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案例详细
标题浅议水电厂调速器系统的现地、远方控制模式
技术领域
行业
简介本文针对水电厂调速器及监控系统的发展状况，根据作者的自动运行及维护经验，就目前水电厂调速器系统的现地远方控制模式做了简单的议论，从中总结出了水电厂调速器应该具备现地和远方控制方式。
内容
       随着现代微机化控制的普遍应用，水电厂调速器系统具备了更为强大的功能，其中包括和其他系统、尤其是和监控系统更为丰富的接口功能，主要指高可靠的通讯和硬接点接入。在此意义上，总结作者对调速器的认识和维护经验，提出调速器应该具备现地和远方控制模式。
        如大家所知道，一般调速器基本具备了自动调节模式和手动调节模式，在自动模式下又有频率调节、功率调节、开度调节及流量调节等。而现在本文所提出的现地调节和远方调节则是在此基础上更为宏观的一个控制模式分类，它强调了在机组并网后调节主动权的归属，从而尽量避免由于归属不清而引起的一些运行问题。下面就现地和远方调节模式的概念、意义等做一简单探讨。
一、现地和远方控制模式的分类：
       目前水电厂调速器由于采用了科技含量极高的PLC或类PLC作为核心控制部件，从而极大地丰富了调速器的各类功能。同时虽然各调速器在所用的机械部件、反馈量源、数学模型和算法等方面有所不同，但实现的基本功能或者说是对用户的界面都基本一样，比如电网频率、机组频率的采集，开停机流程，负反馈控制，界面显示内容，实现与监控通讯等等。
       但却并非各个调速器都具备了现地和远方控制方式的与分类及切换等有关的功能。
       其实在微机化监控系统已经进入水电厂而调速器还处在模拟电调的时代，就已经有了远方控制的痕迹，比如由监控发出有效的电平信号通过调速器来控制导叶的位置从而实现对功率的调节。而当调速器进入微机化控制时，监控系统则可以通过直接将需要调节的目标由通讯传给调速器，然后由调速器自动调节来实现控制功能。
         因此，作者认为目前调速器在机组并网后有如下控制方式：
1)       现地自动（PID）调节：在现地设定功率、开度或流量等控制目标值，由调速器按照自己的参数进行PID调节，调速器系统的模拟量作为反馈量。
2)       现地手动调节：在现地非PID调节手段，人为地进行增减操作而达到需要目标，调节效果与扫描周期、控制步长有关。
3)       远方通讯调节：由监控系统进行AGC运算后，通过通讯将功率、开度或流量等控制目标值传到调速器后由调速器进行自动PID调节来达到控制目的。
4)       远方PID调节：由监控系统做PID运算，靠开出继电器电平信号给调速器，监控系统的模拟量作为反馈量。一般做法将该信号和调速器手动控制按钮并联，也就意味着调节效果与扫描周期、控制开出步长有关。
          还有一种方式称为机械纯手动，是指完全脱离电气控制纯机械操作的一种模式，不在本文讨论的范围之内，本文仅就上述四种控制展开讨论。
在实际运行中，如果没有进行这四种控制类型的现地远方区分，势必造成一些运行中的问题。比如，当在现地进行50MW负荷的自动控制操作时，而监控通讯下达了60MW负荷的命令，则导致控制目标不一致、控制效果混乱的局面。或者由于切换到现地手动模式下时，将会由于现地PID退出调节而使远方自动调节失败。
         由此可见，进行现地和远方控制模式的划分是有必要的。
二、四种控制类型的优缺点比较：
        现对上节四种类型的控制方式进行比较，从而帮助我们确定在运行过程中如何进行正确有效的方式切换选择：
1.     现地自动（PID）调节：本方式优点是使用最优的PID参数进行调节，直观性强，缺点是需要一定的人力资源，同时调节受一定的人为因素影响比如输入错误等。
2.     现地手动调节：本方式无明显优点，适用于进行相关的调速器试验。
3.     远方通讯调节：本方式的优点是能保证水电厂自动发电控制，作业流程简单清晰，同时能利用调速器的PID参数达到好的调节性能。主要的缺点来自于对通讯质量的高要求。
4.     远方PID调节：本方式的优点是能保证水电厂自动发电控制，但由于采用监控系统的未经优化的PID参数进行调节，故不能达到很好的调节性能。
三、现地和远方控制模式的实现：
上述可知，进行现地和远方控制模式的划分是有必要的，其具体做法是：
1.       进行现地和远方控制模式分类，其中现地控制模式包括1、2类型控制，远方控制模式包括3、4类型控制；
