水火电机组功率控制快速稳定性分析

杜景琦;陈国青;刘友宽;李长更

【摘 要】对云南省内水、火电机组功率控制的现状进行了分析，总结了机组功率控制过程中所存在的问题。提出了功率控制快速性与稳定性提高的解决方法，并且成功应用于云南多个水、火电机组中，取得了良好的应用效果。%This paper analyzed the present situation of power control of the water, thermal power unit in Yunnan province, Summarizes the problems of existing in the process of power control unit. Put forward Power control method for fast and stable improvement, And successfully applied to many water and thermal power units in Yunnan and achieved good results. 【期刊名称】《云南电力技术》 【年(卷),期】2016(044)006 【总页数】4页(P31-34)

【关键词】功率控制;快速性;稳定性 【作 者】杜景琦;陈国青;刘友宽;李长更

【作者单位】云南电力试验研究院 集团 有限公司，昆明 650217;华北电力大学云南电网公司研究生工作站，昆明 650217;云南电力试验研究院 集团 有限公司，昆明 650217;云南电力试验研究院 集团 有限公司，昆明 650217 【正文语种】中 文 【中图分类】TK3

水火电机组结构复杂，运行工况多变，在功率控制方面存在一定的难度。而随着云南省内风电、光伏发电的大规模接入，为了更好的满足电网负荷的变化需求作为发电主力的水火电机组也应该有更高品质的功率控制。目前，云南省内水火电机组功率控制品质方面呈现出层次不齐的状况，且发生过由于机组功率振荡而导致电网低频振荡的情况。因此，有必要对云南省内水火电机组功率控制情况进行分析、研究，提高水火电机组功率控制的快速性和稳定性，从而保证机组出力及时、稳定，避免因机组出力不稳而造成电网侧的低频振荡影响电网的安全稳定运行。

目前，机炉功率协调控制方式是云南省内火电机组正常运行工况下的功率控制方案，而汽轮机跟随则是当锅炉侧主机、辅机或控制系统故障时所采用的一种辅助运行方式。锅炉跟随是汽轮机侧主机、辅机控制系统故障时的另一种辅助运行方式。云南省火电机组功率控制均设计有(自动发电控制)AGC与一次调频功能，并且省调火电机组全部投入了厂级AGC控制 。云南省内网调及省调水电机组中，功率控制的模式主要是脉冲调节模式，只有大朝山水电站功率控制为功率反馈调节方式。 1）功率回路控制品质差。随着机组投产运行后随着大修、技改的不断开展，对模拟量控制系统（MCS）的硬件物理特性及调节性能参数造成了一定的影响，使功率控制的调节品质已经不足以满足机组的稳定运行要求。

2）投入协调控制方式。云南省内水电机组大量投产运行，使得火电机组在丰水期长期处于低负荷运行状态，功率控制方式也处于基本控制方式；即使是枯水期火电机组高负荷运行情况下，由于煤质较差，燃烧不稳定，功率控制方式也很少投入协调控制方式。

3）水头变化影响到水电机组功率控制品质。不同水头下，机组的传递函数模型不同，水头越高，单位导叶开度对应的功率变化越大，PID控制器比例增益KP应变小；水头越低，单位导叶开度对应的功率变化越小，PID控制器比例增益KP应变大。

4）功率振荡。云南省内火电机组与水电机组均发生了机组功率振荡的情况，对机组安全稳定运行造成了极大的影响。 3.1 参数优化

针对机组调节品质变坏的情况，需要通过进行负荷变动的试验的方法，重新计算并修正功率控制回路中的PID参数，以满足机组功率控制的要求。

图1、图2是某机组协调控制系统功率控制在参数优化后的调节品质对比图，表1是协调控制系统的功控回路参数调整情况。功控回路参数优化前机组实际负荷变化率为1.63 MW/ min，0.54%机组额定有功功率/分钟，不能满足DL/T 657-2006和“两个细则”的要求；参数优化后实际负荷变化率为3.76 MW/min，1.25%机组额定有功功率/分钟，负荷变化速率完全满足DL/T 657-2006和“两个细则”的要求。

3.2 改进协调控制方法

针对机组处于低负荷运行及煤质差造成功率控制未投入协调控制方式的情况，改进和优化了基于直接能量平衡（DEB）协调控制方法，结合采用经典方法构造的热量信号，实现了机组的煤质自适应控制，保证了机组主参数调节的稳定性，提高了控制系统对煤质变化的鲁棒性。

对传统的协调控制方法进行改进与优化的内容主要包括：优化DEB锅炉指令计算方法、引入机组主汽压力设定值的高阶惯性环节、增加负荷指令的速率限制模块。改进后的机组协调控制流程图如图3所示。

