关于提高水轮发电机组AGC调节性能方法的浅析

2017-08-16郭俊鑫

水电站机电技术 2017年7期

关键词：外挂调速器调节

郭俊鑫

(国电新疆吉林台水电开发有限公司,新疆尼勒克 835716)

关于提高水轮发电机组AGC调节性能方法的浅析

郭俊鑫

(国电新疆吉林台水电开发有限公司,新疆尼勒克 835716)

通过对现有电厂侧AGC常规控制方式进行分析,提出了现有AGC常规控制方式下影响AGC调节性能的因素,并就提高电厂侧AGC调节性能提出了三种方法。

A G C;分段调节;调速器功率模式;外挂协调控制器

0 引言

AGC——自动发电控制,是发电机组在规定的出力调整范围内,跟踪电力调度交易机构下发的指令,按照一定调节速率实时调整发电出力,以满足电力系统频率或联络线功率控制要求的服务,是属于电网系统的二次调频。其基本功能为:负荷频率控制、经济调度控制、备用容量监视、AGC性能监视、联络线偏差控制等,以达到其基本的目标:保证发电出力与负荷平衡,保证系统频率为额定值,使净区域联络线潮流与计划相等,最小区域化运行成本。

根据《西北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》(简称《两个细则》)的规定要求,水电厂AGC调节性能有如下要求:1)调节速率不得低于每分钟50%的额定有功功率;2)响应时间不得超过10 s。

1 AGC的常规控制方式及分析

调度侧根据当前联络线功率控制要求或者电力系统频率计算出当前区域有功需求,通过电厂与调度连接的调度数据网远动通道,将当前有功值下发至电厂。电厂侧的计算机监控系统将调度下发的有功给定值通过AGC程序进行等比率方式分配给所有发电机组,发电机组现地监控单元(LCU)的PLC根据该有功分配值通过有功PID模块,将有功调节量转化为增、减导叶的脉冲控制信号下发给调速器系统,调速器根据该脉冲控制信号增、减导叶开度,从而增加、减少有功功率。

从AGC的常规控制方式中可知,影响AGC速率的因素有两个方面。1)计算机监控系统机组现地监控单元(LCU)PLC中的有功PID模块调节性能; 2)调速器系统的调节性能。并网发电时,在一次调频及孤网功能不动作的情况下,调速器处于开度模式,导叶的控制基本上完全依靠计算机监控系统PLC中的有功PID模块下发的脉冲控制信号来决定,脉冲宽度大导叶变化量大,脉冲宽度小导叶变化量小。

根据以上分析,提出提高AGC调节性能的三种方案:1)监控有功PID分段调节;2)外挂协调控制器调节;3)调速器功率模式调节。

2 监控有功PID分段调节

以下是吉林台一级水电站单台机组(单机额定有功125 MW)投入AGC后,AGC调节过程中调节速率的抽样统计(见图1、表1):

图1 吉林台2号机组AGC调节速率分布图

表1 AGC调节过程中调节速率的抽样统计表

从上图表中可以看出,调节量与调节速率的关系近似一条过原点的曲线,调节量越小调节速率越小,调节量越大调节速率越大。调节量在±20 MW之外调节速率大于0.5,满足《两个细则》要求;但调节量在±20 MW之间时调节速率小于0.5,不满足《两个细则》的要求。此原因是由于计算机监控系统PLC中的PID特性决定的,调节速率＝(Abs调节量/机组额定有功功率/调节时间),由于调节时间并不会因为调节量大小的变化而变化,因此会出现调节量大调节速率大,调节量小调节速率小的问题。

根据以上对AGC调节速率的分析,在计算机监控系统中采用分段PID调节模式,在有功调节量大于等于±20 MW时调用现有PID参数,在有功调节量±20 MW之间时调用新PID参数。新PID参数较现有PID参数中,比例系数KP适当增大,从而增加有功调节的速率和灵敏度;积分系数KI适当增大,从而减少在KP增大后出现超调和振荡的机率。

采用分段PID调节模式,可以使得调节量在大于等于±20MW时保持现有调节速率,不会应KP、KI增大而使原本合格的调节速率继续增大,从而不会在大范围调节负荷时出现因调节速率过快而导致调节失控。在有功调节量小于±20 MW时,可以在增大KP、KI后改善调节速率和灵敏度,从而最大限度的使调节速率趋于合格。新PID参数中的KP、KI需要在试验过程中进行最优化调试。

3 外挂协调控制器调节

目前,监控系统PLC内的有功调节PID模块,计算形式较为简单,灵活度不够,调节品质差,从而导致发至调速器的有功调节脉冲品质较差,AGC调节性能不合格。由此提出通过外挂控制器的型式,在LCU之上建立高级运算与控制平台,针对水电机组AGC的特点构建优化系统,达到改善AGC指标的目的。外挂控制器与计算机监控系统的拓扑关系图如图2。

图2 外挂控制器与计算机监控系统的拓扑关系图

外挂控制器主要可以将PLC无法实现的高级控制算法无缝地应用到水电机组的实时控制中去,提高控制品质,同时利用外挂控制器对LCU的控制参数进行修改或者干预。模型控制算法主要是由预测模型、滚动优化和反馈校正构成。在此基础上,针对水电机组AGC特点组建控制策略,与现地PLC合作,完成控制优化。在机组处于异常工况或控制信号品质变坏时,智能对模型算法辨识进行替代以保证预测模型稳定。从而利用了外挂控制器的高级算法去优化发至调速器的有功调节脉冲品质,从而提高了AGC的调节速率和响应时间。

4 调速器功率模式调节

调速器现运行模式为开度模式,功率调节由监控系统实现功率闭环调节,表现出调节速率慢、响应时间长、调节品质差等。由此提出调速器功率闭环调节的调节模式。即将监控AGC分配到机组的有功功率给定值转换成模出量送给调速器,由调速器自身根据该有功设定值进行功率闭环调节。这种调节方式,相对原有的机组LCU中PID闭环调节,在输出环节、执行环节和反馈环节上更简洁,更直接。监控侧只需将有功设定值送给调速器,具体的PID闭环调节由调速器自身系统完成,监控侧不参与具体的闭环调节,这样能够利用调速器自身在功率模式下良好的调节性能,有效提高机组对有功设定值的响应速度、调节速度和调节精度。