三峡右岸电站调速器功率快速调节的实现

刘亚涛，王立贤

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

1 总体介绍

哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电）承担了为三峡右岸电站提供12台套调速系统的任务。在总结三峡左岸调速器应用的基础上，设计开发了三峡右岸电站的调速系统。

此调速系统的控制对象为混流式或轴流式单调整机组，对机组进行转速、负荷、开度调整。该调速器可实现对机组平稳快速地开机、空载、并网、加减负荷和停机，并可以在事故情况下紧急停机，保护机组安全。该调速系统具有转速调节、功率调节、开度调节、快速同步、导叶开度限制、适应式变参数、在线/离线自诊断及处理等功能。

本文主要讲述三峡右岸电站调速器功率快速调节的实现。

2 功率快速调节的实现

2.1 功率快速调节的传递函数

传递函数如图1所示。

图1 功率快速调节传递函数

2.2 前馈通道相关环节传递函数的具体数值

2.3 功率快速调节的实现

2.3.1 水轮机运行特性曲线

水轮机运行特性曲线如图2所示。

图2 水轮机运行特性曲线

2.3.2 将特性曲线线性化形成表格

因为特性曲线中的每一个曲线量都是连续的量，在工控机中需要对连续的量进行运算，所以必须将曲线量用离散量表示出来。特性曲线中的水头（m）、导叶开度（%）和机组有功功率（MW）用离散量表示出来如表1和表2所示。表2是当机组有功功率为0MW时，水头（m）和导叶开度（%）的离散量关系。

表1

表2

2.3.3 将功率反馈和功率给定转化为导叶开度

以功率反馈的实际值为例，介绍当前水头下如何将功率反馈转化为导叶开度，功率给定的实际值转化为导叶开度的算法与功率反馈的相同，插值算法和公式如下。

根据调速器功率调节时，功率反馈的实际值P_fb_n，可在表1和表2中找出它所属的区域，使：

根据当前运行水头值H_fb_n，在表1和表2中可找出它所属的区域，使：

据P_fb_n-1、P_fb_n+1、H_fb_n-1和H_fb_n+14个节点可找出对应的 4个导叶接力器“行程”值：Y_n-1_11、Y_n-1_12（水头H_fb_n-1下，P_fb_n-1和P_fb_n+1对应的导叶接力器“行程”Y_n-1节点值）和Y_n+1_21、Y_n+1_22（水头H_fb_n+1下，P_fb_n-1和P_fb_n+1对应的导叶接力器“行程”Y_n+1节点值）。

对水头插值，求出：

对微机调节器导叶接力器“行程”插值，求出：

2.3.4 功率快速调节的软件

功率快速调节的软件如图3所示。

图3 功率快速调节的软件

“DEADBAND”功能块提供一个死区控制的功能。当“DEADBAND”功能块的使能输入信号投入有效时，这个块的功能将会比较命令值和反馈值。如果命令值和反馈值的差值小于等于第一个死区的设定值，这个功能块将不会有任何动作，同时升值输出和降值输出都是假。如果命令值大于反馈值且超过第一个死区设定值，那么升值输出将变为真。如果反馈值大于命令值且超过第一个死区设定值，那么降值输出将变为真。当命令值与反馈值的差异超过第二个死区设定值时，此功能块的输出将变为真。

这个功能块还有一个滞后功能，这个滞后功能只对第二个死区设定值的输出有影响。当命令值与反馈值的差异大于第二个死区设定值时，那么这个功能块的输出将变成真，但只有在命令值与反馈值的差异小于第二个死区设定值与这个滞后值的差时，这个功能块的输出才将变成假。

带可调变量τ的滞后滤波器“LAG_2”。这个块是一个滞后功能块，输出值是一个经过可调变量τ滞后的输入值。同时还有一个输出值是一个输入信号的变化率的值，此变化率的时间值同样也是这个τ值。

2.3.5 前馈功能的实现

根据图1功率快速调节传递函数，首先程序将机组的有功功率给定的实际模拟量值经过插值节点表 1和表2计算出当前水头下的功率给定对应的导叶开度，然后将计算出的导叶开度经过带可调变量τ的滞后滤波器后，再计算出当前功率给定对应导叶开度的变化率值，这个相应的变化率值一方面用于前馈功能中的功率给定变化率值的投切，如果变化率值大于0.1，前馈功能投入，如果变化率值小于等于0.1，前馈功能退出，另一方面用于计算前馈具体数值的一部分。

2.3.6 功率快速调节的实现

在功率调节算法中，就是用来根据实际负荷得到对整定点变化的线性响应。大多数水轮机设计中，当功率（负荷）和净水头对导叶（接力器）位置作图时，在较高的区域里（＞50%导叶开度）存在一个非线性区，当有相同的导叶位置增加时，却产生了较少的功率。像早先的机械式和模拟/电气式调速器情况那样，不考虑这种非线性，那时，在这个区域运行期间，操作人员必须借助于更多地、反复地增加/减少整定点来补偿它，以便得到同样的希望负荷的变化。数字控制可以事先用这个曲线的数据编程，以便自动校正这个非线性。三维曲线的数据由业主或主机厂提供，然后编程到MicroNetTMTMR数字控制系统中去。机组运行在功率调节模式期间，数字控制将负荷整定点和实际负荷反馈信号转换为相应的导叶（接力器）位置。然后，每个被转换的信号相迭加，产生一个用于使阀定位的差值信号。当三维曲线功能未被利用时，这个误差迭加逻辑与利用“纯”负荷整定点实际负荷反馈信号所应用的逻辑精确地相同。利用曲线功能时的不同点是误差信号的高度将按导叶（接力器）位置来标定，这将使阀以相同的MW误差（负荷整定点/负荷反馈）或多或少地移动。这将使导叶（接力器）位置在曲线的平坦区域移动更多，在曲线的陡峭区域移动更少，使得对于功率具有相同的响应。真实的负荷反馈信号用具有0.2～5s之间τ（三峡右岸哈电机组τ是0.2s）调整的滞后功能进行滤波。然后，它作为“X”输入值输入到作为导叶位置函数的 MW，对此，输出相应于以%为单位的导叶（接力器）开度的“Y”值。由其他以软件逻辑确定（和变化）的负荷整定点也利用同一曲线函数被转换为相应的%导叶（接力器）开度。然后，这两个值相迭加，产生功率整定值的误差，它按导叶（接力器）位置乘以Rp，或机组差值系数整定值，而被线性化了。这就使机组在任何时候按机组功率曲线特性的任何点对于负荷整定点响应的变化是一致的。用这种线性化，机组的响应与其在功率曲线上运行的位置是同样无关的。例如，从500 MW 变化到700 MW 引起导叶接力器的变化量（以距离和变化速率计算）大于从70 MW 到270 MW的变化量，但是，机组输出功率的响应是相同的。

3 电站试验

三峡右岸哈电24号机功率快速调节曲线如图4所示。

图4 三峡右岸哈电24号机功率快速调节曲线

2007年10月31日，三峡右岸哈电24号机试验，从监控LCU发出功率给定，每次模拟量增加150MW，要求调速器做出快速反应且功率反馈必须没有超调，从上面曲线上看，由于开始时前馈通道的值是 0.71，后期前馈通道的值变为 1.15，所以调速器实现了功率的快速调节。

4 结束语

通过对三峡右岸电站调速器功率快速调节的设计分析，使大型调速器功率快速调节设计国产化向前迈进了一大步。今后工作中还要解决控制器系统软件，编译环境的问题，最终实现巨型调速器国产化目标。