PID调节程序教程

1监控系统中LCU的PID调节实现2PID程序功能•监控系统对机组的控制主要有两大块功能，一是机组的顺控操作，主要以开停机为主。二就是机组的PID调节，即对机组有、无功出力进行控制。PID调节程序的功能就是机组并网后控制、调节机组的有、无功出力将其实发值保持在人为设定的要求范围之内。其功能本身又可分为三个部分。31、调节，即通过程序计算出的脉冲量输出来控制机组出力的升或降。•2、监视，即在平时机组运行时监视其出力是否在要求范围之内，如果超出及需对机组进行调节以恢复到设定值。•3、调节保护，即在调节过程中对机组的各项参数进行监视，防止机组在调节过程中出现异常，如果有问题出现就需作出相应的反映和报警。4PID调节原理•监控系统的PID调节是典型的工业闭环调节。一个传统的闭环控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。在监控系统中PID调节程序就是控制器，开出继电器接点就是输出接口，调速器或励磁装置是执行机构，机组是最终的被控系统。机组的有、无功为被控量，PT、CT为传感器，交流采集装置或交流量变送器为变送器，模拟量或通讯接口为输入接口最终将被控量的值送回PID调节程序。原理相同但在机组调节具体实现方法上有功调节和无功调节是完全不同的。51、有功调节•通过调速器实现，其原理是通过控制机组的导叶开度（也可能包括浆叶开度或喷针开度）来控制通过机组的水流量来控制机组的有功出力。其特点是调节速度较慢，各种不同机组的调节特性区别较大。62、无功调节•通过励磁装置实现，其原理为通过控制机组的励磁电流和电压来控制机组的无功出力。其特点是调节速度较快，各种不同机组的调节特性区别不大。7PID调节的要求•在监控系统中对程序的要求是在1～2分钟内，快速、平滑、安全地将机组的有功无功负荷调整到目标值、平时防止溜负荷现象。快速是指能较快的响应负荷设定，在较短时间内将实发值调到死区范围内，平滑主要是指负荷不要出现大的超调，造成负荷波动。安全即指调节中机组的各项参数都不能超出安全的范围。8PID调节算法•PID调节算法本身并不很复杂。这是一个典型的PID算法。••PID调节中有Kp、Ki、Kd三个主要参数，分别为比例项参数、积分项参数和微分项参数。•比例项参数Kp：在负荷调节中起主导作用，计算时根据设定值和实测值的差值乘以比例系数得出一个调节脉宽值.选择合适的比例项参数，能够实现快速调节到目标值，满足调节快速的要求。•积分项参数Ki：是为了消除进入稳态后的稳态误差而引入的参数，通常不使用（Ki=0）。•微分项参数Kd：为了克服调节中的惯性环节或滞后误差有可能出现超调振荡甚至失稳而引入的参数，可根据超调振荡的次数酌情选择，满足调节平滑的要求.计算时根据两次调节间实测值的差值乘以微分系数得出一个调节脉宽值。•最终的输出的调节脉宽即是这三者的和.9PID调节的保护及闭锁•PID的算法本身计算出脉宽控制负荷的调节,但并不能负责调节的安全,所以需要在算法程序的外围有相应的闭锁和保护程序,保证调节的安全.•其中闭锁和保护是两个不同的概念,程序的具体实现也是不同的.闭锁是指当某项电气条件达到闭锁限定值时,PID程序将相关的输出闭锁，禁止其输出，PID程序继续执行，一旦闭锁电气条件恢复正常值时，PID程序就自动解除其相关的输出闭锁，允许其输出。而PID保护是指边界条件达到保护限定值时，整个PID程序退出。直到有人为投入时再进行运行。10闭锁•定子电流•定子电流上限闭锁：闭锁有、无功增调节。防止机组过流从而引起机组过负荷温度过高。•转子电压转子电压上、下限闭锁：闭锁无功增、减调节。针对励磁装置闭锁。•转子电流转子电流上、下限闭锁：闭锁无功增、减调节。