在小速率情況下執(zhí)行自動功率曲線過程中，雙極功率定值和升降速率正確下發(fā)后實際功率未按照設(shè)定的升降速率在一定的時間內(nèi)調(diào)節(jié)到位。結(jié)合2019年9月22日至23日現(xiàn)場外置錄波波形進行統(tǒng)計，如表1所示。

表1 現(xiàn)場功率調(diào)節(jié)統(tǒng)計表

2019年9月24日凌晨15分，執(zhí)行功率下降50MW，升降速率為4MW／min，預(yù)計到達(dá)時間是27分30秒，31分25秒才報“功率升降中”消失事件，實際到達(dá)時間晚了將近4min。

2 問題分析

現(xiàn)場功率執(zhí)行分為調(diào)度曲線下發(fā)環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)，當(dāng)日通過現(xiàn)場核實自動功率曲線下發(fā)的雙極功率定值和升降速率與后臺反饋顯示的信息一致，排除下發(fā)環(huán)節(jié)異常情況，初步懷疑處理器板卡EPU10A程序中雙極功率參考值調(diào)節(jié)器RGE功能塊在小速率情況下未按照設(shè)定升降速率將雙極功率參考值調(diào)節(jié)到位。

3 仿真驗證

仿真平臺采用與現(xiàn)場一致的處理器板卡EPU10A及底層固件和程序編譯對應(yīng)的庫文件，模擬現(xiàn)場下發(fā)的雙極功率參考值及升降速率，對雙極功率參考值調(diào)節(jié)器RGE功能塊進行功能測試，復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場現(xiàn)象。

3.1 設(shè)定速率4MW／min模擬功率下降

后臺設(shè)定升降速率4MW／min，折算成標(biāo)幺值為4／500＝0.008pu，因數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換程序中為0.0079956pu，得到的雙極功率參考值調(diào)節(jié)器RGE功能塊升降時間為360s／0.0079956＝45024s，即按照此速率雙極功率從0至3000MW共需750min24s，誤差最大為24s。

模擬雙極功率為0.82pu（2460MW），設(shè)定目標(biāo)值0.8pu（2400MW），啟動調(diào)節(jié)器RGE功能塊下降10min，理論達(dá)到0.80666pu（2420MW），實際達(dá)到0.811059pu（2433MW），誤差約為13MW，實際功率2.7MW／min，與現(xiàn)場現(xiàn)象吻合。

3.2 設(shè)定速率20MW／min模擬功率下降

設(shè)定速率20MW／min模擬功率下降后臺設(shè)定升降速率20MW／min，折算成標(biāo)幺值為20／500＝0.04pu，因數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換程序中為0.039978pu，計算得到的雙極功率參考值調(diào)節(jié)器RGE功能塊升降時間為360s／0.039978＝9004s，即按照此速率雙極功率從0至3000MW共需150min4s，誤差最大為4s。

模擬雙極功率為0.8pu（2400MW），設(shè)定目標(biāo)值0.7pu（2100MW），啟動調(diào)節(jié)器RGE功能塊下降10min，理論達(dá)到0.73333pu（2200MW），實際達(dá)到0.73741pu（2212MW），誤差約為12MW，實際功率18.8MW／min，與現(xiàn)場現(xiàn)象吻合。

4 原因分析

REG功能塊在執(zhí)行功率定值調(diào)節(jié)時，其本質(zhì)是一個積分過程，當(dāng)積分時間較大時（如10min），對數(shù)據(jù)的運算精度要求更高。REG功能塊目前采用單精度格式進行運算，HCM3000軟件系統(tǒng)使用的浮點數(shù)精度遵循IEEE754標(biāo)準(zhǔn)浮點數(shù)使用規(guī)范。

1）單精度浮點數(shù)在不考慮數(shù)據(jù)參與運算導(dǎo)致的誤差傳遞等情況下，將保存的float型二進制數(shù)完整轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)（必定是有限位數(shù)）時，其帶來的十進制數(shù)的相對誤差≤2-24（約0.596×10-7）。關(guān)于單精度浮點數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)的計算方法是，224＝16777216，因為107＜16777216＜108，所以其有效數(shù)字位數(shù)為7位。一個十進制小數(shù)是否能用浮點數(shù)精確表示，要求最后一位必須是5，并且能夠用2-t（t∈［1，23］）的累加和所組成的十進制小數(shù)來表示。

