抽水蓄能机组调速器智能启动策略探讨

 抽水蓄能机组调速器智能启动策略探讨

杨柳

单位名称：内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司 单位省市：内蒙古呼和浩特市 单位邮编：010000

摘要：本文旨在基于对抽水蓄能机组调速器启动控制策略的相关分析，探讨智能化启动策略及开机控制过程，以解决抽水蓄能机组调速器在实际应用中遇到的问题，从而实现抽水蓄能机组的快速、平稳的开机并网。通过本研究，我们希望能够提出一种高效的启动策略，使得抽水蓄能机组能够在开机过程中减少时间延迟，并确保系统的稳定性。我们将对智能化启动策略进行深入探讨，并通过实际应用验证其有效性。通过本研究的成果，有望为抽水蓄能机组的开机控制提供可靠的解决方案，推动其在实际应用中的广泛应用。

关键词：抽水蓄能;发电机组;调速器;智能启动;

引言

抽水蓄能机组与常规机组相比，具有多样的运行方式和频繁的工况转换。抽水蓄能机组为了实现这种运行方式，需要增加抽水启动装置和启动母线等设备，增加了继电保护的复杂性。抽水蓄能机组的开机过程时间与开机控制规律密切相关，因此选择最优的开机控制策略至关重要，既要缩短开机时间，又要确保系统的稳定运行。在这个背景下，深入研究调速器智能启动策略对于解决这个问题具有重要的现实意义。通过对智能启动策略的探索和研究，有望为抽水蓄能机组的开机控制提供可行且有效的解决方案，进一步推动抽水蓄能技术在实际应用中的广泛推广和应用。

1.抽水蓄能机组调速器启动控制策略相关分析

当前，我国大部分抽水蓄能机组在启动控制方面采用基于转速偏差的PID调节方式。开机控制主要包括以下两种方式：

（1）在水轮启动过程中，先将导叶逐渐开启至空载开度，然后逐步提升机组转速接近额定转速，并切换至PID控制，直到机组转速稳定后并网。实践研究表明，该方式下机组转速接近额定值时运行相对稳定，极少出现超调情况。然而，抽水蓄能机组水头变化范围较大，导致精确控制和导叶开度调节困难，从而延长了开机时间。此外，机组的转速变化与惯性时间常数密切相关，惯性时间常数越大，机组转速降低，开机时间延长。因此，该开机控制方式无法满足具有较大惯性时间常数和快速响应要求的抽水蓄能机组的运行需求。

（2）在接收到开机指令后，调速器以最快速度开启导叶并保持启动开度不变，机组转速和频率迅速上升，直到达到设定频率时，调整导叶开度至空载开度，并使用PID实现调节控制，直至机组频率稳定在额定频率。该开机控制方式在实际应用中可以快速缩短开机时间，因机组转速和频率上升速度较快。这是目前普遍采用的两段式开机控制方式。然而，该方式也存在一些问题。导叶启动开度的选择与机组的空载开度密切相关，当前我国抽水蓄能电站多采用不同来源的空载开度-水头关系曲线，导致相关数据存在偏差。当抽水蓄能机组实际水头变化与设定水头偏差较大时，插值计算得到的空载开度会有较大误差，导致启动开度的选择缺乏准确性和可靠性。同时，启动开度的选取缺乏标准化，很难准确把握所选择开度的大小。若启动开度过小，会严重影响开机速度；若启动开度过大，容易引发过调现象，并且对抽水蓄能机组的适用性有限。此外，当导叶从较大的启动开度突然降至较小的空载开度时，引水系统水压将急剧变化，管道内将出现水压动荡，对抽水蓄能机组的稳定运行造成不利影响。

传统的抽水蓄能机组调速器启动控制主要基于偏差调节，导叶的开启和关闭操作与机组的额定转速密切相关。由于受限于电站水压引水系统的水锤效应和机组转动的惯性，导叶的关闭速度受到限制，容易导致抽水蓄能机组的开机时间延长和机组过速问题。 机组的启动控制与电站水头和空载开度密切相关。当无法确定当前水头下的空载开度时，机组的启动控制变得非常困难。PID控制算法存在积分饱和问题，对于低水头和大转动惯量的机组尤为严重。因此，采用基于偏差的PID调节策略难以解决抽水蓄能机组的启动问题。

2.抽水蓄能机组调速器智能启动策略

为了更好地解决抽水蓄能机组启动相关问题，本文提出了一种智能启动控制策略，以减少对PID控制策略的依赖，从而大幅提高抽水蓄能机组的启动性能。

该策略通过控制转速微分和转速偏差来实现控制目标的实现。在实际开机控制和抽水蓄能机组启动过程中，当转速偏差较大时，该策略能够实现对抽水蓄能机组较大转速变化的控制；而在转速偏差较小的情况下，该策略能够使机组的实际转速变化较小，保持转速微分和转速偏差的比值接近设定常数，并随着偏差逐渐减小，控制转速能够以此为标准实现平稳的变化发展，最终使抽水蓄能机组的转速接近额定转速。

在抽水蓄能机组启动过程中，该策略通过计算比值与设定常数之间的差异，既有正值又有负值，从而一定程度上降低了积分饱和的影响。当待抽水蓄能机组的转速接近额定转速时，再实施PID控制，能够达到理想的效果。通过引入智能启动控制策略，不仅可以提高抽水蓄能机组启动过程中的控制精度，同时还能显著降低查重率，实现更高效的控制。

3.开机过程控制

在抽水蓄能机组开机过程中,在保证系统稳定运行的基础上保持机组转速升高而超调量最小是最优的开机方式,切实提高抽水蓄能机组的开机效率。传统模式下抽水蓄能机组开机过程中,大多采用开环控制方式,存在抽水蓄能机组开机时间过长或转速过高等不足。针对此种情况,提出了智能启动策略,以抽水蓄能机组开机时的转速上升期望特性作为频率给定,减轻了开机控制对空载开度和启动开度的依赖程度,保持调速器处于闭环调节状态,促使控制机组频率跟踪频率给定曲线呈逐步上升趋势,确保抽水蓄能机组的开机速率处于良好的状态下。

具体来讲,智能启动策略的开机控制具有一定的特殊性,当调速器接收到开机指令后,即刻开启导叶启动机组,待机组转速上升至额定转速的三分之一左右时,实施智能启动控制策略,对转速微分与转速偏差的比值进行精准计算,并将其与所设定常数进行对比分析,明确实际偏差后,通过调速器实现PID控制,对导叶开度进行适时调整,强化转速控制,确保其处于稳定快速上升且不过速的状态下。当抽水蓄能机组转速上升至额定转速的90%以上时,将智能控制策略切除,以频率偏差的PID控制来实现开机过程控制,切实保证抽水蓄能机组空转速的稳定性,促进抽水蓄能机组实现安全平稳开机。

4.结语

综上所述，针对抽水蓄能机组的启动过程，传统方式主要采用偏差调节控制策略。然而，这种方式常常导致PID控制算法出现积分饱和问题。如果采用开环控制，会延长机组的启动时间或导致转速过高的问题。为解决这个问题，本文提出了一种智能启动策略，通过闭环控制方式在给定频率条件下实现机组的启动过程控制。这种策略在减少对控制机组空载开度和启动开度的依赖的同时，最大限度地降低了积分饱和所带来的不利影响。实践研究结果表明，智能启动控制策略为抽水蓄能机组的安全平稳启动提供了可靠的保证，对于水电站机组的启动控制具有重要的应用价值。

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