#2机组DCS系统改造后，模拟量控制系统调试投用过程中，受煤质影响功率控制的协调控制方式一直未能投入。为了能够尽快实现对一次调频及AGC等机网协调功能的测试，使用了改进后的协调控制方式。修改后协调控制系统顺利投入使用，并且有很好的功率控制品质。从运行趋势可以看出，改进后的协调控制方式投用后，功率控制品质得到了保证且各项指标均满足要求。

3.3 功率振荡预防与解除

针对水火电机组发生功率控制振荡的情况，采用了机组功率控制振荡预防与解除方法。

某水电站由于压力脉动导致机组功率波动，使得机组AGC功能一直难以投入使用，投用了水电机组功率控制振荡预防与解除方法后取得了理想的效果。水电站机组功率控制振荡预防与解除方法主要包括功率振荡判据、功率控制防误判逻辑及水头-导叶非线性自适应控制逻辑。 3.3.1 稳态下功率振荡判据实现

稳态是指机组功率设定值未发生改变且机组一次调频未动作时机组的一种运行工况，此时，在PLC中分别采用大小两个周期内对实发功率最大最小差值与功率设定值最大最小差值进行计算，最后判断差值之间的绝对值是否大于功率振荡报警值，若连续大于报警值三次，则切除机组功率闭环控制回路直至功率振荡解除。具体实现流程框图如图5所示。 3.3.2 负荷变动防误判逻辑

负荷变动过程中，由于水轮机的“水锤”效应、响应延时、调节超调等因素，可能导致功率振荡判据误判，尤其是在大负荷阶跃过程中，有功功率设定值调节到位需要一定的时间，导致判据误判。所以，为防止在负荷变动过程中功率振荡判据误判，在功率振荡判据中加入负荷变动过程防误判逻辑，通过在功率切除报警输出逻辑中加入负荷变动过程防误判逻辑，具体实现框图如图5所示。

图中|Li-Lsi|为实发功率减去功率设定值的绝对值，死区为机组有功调节死区，闭锁功率切除信号输出和使能功率切除信号输出为串联在功率闭环切除信号上的常闭节点。

3.3.3 水头-导叶自适应控制逻辑

由于不同水头下，机组的传递函数模型不同，水头越高，单位导叶开度对应的功率

变化越大，PID控制器比例增益KP应变小；水头越低，单位导叶开度对应的功率变化越小，PID控制器比例增益KP应变大。水头-导叶自适应校正逻辑实现框图如图6所示。

功率振荡预防与解除功能的投用能准确判断机组发生功率振荡并报警，不会因为正常的负荷变动或者一次调频动作而误判。同时，在投用后此功能后有效的解决了电厂机组负荷波动较大难以投入AGC功能的问题。

1）本文对云南省内水、火电机组功率控制中所存在的问题进行了分析和研究，提出了有针对性的提高功率控制快速性、稳定性的策略。并且在宣威电厂、曲靖电厂及石门坎水电站等成功投用，取得了理想的效果。

2）所提出的方法已经通过实验室仿真及现场实际投用的验证，因此可以在云南省内水火电机组中推广应用，提高机组功率控制的快速性和稳定性的同时，也促进了电网的安全稳定运行。

杜景琦（1980），男，硕士，工程师，云南电力试验研究院（集团）有限公司，从事火电、水电自动化的控制的现场调试、试验等技术工作（e-mail）*****************。

陈国青（1991），男，硕士研究生，华北电力大学云南电网公司研究生工作站，从事水火电自动控制研究工作。

刘友宽（1973），男，硕士，教授级高级工程师，云南电力试验研究院（集团）有限公司，从事火电、水电自动化的控制、测量与保护等方面的现场调试、试验等技术研究工作。 【相关文献】

[1] 李晓娇, 刘友宽, 孙建平. 火电机组功率波动的仿真研究. 云南电力技术, Vol.41, No.6, 2013 [2] 杜景琦, 罗恩博, 李黎. 动态振动区条件下机组负荷指令分配方法研究. 云南电力技术, Vol.41,

No.6, 2013.

[3] 唐立军, 刘友宽, 杜景琦, 等. 水电机组导叶非线性自适应控制校正方法. 云南电力技术, 42, 2014(5).

[4] 陈帝伊, 丁聪, 等. 水轮机发电机组系统的非线性建模与稳定性分析[J]. 水利发电学报, 2014, 02: 235-24.

[5] 孙闻, 孔祥玉, 等. 基于实测数据的发电机调速系统参数辨识方法[J]. 电力系统及其自动化学报, 2014, 03: 26-30.

[6] 董清, 张玲, 等. 低频振荡扰动源机组的自动定位方法[J]. 电网技术, 2012, 10: 265-269.