水电站计算机监控系统LCU有功调节模式分析

彭德民，刘德龙

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

水电站计算机监控系统在全厂有功功率分配及调节过程中起着重要的作用。水电站计算机监控系统接收电网调度机构分配的有功功率负荷，通过自动发电控制（AGC）运算，将全厂有功负荷合理分配至各机组现地控制单元（LCU）。机组LCU与调速器系统协调配合完成机组有功功率的调节。机组LCU一般以两种信号模式将功率调节信号发送至调速器系统，分别为功率目标值给定信号（AO/通信）及开关量脉冲调节信号（DO）。当机组LCU功率调节信号为功率目标值给定信号时，机组LCU不参与有功功率调节计算，直接将功率目标给定值下发给调速器，调速器根据接收到的给定值完成功率闭环计算，对机组功率进行调节，这种调节模式通常称为机组有功调节功率模式；当机组LCU功率调节信号为脉冲信号时，机组LCU对有功功率给定值与实发值进行综合计算，然后将脉冲调节信号发送至调速器，调速器执行导叶的启闭操作，完成机组功率调节，这种调节模式通常称为机组有功调节开度模式。当机组LCU或调速器系统出现故障时，机组LCU应根据故障原因制定合理的有功调节模式切换、退出策略，保证机组的安全稳定运行及功率调节的可靠执行。本文分析水电站计算机监控系统机组有功功率调节模式的有关问题。

1 机组有功调节模式投入条件

1.1 开度模式投入条件

目前国内大部分水轮发电机组的有功调节较多采用开度模式，这与多种因素有关[1]。现在越来越多的人认识到，采用功率模式调整负荷对于快速响应电网潮流、保障机组安全生产更有益处。因此，越来越多的机组采用功率方式进行有功功率调节。

机组完成开机并网后，即可根据机组运行工况适时投入LCU有功调节开度模式。根据部分电厂的运行经验，机组LCU投入有功调节开度模式需具备以下条件：

（1）机组处于并网发电运行工况。机组并入电网是机组自动执行功率调节的先决条件，只有机组并入电网，功率调节才具有真正意义的设定有效值。

（2）机组LCU有功功率采集信号有效。水电厂机组LCU一般配置一路或者两路有功功率信号采集通道，机组LCU应根据有功功率输入信号采样值的数值范围及通道质量判断信号的有效性，在两路输入信号时宜同时判断两路信号的差值。当LCU判定功率信号采集正常时才可投入开度模式。

（3）调速器控制模式正常，运行无故障。调速器是机组LCU有功调节信号的接收对象及执行机构，调速器安全稳定运行是有功调节的必要条件。机组LCU应实时判断调速器系统的反馈信号：调速器处于远方、自动控制模式；导叶处于自动控制模式；调速器供电系统正常；调速器无严重故障；调速器转速信号采集正常。当调速器系统满足以上运行条件时，机组LCU可投入开度模式。

（4）机组LCU开关量输出通道正常。机组LCU下发增速（频）、减速（频）调节信号至调速器系统，调节信号由PLC计算生成，经由开关量输出模块及所控制的继电器发送至调速器系统，因此LCU应在输出信号通道正常状态下投入开度模式。

（5）调速器系统处于功率闭环控制退出模式。

1.2 功率模式投入条件

机组LCU有功调节功率模式投入判断条件除需满足开度模式条件中1~3条内容时，还需满足以下条件：

（1）机组LCU通信通道或模拟量输出通道正常。机组LCU收到运行人员手动设置或AGC计算下发的有功功率设定值后，通过模拟量输出通道将换算后的4~20 mA电流信号发送至调速器系统，调速器系统根据接收到的功率给定值进行功率调节。LCU模拟量输出通道及调速器接收通道均为正常时，才能投入功率模式。

（2） 调速器系统处于功率闭环控制模式投入状态。调速器系统只有处于功率闭环控制模式时，才能接收机组LCU发送的模拟量信号进行有功功率调节。目前国内大部分水电站调速器系统均默认处于功率闭环退出模式，因此，在投入功率模式前，需先投入调速器功率闭环控制模式。

