飞云江珊溪水电厂一次调频试验及参数确定

师耀宏，刘保红

（1.浙江珊溪水力发电厂，浙江 文成 325304；2.浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江 温州 325300）

0 引言

珊溪水电厂位于浙江省温州市文成县境内的飞云江上，首台机组于2000 年6 月开始投产发电。 电厂安装4 台混流式水轮发电机组，总装机容量200 MW，年平均发电量3.55 亿kWh。 电厂出线由220 kV 电压等级接入华东电网，在华东电网中起调峰、调相和紧急事故备用等作用。 为保证电网以及发电机组的安全运行，提高电能供应的质量及电网频率的高峰控制水平，使其满足华东电网负荷和频率变化的要求，必须使发电机组的一次调频能力达到华东电网的满负荷要求。

珊溪水电厂原4 台机调速器均采用武汉事达电气有限公司生产的步进式可编程微机调速器，型号为BWT-100-STARS。经过多年的运行，该调速器因老化和磨损严重，故障率升高，耗油量较大，也不具备一次调频功能，已经不能满足电厂安全运行及华东电网的并网要求。 因此，从2009 年4 月开始，该电厂依次对3#、4#机组调速器进行了技术改造。改造后的调速器采用长江三峡能事达电气股份有限公司生产的伺服电机微机调速器， 型号为

DFWT-100-4.0-STARS。 DFWT-100-4.0-STARS

双可编程微机调速器是一种具有PID 调节规律的新型调节器，采用并联PID 适应式变参数、变结构调节方式，能够自动适应空载、大网、小网运行方式。 其电气部分以法国施奈德MODICON M340 控制器为主体，机械部分以伺服电机式无油电液转换器为主体， 系统采用DCS+PLC 控制方式，DCS 与PLC 间通过MODBUS 总线通信，双机间实现实时通讯，并实现无扰动切换。 系统与上位机之间通过实时通讯，实现信息和信号交换；系统具备完善的一次调频功能。 现以珊溪水电厂站3#机组为例，进行一次调频试验及结果分析。

1 珊溪水电厂机组一次调频功能及现场试验过程

1.1 机组一次调频功能

水轮发电机组的一次调频功能是指由PID 调节机组的频率与机组的功率来完成对电网负荷的扰动和频率偏差的响应。 在该过程中，一次调频主要是在动态过程中起频率调节作用的。

1.2 一次调频的工作原理

一次调频投入运行后，机组调速系统实时采集电网频率并自动改变频率死区Ef值(从0.1Hz 变为0.04Hz)和永态转差bp值(从2.5 变为4)。当电网频率与给定频率偏差值超过频率死区Ef值时，机组调速系统就会自动调节机组输出功率，对电网负荷扰动和频率偏差进行自动调节，上位机显示“机组一次调频执行”。 当电网频率与给定频率偏差值处于正常范围时，一次调频结束，同时上位机将显示“机组一次调频执行完成”。

1.3 试验过程

电网对机组调速系统一次调频的要求是指发电机组并人华东电网运行后，当电网频率出现超出频率死区的偏差时，频率和机组功率的自动调节及响应过程的要求。 实际上，在电站现场无法做一次调频试验， 因为水轮发电机组全部并入华东电网后，单机扰动对电网频率的作用很小。 所以，根据实际情况及相关规定，试验过程一般是：机组并入华东电网后，先做开环试验，在试验中假定电网频率为一定频率的阶跃变化(电网频率实际是动态连续变化的)，当实验的各项性能指标达到要求后，再做电网频率跟踪试验。 当电网频率出现偏差并超出频率死区时，记录一次调频响应过程，并检验一次调频动作及响应情况。

2 机组一次调频功能试验条件及注意事项

2.1 试验前应具备的条件

（1）各电厂向省调提出发电机组一次调频及其性能试验申请，省调批复表示同意。 （2）试验机组的所有相关设备工作正常，具备正常发电条件。 （3）由浙江省中试所、省调中心及电厂的有关部门共同讨论涉及电网安全运行的防护措施，确定试验方案实施时电网的运行方式及应急措施。 （4）机组一次调频回路参数已按要求进行设置。 （5）对试验仪器进行检查，确保仪器在检定周期内，信号正常，工作可靠。 （6）试验时段的电网频率应尽量保持在50 Hz，并且波动较小。

