GE公司Woodward调速器一次调频问题处理分析

姜兴文

（华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂，云南 景洪666100）

0 引言

华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂（以下简称景洪电厂）装机容量5×350 MW，在云南电网中主要承担基荷、调频等任务，水轮机由哈尔滨电机厂制造，结构为金属蜗壳立轴混流式，水轮机调速器为哈尔滨电机厂-通用电气公司联合生产的Woodward MicroNet Plus控制系统。2012～2013机组检修年度在做5号机组一次调频与AGC联调试验时发现程序错误，导致开度大幅波动，最终将导叶全开，引起全厂功率波动，导致全厂AGC退出。

1 调速器控制系统目前存在的问题

1.1 一次调频与监控AGC的配合问题

1.1.1 试验过程介绍

2012年11月30日试验人员完成单机一次调频动作试验，试验正常。下一步开始做5号机组一次调频与AGC联调试验，试验人员通过调速器机组出口PT信号输入端子加入机组PT测频信号50.15 Hz。监控报警窗口如下：

（1）02:33:17，5号机组调速器一次调频动作。

（2）02:33:17～02:34:29，5 号机组一次调频动作，导叶开度、有功测值动作均正常，5号机组负荷由220 MW降低至190 MW。

（3）02:33:28，5号机组调速器内部开度给定数据开始变化。

（4）02:34:29，5号机组调速器内部开度给定数据增加至100%，5号机组有功负荷开始波动。

（5）02:34:33，5号机组有功测值波动过大动作，有功调节退出动作。

（6）02:34:39，全厂 AGC 退出。

（7）02:35:50，5号 机组导叶位置越高限（值：100.5383）。

1.1.2 试验结果分析

5号机组AGC未投入时（机组有功调节未投入），试验人员加入50.15 Hz机组频率后，一次调频动作正常。5号机组有功减小约30 MW，5号机组调速器内部开度给定数据未发生变化。

5号机组AGC投入时，试验人员加入50.15 Hz机组频率后，一次调频正常动作，机组有功减小约30 MW。一次调频动作的同时，5号机组调速器内部导叶开度给定值开始持续增加。导叶开度给定值增加至100%后，导叶实际开度开始变化。

5号机组第1次一次调频试验结果正常，第2次一次调频试验结果不正常，前后两次一次调频试验对比只是在监控系统内投入了有功调节和AGC。

一次调频动作过程中AGC下发有功负荷与机组实际负荷相同。

1.1.3 AGC与一次调频的协调关系

南方电网公司自动发电控制（AGC）技术规范规定机组一次调频与AGC的协调关系如下：

（1）机组在执行AGC设定值时应该不受一次调频功能的影响，出力变化应该是二者叠加的效果。如果调速机构不能同时执行一次调频功能和AGC负荷调节功能时，应该以AGC负荷调节优先。

（2）现在很多水电厂的调速机构不能实现一次调频和二次调频的共同叠加。所以在二者的配合上，应该满足以下条件：

1）机组在执行AGC调节任务时不应该受到一次调频功能的干扰。

2）一次调频在AGC调节间断时期应该正常响应。

3）一次调频在动作过程中如果有新的AGC调节命令，应该立即执行AGC调节命令。

4）机组的一次调频动作引起的全厂总功率的偏差应该不能被监控系统重新调整回去。

1.2 并网运行考核和辅助服务管理一次调频考核分析

1.2.1 存在的问题

在2012年景洪电厂7～9月份并网运行主要考核为一次调频考核，9月份1、5号机组一次调频合格率为95%；2、3、4号机组一次调频合格率为97.5%。景洪电厂10月份一次调频电网检查2次，2号机组和4号机组动作合格，1号机组和5号机组动作不合格，3号机组停机备用。一次调频动作不合格原因为一次调频实际动作的积分电量与理论动作积分电量的比值小于50%（南方电网公司规定比值大于50%即为合格）。

1.2.2 问题分析

针对并网考核存在的问题，电厂组织调速器和监控专业两个小组进行分析，分析结果如下：

（1）调速器的频率测量

景洪电厂机组调速器一次调频动作频率主要由主变低压侧电压互感器信号送至调速器系统后进行分频测量。电网公司并网运行考核中，电网频率是否达到调速器一次调频应该动作的频率，所采用的测点和测量方式均与我厂调速器不同。两个频率的测点和测量方式不同，导致频率测量的结果不一致，也会造成电网判断我厂一次调频应该动作，但是调速器测量的频率未达到一次调频应动作的值，致使调速器一次调频动作不正常。

（2）机组调速器定值

景洪电厂调速器程序5台机组均相同，5台机组的参数设置也均相同，并网PID参数均为KP=3，KI=2，KD=0。

（3）机组调速器调节模式

我厂调速器默认控制模式为开度控制模式，辅助服务考核系统采用的是电量为标准的考核，主要采集机组的有功功率信号。开度信号与功率信号的对应关系是依据水轮机的水头、开度、出力特性曲线进行计算的。

在水轮机特性曲线的末端相同开度信号变化值对应的负荷变化值越来越小。而我厂机组运行在高负荷，大导叶开度的情况比较多。水头信号也直接影响在开度控制模式下调速器的计算。因水头信号的错误也会造成调速器调节速率慢和调整不到位。

（4）机组负荷限制

我厂机组所能带的最大负荷在不同水头下会有所变化。电厂机组在满负荷运行时，如果此时电网频率低，一次调频动作后无法增加负荷，实际积分电量偏小，一次调频动作不合格，造成考核。

2 调速器控制系统解决方法

针对2012年11月30日出现的功率大幅波动引起全厂AGC退出的异常事件，经电厂专业人员及调速器厂家对调速器控制程序进行分析，发现调速器阀位指令前馈功能可能是导致机组一次调频试验中功率大幅波动的原因。并进行了现场验证。