针对励磁装置闭锁。•定子电压定子电压下限闭锁：闭锁无功减调节。针对励磁装置闭锁。11保护•超时保护•负荷差保护•频率保护12保护•超时保护超时保护是指在经过长时间内PID调节未进入死区，PID调节退出。PID调节进入死区都应有一定的时间限制，调试正常的PID程序都应在1～2分钟内将负荷调进死区，一旦在过长的时间内仍未进入死区说明在某一环节出现问题，就需退出调节，进行人为干预处理。对于超时保护，我方程序一般有两种处理，上位机程序采用的是统计调节次数，当调节次数大于限定次数时就认为超时退出。LCU程序采用的统计调节时间，当时间大于限定时间时就认为超时退出。超时保护对有、无功调节都有效。13保护•负荷差保护负荷差保护是指在PID调节过程中负荷发生过大变化，PID调节退出。PID调节需满足平滑、安全的调节要求，因此调试正常的PID程序都不应出现负荷突变的现象，一旦负荷突变就说明在整个回路中某个环节出现问题，需要将程序退出运行。负荷差保护对有、无功调节都有效。14保护•频率保护率保护是指当频率高于一定限值时PID程序退出。正常情况下机组并在网上其频率应相当稳定，如果发生频率过高说明机组可能已脱离电网或电网自身有重大事故，这时需将PID调节退出。频率保护对有、无功调节都有效。15PID计算的参数•调节周期参数•调节死区值•调节PID参数•调节的保护及闭锁参数16调节周期参数•调节周期参数的设定是规定了有、无功调节的计算周期。一般有功调节周期为4～8秒。无功调节周期为2～4秒。当调节过慢时可适当缩短调节周期，相反当调节过快出现超调时可适当加长调节周期。17调节死区值•一般机组容量在50MW以下的设置为1MW，机组容量在50MW以上的设置为3MW，，机组容量在200MW以上的设置为5MW。18调节PID参数•PID计算中的Kp、Ki、Kd即比例项参数、积分项参数和微分项参数，在设定时因为采集方式、调节设备的不同没有一定的定值。需要根据现场的条件决定，大致的计算条件是算出的脉宽大部分在最大及最小脉宽之间，通过不停的调试最终满足PID调节要求的参数。通过调整比例系数来调整调节的快慢，调整比例、微分项参数来防止超调。积分项参数一般不用。19调节的保护及闭锁参数•PID调节程序有许多保护及闭锁环节，因此也需要设定各自的参数:1.定子电流上限闭锁：需现场用户给出。2.定子电压下限闭锁：需现场用户给出。3.转子电压上、下限闭锁：需现场用户给出。4.转子电流上、下限闭锁：需现场用户给出。5.超时保护：如是上位机调节，其次数是20次(NC2000)，不可调。如LCU调节，有功调节一般是2～3分钟。无功调节一般是1～2分钟，需与用户讨论。6.负荷差保护：一般采用满负荷的25%，需与用户讨论。7.频率保护：一般为51～52Hz，需与用户讨论。需特别注意的是频率测量容易飘动，因此这个保护必须有滤波处理。20调节的保护及闭锁参数8.最大脉宽：即一个调节周期中算出的调节脉宽的最大允许值，凡计算出大于最大脉宽的值按最大脉宽输出，此项设定的作用是防止计算的脉宽太大，调节过快。一般有功调节的最大脉宽为2秒，也可按调节周期的百分比计(30%~40%)算得出。一般无功调节的最大脉宽为1秒。此项参数也可用来进行对调节速度进行辅助控制，调节速度过快可将最大脉宽设小，反之将其设大。9.最小脉宽：即一个调节周期中算出的调节脉宽的最小允许值，凡计算出小于最小脉宽的值按最小脉宽输出，此项设定的作用是防止计算的脉宽太小，调节过慢，无法进入死区。一般调节的最小脉宽为50～200毫秒。10.设定值有效性范围：即对PID设定值进行合法性判断，其范围应是机组允许的最大、最小负荷。