2.2 试验安全注意事项

（1）参加试验人员必须遵守《电业安全工作规程》。 （2）试验前，现场试验负责人应向参加试验的人员交代安全注意事项。 （3）参加现场试验的人员了解试验方案，明确试验的相关操作，密切配合，服从指挥。 （4）为了防止发生事故，应派专人监视机组运行情况，遇到异常情况，应立即停止试验，待原因查明并排除故障后，方可继续试验。 （5）在试验过程中，应随时同省调保持联系，严格执行调度命令。

3 主要试验项目及内容

3.1 模拟试验

3.1.1 试验条件

（1）试验机组退出，备用。 （2）试验机组蝶阀在全关位置，且蜗壳无压。 （3）试验机组调速器功能正常。 （4）试验机组模拟并网(机组开关位置信号短接)。 （5）试验机组调速器人工失灵区（频率死区）设定为0.05 Hz。 （6）设定试验机组调速器以一次调频方式投入。

3.1.2 试验方法

由调速器综合测试仪给调速器提供额定的机频输入信号，然后，以0.05 Hz 频差和20 s 时间间隔逐次升高和降低频率到50.2 Hz 和49.8 Hz。 在导叶接力器每次变化稳定后，用调速器综合测试仪记录该次信号频率值及相应的接力器行程，绘制频率升高或降低的频率与接力器行程关系曲线（如图1 所示），测定频率不灵敏区的特性曲线（如图2 所示）。

图1 频率调节与接力器行程特性曲线Fig.1 Feature curve of frequency adjustment and servomotor route

图2 调速器不动时间测量曲线Fig.2 Governor fixed time measuring curve

3.2 现场调频试验

3.2.1 试验条件

机组带40MW 负荷稳定运行（机组额定功率为50MW），调速器处于自动运行状态。

3.2.2 试验方法

（1）机组带80%额定负荷，退出监控系统有功自动调节。 调速器频率人工失灵区设定为0.05 Hz，改变调速器的频率给定值为50.05 Hz、50.1 Hz 和49.95 Hz、49.9 Hz。 用调速器综合测试仪记录频率给定改变前后的机组频率、接力器行程变化过程曲线、机组出力。

（2）机组带80%额定负荷，投入监控系统有功自动调节。 调速器频率人工失灵区设定为0.05 Hz，改变调速器的频率给定值为50.1 Hz 和49.9 Hz。 用调速器综合测试仪记录频率给定改变前后的机组频率、接力器行程变化过程曲线、机组出力。

3.2.3 试验结果

试验结果如表1 所示。

4 试验相关数据及结论

4.1 试验相关数据

试验相关数据如表2 所示。

表1 机组一次调频功能现场试验结果Table 1 Field test result of unit frequency at one time

表2 试验相关数据Table 2 Test related data

4.2 试验结论

（1）以上机组调速器参数具有较好的一次调频性能。 （2）调速器不动时间测量结果为0.14 s，小于国家标准0.2 s。 （3）在频率变化值小于频率死区时，调速器不进行调节；在频率变化值大于人工死区时，调速器进行调节。 （4）接力器调节响应滞后时间为3 s 左右，接力器全程调节时间小于40 s。（5）监控系统有功功率闭环对机组一次调频有拉回作用。 一次调频投入后，监控系统有功功率自动调节策略还需优化。 （6）3#机组具有一次调频能力，具备投入一次调频的功能条件。

5 结语

根据实验结果，珊溪水电厂3#机组满足现代水电厂和电力系统的发展要求，缓解了华东电网对水轮机调速器的性能及功能的严格要求。 在完善和广泛应用了数字式(微机)电液调速器的同时，水电厂自动发电控制系统(AGC)及电网能量管理系统(EMS)也已日趋成熟，并进入了实用化的阶段。 在现代电力系统中，区域电网容量迅速增大，区域电网间联网并要求进行交换功率控制，大中型和多数小型水轮发电机组的主要运行方式是并入大的区域电网运行。 在这种运行方式下，电网的负荷频率控制(LFC)是通过电网AGC 系统和电厂AGC 系统来控制水电机组的水轮机调速器及火电机组的调速系统来实现的。 当3#机组并入华东电网运行时，水轮机调速器实现了华东电网一次调频。 其试验结果符合国家标准的规定，可以投入实际应用。

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