电厂专业人员和调速器厂家、中试所试验人员在4号机组调速器上做静态试验，进行验证。通过试验仪器，给调速器加入50.2 Hz频率信号，模拟一次调频动作。试验发现调速器一次调频动作时，调速器不响应AGG的增减负荷指令，当AGG增减负荷指令消失后，之前AGG增减负荷脉冲的积分值被送入调速器PID计算模块，进行计算并输出，造成有功负荷的波动。

调速器收到50.2 Hz频率后，一次调频动作，调速器向关方向关导叶，动作正常。导叶关闭到位后，模拟AGC下发增负荷指令，一次导叶开度开始时不变化，当增负荷指令消失后，调速器导叶开度突然增大。

得到的结果一致，要求调速器厂家进行控制程序修改，在下一台机检修开始前将编译后的程序提交电厂，并提交试验建议方案给电厂。

3 调速器控制程序修改及试验验证

3.1 程序分析

在程序第82页，由于SERVO_PID.ERROR_SW模块的存在，当SERVO_PID.SERVO_STPT的变化率超过0.1/s2时，会将SERVO_PID.DRP_ERROR屏蔽掉，从而导致在阀位给定变化率超过0.1/s2，而此时一次调频的频差过大，作用强于Feed forward的作用，AGC的增减负荷指令就不会起作用（图1）。而由于监控那边的功率闭环仅比较AGC负荷指令和实际功率，必然会将阀位给定值累加上去直到100%。

图1

类似的，在程序第80页也存在同样问题（图2）。

图2

AGC的负荷指令增减，在调速器一侧对应的阀位给定值增减速率绝对值的上限设定是1%/s。因而，当一次调频的频差超过一定范围时，前馈作用的积分量将弱于一次调频频差的积分量。而如果此时阀位给定值变化率超过0.1/s2，阀位给定值和实际值偏差所对应的积分量又被屏蔽。

3.2 一次调频问题逻辑修改说明

结合对控制的分析得出，可以将这种屏蔽逻辑取消。

（1）逻辑第82页，将SERVO_PID.ERROR的输出直接连接到SERVO_PID.DRP_ERROR的一个输入端（图 3）。

图3

（2）逻辑第80页，将MW_PID.STPT_ERROR的输出直接连接到MW_PID.DRP_ERROR的一个输入端（图 4）。

图4

3.3 机组一次调频实际动作积分电量不足分析及修改

（1）修改方法分析

针对电厂一次调频积分电量不够的问题，采取减小一次调频计算死区的方法，来增大一次调频的效果。具体方法如下：一次调频计算死区等于一次调频判断死区乘以一个小于1的系数，系数默认值为0.75，具体数值通过试验确定。

（2）一次调频积分电量不足问题逻辑修改说明

组态第127页，增加SITE_LOGIC. EXCD_DB，SITE_LOGIC. DB_MUL以及SITE_LOGIC. DB_SW等3个模块，将SITE_LOGIC.DB_SW的输出代替LOCAL_AW. DEADBAND的输出送往第80页和第82页（图5）。

图5

机组修改程序后，需要验证的逻辑有：①单机一次调频试验；②AGC与一次调频协调试验；③变负荷试验。

1）无水条件下，调速器模拟油开关合，调速器工作在负载模式，调速器模拟频率信号在50 Hz基础上变化0.2 Hz，使调速器工作于负载一次调频模式，在机组一次调频动作期间，对调速器施加负荷增、减指令，记录导叶接力器变化，观察调速器增减脉冲作用在一次调频动作期间是否被屏蔽掉，在调速器进入稳态后，调速器导叶接力器变化是否为一次调频接力器动作量与监控增减脉冲调节量的综合作用结果。

2）有水条件下，在负载条件下，调速器模拟频率信号在50 Hz基础上变化0.2 Hz，使调速器工作于负载一次调频模式，在机组一次调频动作期间，对调速器施加负荷增、减指令，记录导叶接力器变化和机组有功变化，观察调速器增减脉冲作用在一次调频动作期间是否被屏蔽掉，在调速器进入稳态后，调速器导叶接力器变化和机组有功变化是否为一次调频接力器动作量与监控增减脉冲调节量的综合作用结果。

3）对于景洪电厂有时会出现一次调频积分电量不足的问题，修改版程序默认一次调频死区减小为原来的75%，这就意味着同样的频率变化相应的导叶接力器动作量会增大，一次调频死区被乘系数值需要根据一次调频试验结果确定。

4 技术管理建议

检修时进一步校正我厂调速器测频偏差。

在调速器中做频率差值的补偿程序，使参与调速器计算的频率值与系统频率相同。

在满足一次调频技术要求的基础上，研究增大调速器一次调频的动作量。

联系厂家和中试所重新做调速器参数试验，修改调速器的具体参数以适应新的水轮机特性曲线，可以适当增加调速器PID参数中的比例放大系数KP，增加机组调速器调节速率，提高动作积分电量。

加强核对调速器相关信号的准确度，尤其是水头信号。

确认水轮机特性曲线与实际运行情况相符。

采用负荷控制直接调整机组有功功率。

调整机组运行方式，尽量不在满负荷状态下运行，为一次调频动作调整负荷留出负荷空间。

做好一次调频在此状态下动作不合格的考核申诉，提出免考申请。

5 结语

美国GE公司生产的Woodward Micronet Plus调速系统产品性能优良，但是程序完全对用户封闭，电厂没有程序修改权限。协调厂家修改控制程序后，在机组上重新申请做实验，控制逻辑动作准确，一次调频动作积分电量也满足南方电网公司一次调频考核目标，此后未发生考核事件，也保证了机组稳定运行，为电厂和公司挽回经济损失。