控制原理

　　该发电机的负荷是靠转速进行控制的,并网后也是采用转速优先于功率的方案进行控制的,其一次调频控制的原理图如下:

　　图1 一次调频控制原理图

　　在这里,一次调频是一个串级控制系统,经过不等率计算后的透平转速与转速设定值比较后,进入转速PID控制,转速调节器的输出为阀位请求信号,它作为阀位设定值与实际阀位反馈(LVDT)进行比较,然后进入阀位控制器,阀位控制器的输出信号驱动电液伺服阀动作,来调节控制油的压力,使之驱动油动机动作,油动机据此产生位移,带动蒸汽调节阀,从而控制透平的转速。

　　单从这个发电机的调频控制原理图中就可以看出,导致功率变化慢的原因有很多,比如转速控制速度、阀位控制速度、油动机动作速度等。

　　问题分析及检查、测试

　　要找到问题的症结所在,必须从多角度、多方位进行检查、分析和判断。

　　1、转速调节阀动作速度过慢

　　由于工艺在发电机运行一年后提出该问题,首先想到是否转速调节阀或油动机的机械性能有所下降,或阀位控制器的控制速度过慢。于是在静态调试时仔细观察电液伺服阀的动作情况(DDV阀芯位置)和转速调节阀的动作情况,当直接改变输出值时,DDV阀芯位置及转速调节阀上LVDT返回的阀位信号紧跟输出值的变化,并未出现动作非常滞后或缓慢的情况,这说明阀门调节回路工作正常且控制及时到位。

　　2、升速率过慢

　　在正常运行过程中,操作人员给出一个转速目标值,而转速设定值则是以一定的升速率来逼近目标值,最终达到目标值。如果升速率过慢,则升速(或降速)指令发出后,设定值不会马上改变至目标值,而是十分缓慢地变化,这样调节过程也会变得缓慢。检查程序中升速率的设置,在并网运行时为60转/分钟,虽然程序提供有升高的空间,但是此设定值已经很高了,应该能够满足要求。

　　3、励磁电压、电流增加不及时

　　图3 增加功率的流程

　　在并网运行后,若要提高发电机的负荷,需将转速目标值提高,这时汽轮机转速上升,发电机的电流、电压随之上升,这一上升又会促使励磁电压、电流的提高,从而增加发电机的有功功率,功率增加之后,加在转子上的反作用力变大,转速就会下降并稳定在3000转/分钟。如果励磁电压、电流增加不及时,则有功功率就不会及时提高,同时转速也很难被快速控制住。但是经过电气专业人员的观察与检测,并不存在励磁电压、电流增加不及时的现象。

　　4、功率变送器反应迟缓

　　在工艺操作画面上所显示的发电机功率是由电气专业的功率变送器送来的,会不会是由于变送器反应迟缓,实际功率已经增加,而操作画面上的功率显示会滞后一些。经过与电气功率表的对照,不存在这种情况。即便存在这种情况,如果实际功率增加了,蒸汽管网的压力会随之发生变化,而实际情况是功率变化慢,管网压力也变化慢,这就说明实际功率并未增加。

　　5、是否调整参数不合适

　　从控制原理来讲,转速控制的PID参数如果设置不合适,会导致调节速度过慢。

　　在发电机控制室改变转速目标值后,转速设定值发生变化,但转速调节器的输出变化相对缓慢,转速波动大。曾在P=20,I=15时记录从提高转速目标值到功率最终稳下来需要1分20秒,而且多次调整P、I参数,收效都甚微,也就是说调整参数并不起多大作用。

　　6、转速调节速度慢

　　此发电机在运行时,汽轮机转速经常在2996～3004转/分钟之间频繁波动,偶尔波动幅度可至6转/分钟,发电机功率却基本稳定,这样就会造成功率控制与转速控制之间的矛盾。比如当蒸汽管网压力高,需要提高发电机功率时,会将转速目标值升高,而这时实际转速波动的幅度恰好高于这一升高的目标值,转速调节器就会减小其输出,使调节汽门关小来维持转速,这样反倒不能提高发电机的功率。

　　再有,在下位控制程序中有一个转速调节模块(VPID03),用于汽轮机的转速调节,转速的调节范围 (kSCALE) 设为3330转/分钟,这在汽轮机升速过程中是非常适用的,因为汽轮机从启机时的0转速升至额定转速3000转/分钟,这之间的转速变化是非常大的。但是在发电机并网运行后,其可调范围只有150转/分钟。也就是说当转速设定值由3000转/分钟提高到3150转/分钟时,就能使发电机功率由最小值到达最大值,这时如果还按调节范围为3330转/分钟来控制,那么当需要调整10转/分钟时,对于整个量程来说只是调节了10/3330=0.3%,这一微小的变化量对于调节器来说,只能使它的输出变化非常小,这一非常小的输出变化不能达到其快速调整功率的目的,而是要经过很长时间才能调整到目标值。

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