劉亞濤，王立賢

（哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

1 總體介紹

哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)哈電）承擔(dān)了為三峽右岸電站提供12臺(tái)套調(diào)速系統(tǒng)的任務(wù)。在總結(jié)三峽左岸調(diào)速器應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了三峽右岸電站的調(diào)速系統(tǒng)。

此調(diào)速系統(tǒng)的控制對(duì)象為混流式或軸流式單調(diào)整機(jī)組，對(duì)機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、開(kāi)度調(diào)整。該調(diào)速器可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組平穩(wěn)快速地開(kāi)機(jī)、空載、并網(wǎng)、加減負(fù)荷和停機(jī)，并可以在事故情況下緊急停機(jī)，保護(hù)機(jī)組安全。該調(diào)速系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)、開(kāi)度調(diào)節(jié)、快速同步、導(dǎo)葉開(kāi)度限制、適應(yīng)式變參數(shù)、在線(xiàn)/離線(xiàn)自診斷及處理等功能。

本文主要講述三峽右岸電站調(diào)速器功率快速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。

2 功率快速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)

2.1 功率快速調(diào)節(jié)的傳遞函數(shù)

傳遞函數(shù)如圖1所示。

圖1 功率快速調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)

2.2 前饋通道相關(guān)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的具體數(shù)值

2.3 功率快速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 水輪機(jī)運(yùn)行特性曲線(xiàn)

水輪機(jī)運(yùn)行特性曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 水輪機(jī)運(yùn)行特性曲線(xiàn)

2.3.2 將特性曲線(xiàn)線(xiàn)性化形成表格

因?yàn)樘匦郧€(xiàn)中的每一個(gè)曲線(xiàn)量都是連續(xù)的量，在工控機(jī)中需要對(duì)連續(xù)的量進(jìn)行運(yùn)算，所以必須將曲線(xiàn)量用離散量表示出來(lái)。特性曲線(xiàn)中的水頭（m）、導(dǎo)葉開(kāi)度（%）和機(jī)組有功功率（MW）用離散量表示出來(lái)如表1和表2所示。表2是當(dāng)機(jī)組有功功率為0MW時(shí)，水頭（m）和導(dǎo)葉開(kāi)度（%）的離散量關(guān)系。

表1

表2

2.3.3 將功率反饋和功率給定轉(zhuǎn)化為導(dǎo)葉開(kāi)度

以功率反饋的實(shí)際值為例，介紹當(dāng)前水頭下如何將功率反饋轉(zhuǎn)化為導(dǎo)葉開(kāi)度，功率給定的實(shí)際值轉(zhuǎn)化為導(dǎo)葉開(kāi)度的算法與功率反饋的相同，插值算法和公式如下。

根據(jù)調(diào)速器功率調(diào)節(jié)時(shí)，功率反饋的實(shí)際值P_fb_n，可在表1和表2中找出它所屬的區(qū)域，使：

根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行水頭值H_fb_n，在表1和表2中可找出它所屬的區(qū)域，使：

據(jù)P_fb_n-1、P_fb_n+1、H_fb_n-1和H_fb_n+14個(gè)節(jié)點(diǎn)可找出對(duì)應(yīng)的 4個(gè)導(dǎo)葉接力器“行程”值：Y_n-1_11、Y_n-1_12（水頭H_fb_n-1下，P_fb_n-1和P_fb_n+1對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉接力器“行程”Y_n-1節(jié)點(diǎn)值）和Y_n+1_21、Y_n+1_22（水頭H_fb_n+1下，P_fb_n-1和P_fb_n+1對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉接力器“行程”Y_n+1節(jié)點(diǎn)值）。