2.       增加相应地操作功能，即现地控制和远方控制的切换功能。当切换至现地控制时，1、2调节方式可用而控制方式3的通讯值和4的电平值均无效，当切换至远方控制模式时，3、4调节方式可用而控制方式1的界面输入值和无效。该操作功能的引入或者说是进行现地和远方控制模式的划分，有效地避免了前面所提到的运行中可能会存在的一些问题。
但此时将引出一个问题：如果在远方控制模式下，进行远方PID的调节时，由于将监控传来的电平信号和按钮并联，就会导致，远方控制时，现地按钮调节也会起作用。这一点无疑会引起运行人员操作和认识上的混乱。因此更为合理的做法是，将监控的PID调节输入电平单独接至开关量通道，然后进行和现地按钮操作一样的处理算法，或者仅仅在参数选择上区别于现地按钮操作。则对四种控制类型大致说明如下：
1.     现地自动（PID）调节：由调速器按照自己的参数进行PID调节；
2.     现地手动调节：在现地的非PID调节手段，手动进行增减操作而达到需要目标；
3.     远方通讯调节：由监控系统进行AGC运算后，通过通讯将目标值传到调速器后由调速器进行自动PID调节来达到控制目的；
4.     远方PID调节：由监控系统做PID运算，靠开出继电器电平信号给调速器开关量通道进行调节。
四、现地和远方控制模式的切换：
        本章节不仅讨论现地和远方的切换，还将进一步讨论现地模式下1、2控制方式的切换，以及远方模式下3、4控制方式的切换。
        考虑要服从AGC控制，也就是保证监控系统自动发电控制的要求，当机组并网后应由调速器自动切入远方控制模式。
        对于监控系统，由于调速器系统PID参数是更适用于运行工况，故在远方模式下，我们应更倾向于首先使用远方通讯方式。这样一则保证AGC运行、简化流程，另则保证调节性能。
但由于存在通讯中断、现地功率变送器等反馈错误等故障，为保证AGC不退出运行，故建议将远方PID调节作为二级选用调节方式，在远方模式下，由故障自动或人为手动时切换至该方式，其中人工切换的操作功能应放在监控系统人机界面下。
        当监控系统中出现故障，比如功率采集出错时，此时远方PID调节由于无反馈信号而将自动切换至远方通讯模式，不能成功切换至通讯模式时，将自动切换至现地。也即说，现地控制为三级选用控制模式。
       现地的自动和手切换属于一般的调速器指标要求，不再做过多讨论。
因此，从上述来看，在现地人机界面上有以下几类切换：
l         并网后自动切换至远方模式；
l         人工进行远方/现地的切换
l         自动进行1、2类控制模式切换
l         手动进行1、2类控制模式切换
而监控系统则有以下几类切换：
l         自动进行3、4类控制模式切换
l         手动进行3、4类控制模式切换
l         自动进行远方/现地的切换
l         人工进行远方/现地的切换
五、需要补充的一些说明：
        针对上述观点，结合一些实际情况，本节将一些问题做简单的补充说明：
1.     远方PID控制类型的必要性：该控制方式就其性质而言，属于远方通讯控制方式的后备保护方式，即当远方通讯方式不能正常运行时，该控制方式投入，从而保证厂站AGC的正常运行。但考虑监控系统的性能、运算速度、连接等问题，如果不能充分保证监控系统性能和远方PID调节性能时，可以不设置该控制模式，也就是说，在远方模式下，仅仅意味着通过通讯进行负荷设定。
2.     现地和远方功率的变送器：由于调速器使用现地功率变送器作为反馈，监控使用远方功率变送器作为反馈，因此在进行变送器校验时，除了常规检查校验，还应进行两个变送器之间的误差校正，从而保证由远方PID切换至现地自动控制时无扰动。同时，如果处于远方通讯模式下时，当现地功率变送器故障，也将导致远方通讯模式不能投入，应切换至远方PID控制模式，因此，应将该故障信号通过通讯或硬接线传至监控系统。
3.     现地界面设定值：按照先前所述，当控制模式处于远方控制时，现地人机界面上的人工输入区应封琐，不能进行写入操作，同时其值应实时追踪实发值，一旦当模式切换至现地时，追踪值则变为给定值，保证了无扰动切换。
4.     开度、流量等控制模式的对应关系：由于AGC主要面向功率进行调节控制，因此在运行中监控系统要想输出开度、流量的控制值，不但要进行一定的公式计算，还要引入必要的量值如调速器当前所处的控制是功率、开度还是流量。因此，可以考虑监控系统只传送功率设定值或电平信号，由调速器进行相应的计算后转换成对应的开度和流量。这就要求比较完善的运行曲线。当然，不主张在远方模式下，对开度和流量模式切换进行限制。
以上就是作者对水电厂调速器系统的现地和远方控制模式的一点粗浅看法。鉴于作者水平有限，在上述观点中难免有遗漏和不足之处，望多指正。