21外界条件对PID调节的影响•水头变化•不同机组类型的影响•双机单变式接线方式对无功调节的影响22水头变化•机组在不同的时期运行其水头高低会相应变化，一般丰水期水头较低，枯水期水头较高。对于低水头机组而言，水头变化率更大。在较高的水头下，有功调节的速率变快，容易造成超调，相反在较低的水头下有功调节容易过慢。现在在电厂一般会将水头信号引入调速器，由其控制不同水头条件下的调节速率问题，我方的PID程序相对影响较小。如果不是这样则需考虑在程序中设立两组PID参数来对应不同的情况，使用时由上位机发令选择。23不同机组类型的影响•水轮机的类型较多，不同的机械结构决定了它们有不同的调节特性，这主要是针对有功调节而言，无功调节区别并不是很大。24双机单变式接线方式对无功调节的影响•双机单变式接线方式是指两台机组挂在一个主变下方，两台机组间有一定的电气联系。如果B机投入了无功PID调节则这时就会将无功负荷往回拉，反过来又会影响正在升高无功的A机，最终结果是两机之间发生无功震荡，无法稳定。对于这种现象，单机的PID调节无法解决，问题出在励磁装置，解决的方法只有将励磁的调差系数调整好。25PID调节的注意事项•测值品质检查•假并网时必须退出PID调节•调节前需核对数据正确•初次调节参数设定•从小范围调节到满负荷调节26测值品质检查•PID调节的基础建立在信号采集正确上，因此测值的品质好坏判断很重要。监控系统对交流量的采集主要有两种方式，一是通过变送器由模拟量采集，它的品质判断有两点首先是模拟量通道状态判断，其次是测量值的合法性判断。第二种方式是通过通信由交流量采集装置采集，它的品质判断也有两点，一是通信本身是否正常，二是测量值的合法性判断。如果测值品质非法则PID调节也应退出。27假并网时必须退出PID调节•在现场作PID调节试验前肯定会作同期假并网试验，这个试验一般利用空载到发电流程，这时需注意的是如果流程中有开机自动带基荷功能就必须先将其闭锁。因为假并网时刀闸拉开，机组根本无法带负荷，如果投入PID调节就有可能将机组调至飞逸，十分危险。28调节前需核对数据正确•在并网后调节试验前电厂会手动带负荷测试调速器和励磁，这时监控需核对采集的电气量是否正确，方法是看我们的显示值和边上的励磁或其他设备上的测值是否一致，从而效验了PT、CT设值的正确性，还有一点需注意的是现场CT有可能方向接反，这样功率就正负颠倒了。29初次调节参数设定•当第一次调节时需将各项参数放到较安全的范围，例如将调节周期放长，比例系数放小，最大脉宽放短等,设参数时可先通过笔算计算出一个比例系数,将脉宽时间控制在最大和最小脉宽之间.30从小范围调节到满负荷调节•当PID试验进行时不能一次性进行满负荷调节，可按25%、50%、100%的方案逐步渐进，以保证调节试验的安全，并不停的调整各项参数。31单步调节与PID调节的切换•单步调节是指在上位机发令直接驱动调节继电器对机组负荷进行很小范围内调节，需注意的是因为单步调节直接驱动调节继电器所以它对正常运行的PID调节是互相干扰的,单步调节会将正常的PID调节平衡打破,而PID随后又会将单步调节造成的负荷变化调整到原来状态.所以单步调节与PID调节必须互相闭锁,在上位机上发单步调节令时必须判断正常PID调节退出•单步调节的实现应采用上位机发控制令,LCU执行流程的方式进行.单步调节直接驱动调节继电器必须为脉冲型输出.32通讯方式的PID调节•所谓通讯方式的PID调节是指PID计算不由监控系统进行,监控系统直接通过通讯的方式将有.无功设定值下给调速器或励磁装置,由它们直接进行闭环调节.•当使用通讯方式的PID调节的同时肯定也需实现传统方式的PID调节,因此在监控系统中需考虑两者之间闭锁方式和切换方法,尤其需注意两者切换时的负荷不能突变.