2）雙精度浮點數(shù)在不考慮數(shù)據(jù)參與運算導(dǎo)致的誤差傳遞等情況下，將保存的double型二進制數(shù)完整轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)（必定是有限位數(shù)）時，其帶來的十進制數(shù)的相對誤差≤2-53（約1.11×10-16）。關(guān)于雙精度浮點數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)的計算方法是，253＝9007199254740992，因為1015＜9007199254740992＜1016，所以其有效數(shù)字位數(shù)為15位。一個十進制小數(shù)是否能用浮點數(shù)精確表示，要求最后一位必須是5，并且能夠用2-t（t∈［1，52］）的累加和所組成的十進制小數(shù)來表示。

計算機作為一種數(shù)字系統(tǒng)，其對數(shù)值的描述是非線性和離散性的，單精度浮點型的離散度比雙精度浮點型要高；由于這種非線性和離散性，就存在一定的精度誤差；即其真實存儲的值是一個逼近于目標(biāo)值的近似結(jié)果，而這種情況是完全由計算機系統(tǒng)自身特性決定的；因此使用單精度浮點型進行計算時，由于單精度的表示范圍有限，導(dǎo)致在特定點存在一定程度的精度損失，而使用雙精度浮點型，已近似完全逼近真實值。這種誤差在一個積分時間比較大的積分運算中將會累積顯現(xiàn)。

永富直流功率調(diào)節(jié)滯后就是由此原因引起。

5 改進措施及實施

5.1 改進措施

對直流站控和極控的處理器板卡EPU10A進行固件和庫文件升級，將程序中單精度類型RGE功能塊替換為雙精度類型RGE_D功能塊，編譯后重新下載程序，重啟直流站控和極控主機。直流站控主要涉及雙極功率參考值的調(diào)節(jié)，極控主要涉及單極功率及單極電流參考值的調(diào)節(jié)。

5.2 改進措施驗證

在原固件和庫文件基礎(chǔ)上添加雙精度類型RGE_D功能塊的相關(guān)配置，模擬在不同功率水平下雙極功率參考值及升降速率，對功能塊RGE和RGE_D同時進行功能測試。試驗結(jié)果統(tǒng)計如表2所示。

表2 功能塊RGE和RGE_D功能測試統(tǒng)計表

（續(xù)）

試驗結(jié)果統(tǒng)計顯示，在不同功率水平及不同速率下，單精度類型的RGE功能塊調(diào)節(jié)最大誤差約為13MW，若長時間處于小速率調(diào)節(jié)情況下延時時間更明顯，與現(xiàn)場2019年9月24日凌晨15分升降速率為4MW／min時實際到達(dá)時間晚了將近4min情況相吻合，但RGE功能塊最終會將目標(biāo)值調(diào)節(jié)至設(shè)定值；雙精度類型的RGE_D功能塊能夠按照設(shè)定速率將目標(biāo)值調(diào)節(jié)至設(shè)定值，幾乎無調(diào)節(jié)誤差。

5.3 改進措施實施

1）全站處理器板卡EPU10A進行固件升級；

2）應(yīng)用程序?qū)?yīng)庫文件升級；

3）直流站控和極控程序中單精度類型RGE功能塊替換為雙精度類型RGE_D功能塊。

永仁站VIGET軟件修改頁面：

1）直流站控：替換程序中的RGE功能塊類型為RGE_D，涉及功能塊共7個，僅以DCSC／CPU2／C13_POCDC／PREFRAM10功能塊為例，如圖1所示。

圖1 DCSC／CPU2／C13_POCDC／PREFRAM10模塊修改前后

2）極控：替換程序中的RGE功能塊類型為RGE_D，涉及功能塊共25個，僅以PC／CPU3／WPIDC／WI90功能塊為例，如圖2所示。

圖2 PC／CPU3／WPIDC／WI90功能塊修改前后

6 結(jié)束語

本文針對永富直流工程在小速率情況下執(zhí)行自動功率曲線過程中，雙極功率定值和升降速率正確下發(fā)后實際功率未按照設(shè)定的升降速率在一定時間內(nèi)調(diào)節(jié)到位的原因進行分析，通過仿真復(fù)現(xiàn)實際情況，找出調(diào)節(jié)滯后的原因，提出、驗證、實施解決措施，提高永富直流運行的可靠性，提高西電東送大通道的可靠性。