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發電機負荷控制技術改造(上)

  控制原理

  該發電機的負荷是靠轉速進行控制的,并網后也是采用轉速優先于功率的方案進行控制的,其一次調頻控制的原理圖如下:

  圖1 一次調頻控制原理圖

  在這里,一次調頻是一個串級控制系統,經過不等率計算后的透平轉速與轉速設定值比較后,進入轉速PID控制,轉速調節器的輸出為閥位請求信號,它作為閥位設定值與實際閥位反饋(LVDT)進行比較,然后進入閥位控制器,閥位控制器的輸出信號驅動電液伺服閥動作,來調節控制油的壓力,使之驅動油動機動作,油動機據此產生位移,帶動蒸汽調節閥,從而控制透平的轉速。

  單從這個發電機的調頻控制原理圖中就可以看出,導致功率變化慢的原因有很多,比如轉速控制速度、閥位控制速度、油動機動作速度等。

  問題分析及檢查、測試

  要找到問題的癥結所在,必須從多角度、多方位進行檢查、分析和判斷。

  1、轉速調節閥動作速度過慢

  由于工藝在發電機運行一年后提出該問題,首先想到是否轉速調節閥或油動機的機械性能有所下降,或閥位控制器的控制速度過慢。于是在靜態調試時仔細觀察電液伺服閥的動作情況(DDV閥芯位置)和轉速調節閥的動作情況,當直接改變輸出值時,DDV閥芯位置及轉速調節閥上LVDT返回的閥位信號緊跟輸出值的變化,并未出現動作非常滯后或緩慢的情況,這說明閥門調節回路工作正常且控制及時到位。

  2、升速率過慢

  在正常運行過程中,操作人員給出一個轉速目標值,而轉速設定值則是以一定的升速率來逼近目標值,最終達到目標值。如果升速率過慢,則升速(或降速)指令發出后,設定值不會馬上改變至目標值,而是十分緩慢地變化,這樣調節過程也會變得緩慢。檢查程序中升速率的設置,在并網運行時為60轉/分鐘,雖然程序提供有升高的空間,但是此設定值已經很高了,應該能夠滿足要求。

  3、勵磁電壓、電流增加不及時

  圖3 增加功率的流程

  在并網運行后,若要提高發電機的負荷,需將轉速目標值提高,這時汽輪機轉速上升,發電機的電流、電壓隨之上升,這一上升又會促使勵磁電壓、電流的提高,從而增加發電機的有功功率,功率增加之后,加在轉子上的反作用力變大,轉速就會下降并穩定在3000轉/分鐘。如果勵磁電壓、電流增加不及時,則有功功率就不會及時提高,同時轉速也很難被快速控制住。但是經過電氣專業人員的觀察與檢測,并不存在勵磁電壓、電流增加不及時的現象。

  4、功率變送器反應遲緩

  在工藝操作畫面上所顯示的發電機功率是由電氣專業的功率變送器送來的,會不會是由于變送器反應遲緩,實際功率已經增加,而操作畫面上的功率顯示會滯后一些。經過與電氣功率表的對照,不存在這種情況。即便存在這種情況,如果實際功率增加了,蒸汽管網的壓力會隨之發生變化,而實際情況是功率變化慢,管網壓力也變化慢,這就說明實際功率并未增加。

  5、是否調整參數不合適

  從控制原理來講,轉速控制的PID參數如果設置不合適,會導致調節速度過慢。

  在發電機控制室改變轉速目標值后,轉速設定值發生變化,但轉速調節器的輸出變化相對緩慢,轉速波動大。曾在P=20,I=15時記錄從提高轉速目標值到功率最終穩下來需要1分20秒,而且多次調整P、I參數,收效都甚微,也就是說調整參數并不起多大作用。

  6、轉速調節速度慢

  此發電機在運行時,汽輪機轉速經常在2996~3004轉/分鐘之間頻繁波動,偶爾波動幅度可至6轉/分鐘,發電機功率卻基本穩定,這樣就會造成功率控制與轉速控制之間的矛盾。比如當蒸汽管網壓力高,需要提高發電機功率時,會將轉速目標值升高,而這時實際轉速波動的幅度恰好高于這一升高的目標值,轉速調節器就會減小其輸出,使調節汽門關小來維持轉速,這樣反倒不能提高發電機的功率。

  再有,在下位控制程序中有一個轉速調節模塊(VPID03),用于汽輪機的轉速調節,轉速的調節范圍 (kSCALE) 設為3330轉/分鐘,這在汽輪機升速過程中是非常適用的,因為汽輪機從啟機時的0轉速升至額定轉速3000轉/分鐘,這之間的轉速變化是非常大的。但是在發電機并網運行后,其可調范圍只有150轉/分鐘。也就是說當轉速設定值由3000轉/分鐘提高到3150轉/分鐘時,就能使發電機功率由最小值到達最大值,這時如果還按調節范圍為3330轉/分鐘來控制,那么當需要調整10轉/分鐘時,對于整個量程來說只是調節了10/3330=0.3%,這一微小的變化量對于調節器來說,只能使它的輸出變化非常小,這一非常小的輸出變化不能達到其快速調整功率的目的,而是要經過很長時間才能調整到目標值。



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