對(duì)水頭插值，求出：

對(duì)微機(jī)調(diào)節(jié)器導(dǎo)葉接力器“行程”插值，求出：

2.3.4 功率快速調(diào)節(jié)的軟件

功率快速調(diào)節(jié)的軟件如圖3所示。

圖3 功率快速調(diào)節(jié)的軟件

“DEADBAND”功能塊提供一個(gè)死區(qū)控制的功能。當(dāng)“DEADBAND”功能塊的使能輸入信號(hào)投入有效時(shí)，這個(gè)塊的功能將會(huì)比較命令值和反饋值。如果命令值和反饋值的差值小于等于第一個(gè)死區(qū)的設(shè)定值，這個(gè)功能塊將不會(huì)有任何動(dòng)作，同時(shí)升值輸出和降值輸出都是假。如果命令值大于反饋值且超過(guò)第一個(gè)死區(qū)設(shè)定值，那么升值輸出將變?yōu)檎妗Ｈ绻答佒荡笥诿钪登页^(guò)第一個(gè)死區(qū)設(shè)定值，那么降值輸出將變?yōu)檎妗．?dāng)命令值與反饋值的差異超過(guò)第二個(gè)死區(qū)設(shè)定值時(shí)，此功能塊的輸出將變?yōu)檎妗?/p>

這個(gè)功能塊還有一個(gè)滯后功能，這個(gè)滯后功能只對(duì)第二個(gè)死區(qū)設(shè)定值的輸出有影響。當(dāng)命令值與反饋值的差異大于第二個(gè)死區(qū)設(shè)定值時(shí)，那么這個(gè)功能塊的輸出將變成真，但只有在命令值與反饋值的差異小于第二個(gè)死區(qū)設(shè)定值與這個(gè)滯后值的差時(shí)，這個(gè)功能塊的輸出才將變成假。

帶可調(diào)變量τ的滯后濾波器“LAG_2”。這個(gè)塊是一個(gè)滯后功能塊，輸出值是一個(gè)經(jīng)過(guò)可調(diào)變量τ滯后的輸入值。同時(shí)還有一個(gè)輸出值是一個(gè)輸入信號(hào)的變化率的值，此變化率的時(shí)間值同樣也是這個(gè)τ值。

2.3.5 前饋功能的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)圖1功率快速調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)，首先程序?qū)C(jī)組的有功功率給定的實(shí)際模擬量值經(jīng)過(guò)插值節(jié)點(diǎn)表 1和表2計(jì)算出當(dāng)前水頭下的功率給定對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開(kāi)度，然后將計(jì)算出的導(dǎo)葉開(kāi)度經(jīng)過(guò)帶可調(diào)變量τ的滯后濾波器后，再計(jì)算出當(dāng)前功率給定對(duì)應(yīng)導(dǎo)葉開(kāi)度的變化率值，這個(gè)相應(yīng)的變化率值一方面用于前饋功能中的功率給定變化率值的投切，如果變化率值大于0.1，前饋功能投入，如果變化率值小于等于0.1，前饋功能退出，另一方面用于計(jì)算前饋具體數(shù)值的一部分。

2.3.6 功率快速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)