2 机组LCU有功调节模式切换

机组LCU在机组运行过程中一般维持功率调节模式不变，但在机组设备运行发生变化时，机组LCU应及时根据设备运行变化情况切换调节模式，保证机组功率调节的可靠性与及时性。

机组LCU在监测到以下信号时，应将调节模式由功率模式切换至开度模式：

（1）机组LCU与调速器系统通信通道或模拟量通道异常。当机组LCU与调速器系统因通信设备故障或接线端子松动等原因造成通信链路故障或模拟量电流回路异常时，机组LCU已不能将功率给定值及时准确地发送至调速器系统。此时，调速器系统开度模式投入条件满足时，机组LCU可自动切换至开度模式，发送开关量脉冲调节信号至调速器系统，满足功率调节的需要。

（2）调速器系统退出功率闭环控制模式。当调速器系统因自身运行原因由功率模式切换至开度模式时，机组LCU应同时自动切换至开度模式，与调速器系统相匹配完成功率调节。

机组LCU在执行模式切换动作时，应在机组功率负荷相对稳定的状态下进行。机组LCU或调速器系统正处于功率调节过程中时，机组LCU不宜进行模式切换，应待本次调节过程结束后再根据机组运行工况进行模式切换操作。机组LCU在执行操作模式切换时，应及时把有功功率实发值赋值给有功功率设定值，满足功率调节模式的无扰动切换要求。

3 机组LCU有功调节功能退出条件

机组在运行过程中会突发各种情况，为保证电厂的安全稳定运行，机组LCU应根据故障现象做出合理判断，快速有效地退出有功调节功能，保证机组输出功率的稳定。根据大部分电厂的运行经验，机组LCU监测到下列故障时，应及时退出功率调节功能：

（1）机组LCU监测不到机组并网态、有功功率信号采集故障或调速器故障时，机组LCU应完全退出功率调节功能。

（2）机组CPU重启。机组LCU一般配置双电源及冗余CPU来保证设备的安全可靠运行，但有些电站配置较为简单，当电站执行厂用电倒换造成电源中断或由于CPU自身故障重启运行时，由于CPU初始化过程中存在不可预知的因素，LCU应退出功率调节功能，防止误动作情况的发生。

（3）当机组LCU与调速器系统开关量控制回路故障，调速器系统接收不到机组LCU发送的功率脉冲调节信号时，会造成机组功率调节超时现象的发生。

（4）开度调节控制参数配置未完善。大型电站库容较大，机组发电时电站上下游水位变化不大，机组LCU开度调节无需与水头信号做协联处理；有些电站库容较小，上游来水及发电用水均会造成电站水头的大幅度波动，LCU开度计算就需要与水头信号做协联处理，开度计算比例参数P一般与水头信号成反比例协联关系。有些电站LCU开度计算调节参数未与水头参数做协联处理，当电站水头变化较大时，开度调节会造成功率调节响应速度过慢、超调、震荡等现象的出现，最终导致功率调节超时。

功率调节超时后机组LCU应立即退出有功功率调节，防止LCU频繁向调速器系统下发功率调节命令。

4 机组有功调节模式选择

大部分电厂计算机监控系统在机组并网成功后默认投入有功调节开度模式，由LCU形成功率闭环计算，调速器系统作为执行机构对有功功率进行控制调节。有功调节开度模式在国内水电厂功率控制方式上应用范围较广，技术也较为成熟。

调速器系统是水轮机组有功功率的直接控制机构，能够采集机组功率、导叶开度、机组转速、一次调频等一系列较为全面的机组控制参数及反馈信息。因此，由调速器完成功率闭环计算，执行功率控制调节相对于LCU有着更高的调节精度及调节时效。有功调节功率模式正逐步被各电厂推广采用，在使用频率上也在逐步提高。

5 结论

水电站功率稳定及功率调节快速精确是电网考核水电厂的重要指标，因此，水电厂机组功率调节在电厂运行中起着重要的作用。作为机组有功调节的重要组成部分，机组LCU及调速器系统在相互配合过程中需要一整套严格的控制策略及控制参数。机组LCU开度模式及功率模式的投退、切换，控制参数的整定都需要运行维护人员根据电站机组运行工况进行合理的操作及设置。目前，国内尚无对本部分内容的规范出台，希望本文能够为电站操作人员制定控制策略提供参考依据。