【干货】扫描周期对于汽轮机控制系统的影响-北极星火力发电网

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目前，大型火电厂汽轮机控制系统普遍采用数字电液控制系统(简称“DEH”)来实现对汽轮机运行中的监测、调节与保护。DEH系统分专用型与通用型两种，其本质均为以计算机为基础的数字式控制系统，是一种离散控制系统。

离散控制系统对于输入信号采用固定间隔时间进行采样，具有以下几个方面的优点：(1)相对于模拟量控制系统提高了对输入信号的测量精度;(2)相对于大型的过程工业控制系统，数据通信采用数字格式，数字信号抗干扰能力要比模拟量信号强，提高了数据通信的可靠性;(3)相对于采用现场总线的控制系统，可以采用同一信道传送多路信号;(4)可以实现复杂的先进控制逻辑，控制系统的设计具有灵活性和易用性;(5)相对于模拟量控制系统可以减少由于输入信号带来的噪声，提高控制系统的可靠性。但这种控制系统也有以下缺点：(1)由于连续的模拟量转换为具有一定时间间隔的数字量，降低了系统的可靠性; (2)由于被控制系统本质上是连续系统，执行机构的动作方式也是连续的，数字控制系统的输出在对执行机构进行控制前需要转换为模拟量，在转换过程中会丢失部分信息;(3)在A/D和D/A转换过程以及程序执行过程中引入了时间滞后。

离散控制系统存在一个扫描周期，对于DEH系统来说，控制功能确定后，扫描周期的缩短就意味着控制器与数据通信总线负荷率的提高，而这是有明确规定的[1]。按照规程[2]的要求,控制器的处理周期应满足模拟量控制系统不大250ms，开关量控制系统不大于100ms，快速处理回路中，模拟量控制系统不大于125ms，开关量控制系统不大于50ms。这一控制周期对汽轮机的控制、尤其是保护回路的功能是有影响的，处理不好，会造成保护误动或拒动，后果可能十分严重。

1 汽轮机PLU功能介绍

部分汽轮机控制系统中，设置有功率-负荷不平衡(power-load imbalance，简称“PLU”)功能，其目的主要是防止汽轮机在突然甩负荷时发生超速，典型做法是：将再热器出口压力作为汽轮机的机械功率信号，将发电机电流作为汽轮机电功率信号，当汽轮机电功率瞬间减少(变化率大于某一定值)且汽轮机机械功率与电功率的差值大于某一设定值时，快关高、中压调门，达到快速减小机械功率的目的。

早期的PLU功能一般是通过专用卡件来实现，汽轮机电功率用发电机电流表征，扫描周期基本在10ms以内，应用多年很少见异常报道。但近几年部分新建或改造机组多倾向于采用将DEH与分散控制系统(简称“DCS”)一体化设计，而新的DEH系统可能缺少PLU功能的专用卡件，设计者只好通过软件逻辑回路来实现PLU功能，汽轮机电功率的表征方式也从发电机电流改为发电机功率[3]，这产生了两个方面的问题，一是功率变送器本身在输入信号快速变化时，输出信号会畸变的问题[4]; 二是因软件逻辑回路的扫描周期受控制器工作能力的制约无法设置过低(一般会设置为50ms以上，比如设置为100ms)，由此而造成的故障判断问题。在某些异常工况下，上述两个问题对PLU功能会产生严重的影响，本文在不考虑功率变送器造成的信号畸变情况下，重点讨论扫描周期对PLU功能的影响，。

2 扫描周期对PLU功能的影响

输电线路开关重合闸的现象时有发生，特别是在一些雷电多发地区。由于输电线路开关重合闸的时间一般在100ms以内，目前采用软件回路搭建的PLU控制回路扫描周期也在同一数量级。根据采样定理，采样频率至少应为信号测量频率的一半，并且功率变送器的测量时间常数也在100ms左右，因此对于电功率的采样就存在相当大的误差。而在PLU功能中，电功率的变化率被作为一个重要的判据来使用的，控制系统扫描周期不同，系统计算出来的变化率就会有差异，以电功率变送器测量值的变化率作为PLU功能的判据是否合适就值得深入讨论。

图1是PLU功能中电功率变化率测量仿真模块。按电功率变送器时间常数为100ms，采样系统以零阶保持模拟，按电功率先下降至0，100ms后重合闸成功，功率恢复，建立电功率测量回路模型。设电功率开始下降与采样时刻重合，分别以100ms,50ms,10ms的扫描周期对电功率信号变化率进行采样，所得仿真结果如图2、图3与图4所示。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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