在功率調(diào)節(jié)算法中，就是用來(lái)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷得到對(duì)整定點(diǎn)變化的線(xiàn)性響應(yīng)。大多數(shù)水輪機(jī)設(shè)計(jì)中，當(dāng)功率（負(fù)荷）和凈水頭對(duì)導(dǎo)葉（接力器）位置作圖時(shí)，在較高的區(qū)域里（＞50%導(dǎo)葉開(kāi)度）存在一個(gè)非線(xiàn)性區(qū)，當(dāng)有相同的導(dǎo)葉位置增加時(shí)，卻產(chǎn)生了較少的功率。像早先的機(jī)械式和模擬/電氣式調(diào)速器情況那樣，不考慮這種非線(xiàn)性，那時(shí)，在這個(gè)區(qū)域運(yùn)行期間，操作人員必須借助于更多地、反復(fù)地增加/減少整定點(diǎn)來(lái)補(bǔ)償它，以便得到同樣的希望負(fù)荷的變化。數(shù)字控制可以事先用這個(gè)曲線(xiàn)的數(shù)據(jù)編程，以便自動(dòng)校正這個(gè)非線(xiàn)性。三維曲線(xiàn)的數(shù)據(jù)由業(yè)主或主機(jī)廠(chǎng)提供，然后編程到MicroNetTMTMR數(shù)字控制系統(tǒng)中去。機(jī)組運(yùn)行在功率調(diào)節(jié)模式期間，數(shù)字控制將負(fù)荷整定點(diǎn)和實(shí)際負(fù)荷反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的導(dǎo)葉（接力器）位置。然后，每個(gè)被轉(zhuǎn)換的信號(hào)相迭加，產(chǎn)生一個(gè)用于使閥定位的差值信號(hào)。當(dāng)三維曲線(xiàn)功能未被利用時(shí)，這個(gè)誤差迭加邏輯與利用“純”負(fù)荷整定點(diǎn)實(shí)際負(fù)荷反饋信號(hào)所應(yīng)用的邏輯精確地相同。利用曲線(xiàn)功能時(shí)的不同點(diǎn)是誤差信號(hào)的高度將按導(dǎo)葉（接力器）位置來(lái)標(biāo)定，這將使閥以相同的MW誤差（負(fù)荷整定點(diǎn)/負(fù)荷反饋）或多或少地移動(dòng)。這將使導(dǎo)葉（接力器）位置在曲線(xiàn)的平坦區(qū)域移動(dòng)更多，在曲線(xiàn)的陡峭區(qū)域移動(dòng)更少，使得對(duì)于功率具有相同的響應(yīng)。真實(shí)的負(fù)荷反饋信號(hào)用具有0.2～5s之間τ（三峽右岸哈電機(jī)組τ是0.2s）調(diào)整的滯后功能進(jìn)行濾波。然后，它作為“X”輸入值輸入到作為導(dǎo)葉位置函數(shù)的 MW，對(duì)此，輸出相應(yīng)于以%為單位的導(dǎo)葉（接力器）開(kāi)度的“Y”值。由其他以軟件邏輯確定（和變化）的負(fù)荷整定點(diǎn)也利用同一曲線(xiàn)函數(shù)被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的%導(dǎo)葉（接力器）開(kāi)度。然后，這兩個(gè)值相迭加，產(chǎn)生功率整定值的誤差，它按導(dǎo)葉（接力器）位置乘以Rp，或機(jī)組差值系數(shù)整定值，而被線(xiàn)性化了。這就使機(jī)組在任何時(shí)候按機(jī)組功率曲線(xiàn)特性的任何點(diǎn)對(duì)于負(fù)荷整定點(diǎn)響應(yīng)的變化是一致的。用這種線(xiàn)性化，機(jī)組的響應(yīng)與其在功率曲線(xiàn)上運(yùn)行的位置是同樣無(wú)關(guān)的。例如，從500 MW 變化到700 MW 引起導(dǎo)葉接力器的變化量（以距離和變化速率計(jì)算）大于從70 MW 到270 MW的變化量，但是，機(jī)組輸出功率的響應(yīng)是相同的。

3 電站試驗(yàn)

三峽右岸哈電24號(hào)機(jī)功率快速調(diào)節(jié)曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 三峽右岸哈電24號(hào)機(jī)功率快速調(diào)節(jié)曲線(xiàn)

2007年10月31日，三峽右岸哈電24號(hào)機(jī)試驗(yàn)，從監(jiān)控LCU發(fā)出功率給定，每次模擬量增加150MW，要求調(diào)速器做出快速反應(yīng)且功率反饋必須沒(méi)有超調(diào)，從上面曲線(xiàn)上看，由于開(kāi)始時(shí)前饋通道的值是 0.71，后期前饋通道的值變?yōu)?1.15，所以調(diào)速器實(shí)現(xiàn)了功率的快速調(diào)節(jié)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三峽右岸電站調(diào)速器功率快速調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)分析，使大型調(diào)速器功率快速調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)國(guó)產(chǎn)化向前邁進(jìn)了一大步。今后工作中還要解決控制器系統(tǒng)軟件，編譯環(huán)境的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)巨型調(diào)速器國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。