CN109340038B - 一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法 - Google Patents

Abstract

一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，对连续n个调速器控制程序执行周期的有功变化量进行阈值判断，快速准确的判断水轮机调速器的有功调节过程是否正常；对非正常的有功调节过程做出反应。控制程序包括；功测值缓变故障启动条件判定；连续n个程序执行周期的调速器有功变化量△P的阈值判断环节：根据设定参数计算n个程序执行周期的调速器有功变化量△P，然后判断△P是否在设定的阈值参数范围内，实现调速器有功调节过程判断的功能。该方法以机组安全稳定运行为原则，在水轮机调速器控制程序中增加有功测值缓变容错策略，避免由于机组有功测值故障而导致机组调节失去控制，机组有功大幅波动，威胁电网的安全。

Description

一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法

技术领域

本发明一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，属于水轮机调速器控制领域。

背景技术

负荷控制系统是水电站过程自动化控制核心功能之一，水轮机调速器是水力发电厂水轮机控制系统的核心设备，在调节水轮机机组频率、快速同步并网增减负荷等方面起着关键作用。巨型水轮发电机组单机容量巨大，距离负荷中心较远，其机组负荷调节失控，发生大幅波动不仅对机组本身造成较大的伤害，对于输电网的安全稳定也造成极大威胁，严重时可能导致系统低频振荡，甚至电网解列。目前水轮机调速器具备诸如，功率断线、断电，通道故障等，简单的有功故障判断逻辑，当调速器有功采集装置“死机”或者有功测值缓变时，调速器无法判断，存在着巨大的安全隐患。

发明内容

本发明提供一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，解决了调速器有功测值缓变或者有功采集装置“死机”等情况下调速器有功调节失控的问题，完善了水轮机调速器功率故障容错机制；对非正常的有功调节做出快速反应，稳定机组的负荷，以确保巨型水轮发电机组安全可靠的运行。

本发明采取的技术方案为：

一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，根据机组有功变化特征，对连续n个调速器控制程序执行周期的有功变化量进行阈值判断，快速准确的判断水轮机调速器的有功调节过程是否正常；对非正常的有功调节过程做出反应，稳定机组的负荷；

所述控制程序包括以下功能模块：

功能模块①、有功测值缓变故障启动条件判定：

确定有功缓变故障的启动条件是否满足，条件满足后启动调速器有功调节过程是否正常的判断功能；

功能模块②、连续n个程序执行周期的调速器有功变化量△P的阈值判断环节：

根据设定参数计算n个程序执行周期的调速器有功变化量△P，然后判断△P是否在设定的阈值参数范围内，实现调速器有功调节过程判断的功能；

功能模块③、输出延时滤波环节：

切换调速器的运行方式，稳定机组负荷。

本发明一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，包括调速器有功测值缓变故障判断，故障判定后调速器运行模式切换，稳定机组负荷，防止负荷大幅波动威胁电网安全。

该方法以机组安全稳定运行为原则，在水轮机调速器控制程序中增加有功测值缓变容错策略，避免由于机组有功测值故障而导致机组调节失去控制，机组有功大幅波动，威胁电网的安全，进一步完善了机组有功测值故障容错逻辑满足巨型水轮发电机组调速器对机组有功调节的安全性和可靠性要求。

附图说明

图1为本发明功能逻辑原理图。

具体实施方式

一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，根据机组有功变化特征，对连续n个(n为小于10的自然数，可以自定义)调速器控制程序执行周期的有功变化量进行阈值判断，快速准确的判断水轮机调速器的有功调节过程是否正常；对非正常的有功调节过程做出反应，稳定机组的负荷，以确保巨型水轮发电机组安全可靠的运行。

1、机组有功变化特征:

机组有功值在物理上为连续变化的模拟量，考虑到机组的机械特性，其变化特征具有一定的速率，一般按照行业标准DLT1245-2013《水轮机调节系统并网运行技术导则》规定，AGC负荷调节量不小于25％额定负荷时，调节过程中每分钟的平均负荷调节量(即负荷调节速率)应不小于50％额定负荷。以额定负荷700MW的大型水电机组为例，按照标准每分钟调节350MW负荷，即速率约为每秒6兆瓦(6MW/s)。因此其调节速率不可能突变，即在很短的时间间隔(一般为秒级)，发生很大的负荷(一般大于50MW)变化。

2、n为小于10的自然数:

第一，是躲开一部分系统冲击故障时导致的功率突变情况。因系统故障时，如直流闭锁等，系统内电流、电压突变量较大，造成功率突变的情况，该情况主要是电量变化造成的不是机组功率真实变化的反映，此时根据冲击大小合适的调整n的数值可躲开大部分类似功率突变情况，减少缓变故障误动作，提高判据可靠性。

第二，一般来说，大型水电机组为防止调速器频繁调节，耗损设备，调速器均设有功率死区，一般为0.2～0.3％Pn,以700MW机组为例，功率死区在1.4MW～2.1MW之间，因此应根据机组额定负荷调整判据中的n值，以躲开其功率死区范围，提高判据可靠性。

综合上述，设置了n参数变量，主要是为了提高判据可靠性，因上述情况一般来说n不宜设置过大，导致程序逻辑动作迟缓，n在10以内调整即可满足实际需要，从安全角度考虑为防止认人为误调参数过大，导致程序逻辑动作迟缓，设置n小于10。

3、周期的有功变化量:

该处为应为连续N个调速器控制程序执行周期的有功变化量，主要是指程序运行了N个周期，相邻两个周期之间的(时间间隔为程序扫描执行周期)机组功率的变化量△P，连续累加N-1次，可用公式表达为：

所述控制程序包括以下功能模块：

功能模块①、有功测值缓变故障启动条件判定：

确定有功缓变故障的启动条件是否满足，条件满足后启动调速器有功调节过程是否正常的判断功能。

功能模块②、连续n个程序执行周期的调速器有功变化量△P的阈值判断环节：

根据设定参数计算n个程序执行周期的调速器有功变化量△P，然后判断△P是否在设定的阈值参数范围内，可以实现调速器有功调节过程判断的功能。

功能模块③、输出延时滤波环节：

具备切换调速器的运行方式，稳定机组负荷，防止负荷大幅波动的功能。

一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，在调速器进行功率调节期间，功率在连续n个程序执行周期内，n为小于10的自然数，默认5；如果机组有功实采值的变化小于阈值，默认2％额定负荷；则判定有功采集装置故障，调速器切“开度模式”，保持当前功率不变，同时报警。

具体包括以下步骤：

步骤1：有功测值缓变故障启动条件判定：调速器程序对以下条件进行判断：调速器有功给定值与有功实测值之间的差值是否大于阈值0.5％P_N，如果大于，则启动调速器有功测值缓变故障的判断逻辑。

步骤2：连续n个程序执行周期的调速器有功变化量△P的阈值判断环节；计算当前有功采样值与上一个周期的有功采样值之间的差值是否小于阈值2％P_N，满足后接着进行下一次的比较计算，连续计算5个周期，如果5个周期均满足，同时导叶开度变化大于10％，机组处于并网态，调速器处于“远方”、“自动”控制方式，导叶侧无故障，功率给定通道无故障，那么可以判定调速器有功调节过程不正常。

步骤3：输出延时滤波环节:由上一步计算得出的结果，进行1.5秒的延时滤波防抖后，报出调速器功率反馈故障，同时发出切换至开度模式的命令。

表1#6机组调速器试验数据记录表

表2#1机组调速器试验数据记录表

表3#6机组不同有功给定步长调整机组负荷时下机组运行情况

表4#1机组不同有功给定步长调整机组负荷时下机组运行情况

本发明一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，利用表1～表4的现场试验数据，测试调速器有功缓变故障的容错策略。

1、实现了水轮机调速器有功缓变判断逻辑功能；

2、完成了水轮机调速器有功缓变故障后运行模式的切换策略，达到稳定机组负荷的目的；

3、经试验验证，调速器功率缓变故障涉及的各门槛参数整定合适，不影响机组正常负荷调整。

Claims (1)

1.一种基于连续斜坡变化阈值判断的功率缓变故障判断方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：有功测值缓变故障启动条件判定：调速器程序对以下条件进行判断：调速器有功给定值与有功实测值之间的差值是否大于阈值0.5%P_N，如果大于，则启动调速器有功测值缓变故障的判断逻辑；

步骤2：连续n个程序执行周期的调速器有功变化量△P的阈值判断环节；计算当前有功采样值与上一个周期的有功采样值之间的差值是否小于阈值2%P_N，满足后接着进行下一次的比较计算，连续计算5个周期，如果5个周期均满足，同时导叶开度变化大于10%，机组处于并网态，调速器处于“远方”、“自动”控制方式，导叶侧无故障，功率给定通道无故障，那么可以判定调速器有功调节过程不正常；

步骤3：输出延时滤波环节:由上一步计算得出的结果，进行1.5秒的延时滤波防抖后，报出调速器功率反馈故障，同时发出切换至开度模式的命令。