毛儿盖水电站调速系统小网及孤网模式试验研究

2019-05-31马晓光罗小晶

水电站机电技术 2019年5期

刘凯，马晓光，谢波，罗小晶

（1.四川省电力工业调整试验所，四川成都610000；2.中国电力科学研究院，北京100142；3.四川通能电力科技有限公司，四川成都610000）

1 概述

西南电网和华中电网异步联网后，西南电网负荷规模相当于华北-华中-西南同步电网的1/6，需通过全面优化西南网内水电机组调速器参数降低西南电网超低频振荡风险。根据相关要求，对异步联网后的西南电网主力水电机组提出了技术要求，调速系统需要在程序升级或改造后完成开度小网模式参数确认及调速器孤网调节试验。

毛儿盖水电站位于四川省阿坝州黑水河中游，装设3台单机容量140 MW的混流式水轮机发电机组，调速系统生产厂家为东方电机控制设备有限公司，系统改造后开度模式下具备大网参数、小网参数和孤网参数，各模式下参数独立配置。其控制系统结构如图1所示。

图1 控制系统结构

2 调速系统现场试验

现场试验详细测试了毛儿盖电厂3号机组开度小网模式、开度孤网模式各控制参数，开展了开度小网模式、开度孤网模式下的动态频率扰动测试和开度小网模式下的甩负荷试验等。调速系统小网模式和孤网模式均是基于开度反馈调节的。

2.1 控制参数校验

（1）开度小网模式比例环节校验

手动投入开度小网模式，调速器主要参数设置为Kp=5，Ki=0，Kd=0，ε=0.00 Hz，bp=0%。用频率发生器在机柜测频端子上加入正弦信号模拟机组转速，进行0.5 Hz的频率阶跃试验，使得小网开度模式PID前产生阶跃输入信号，如下页图2所示。

图2 开度小网模式比例环节校验

该值与设置值Kp=5基本一致。

（2）开度小网模式积分环节校验

手动投入开度小网模式，调速器主要参数设置为Kp=0，Ki=3，Kd=0，ε=0.00 Hz，bp=0%，用频率发生器在机柜测频端子上加入正弦信号模拟机组转速，进行0.25 Hz的频率阶跃试验，使得小网开度模式PID前产生阶跃输入信号，如图3所示。

图3 开度小网模式积分环节校验

该值与Ki设置值基本相同。

（3）开度小网模式永态转差系数校验

手动投入开度小网模式，调速器主要参数设置如下：Kp=8，Ki=5，Kd=0，ε=0.00 Hz，bp=4%，用频率发生器在机柜测频端子上加入正弦信号模拟机组转速，进行0.2 Hz的频率阶跃试验。录波结果见图4。

图4 开度小网模式永态转差系数校核（bp=4%）

实测结果与bp设置值基本相同。

2.2 远方及现地大网-小网-孤网切换校验

（1）现地实现控制模式切换

发电机并网运行在开度孤网模式。通过调速器柜屏实现控制模式切换，切换顺序为“A套开度大网模式-A套开度小网模式-A套开度孤网模式-A套开度小网模式-A套开度大网模式-A套开度孤网模式-A套开度大网模式-B套开度大网模式-B套开度小网模式-B套开度孤网模式-B套开度小网模式-B套开度大网模式-B套开度孤网模式-B套开度大网模式”，录波曲线如图5所示。现地调速器柜上可以将上述各模式进行切换，切换过程无异常扰动。

（2）监控实现控制模式切换

发电机并网运行在大网开度模式。通过调速器柜屏实现控制模式切换，切换顺序为“开度大网模式-开度小网模式-开度孤网模式-开度小网模式-开度大网模式-开度孤网模式-开度大网模式”，录波曲线如图6所示。

监控系统可以将上述各模式进行切换，切换过程无异常扰动。

图6 监控系统控制模式切换功能校核

2.3 调速系统大网-小网-孤网控制模式切换校验

（1）开度大网控制模式“频差+延时”自动切换校验

调速器孤网检测设置：当频率偏差超出0.5 Hz，延时0.5 s开度大网模式自动切入开度孤网模式，频率恢复后不自动返回开度大网模式。

发电机并网运行在大网开度模式，大网参数设置为Kp=8，Ki=6，Kd=0，bp=4%，ε=0.04 Hz，孤网参数设置为Kp=3.5，Ki=0.3，Kd=1，bp=1%，ε=0.5 Hz，无限幅，如图7所示，当频差达到0.5 Hz，延时0.52 s时，由开度大网模式自动切入开度孤网模式；当频率恢复为50 Hz后，开度孤网模式没有自动切回开度大网模式，机组在开度孤网模式下运行稳定。

（2）开度小网控制模式“频差+延时”自动切换校验

调速器孤网检测设置：当频率偏差超出0.5 Hz，延时0.5 s开度小网模式自动切入开度孤网模式，频率恢复后不自动返回开度小网模式。

发电机并网运行在开度小网模式，小网参数设置为Kp=4，Ki=0.7，Kd=0，bp=4%，ε=0.04 Hz，孤网参数设置为Kp=3.5，Ki=0.3，Kd=1，bp=1%，ε=0.5 Hz，无限幅，如图8所示，当频差达到0.5 Hz，延时0.51 s时，由开度小网模式自动切入开度孤网模式；当频率恢复为50 Hz后，开度孤网模式没有自动切回开度小网模式，机组在开度孤网模式下运行稳定。

图7 开度大网模式自动切入开度孤网模式且不自动退出孤网功能校核

图8 开度小网模式自动切入开度孤网模式不退出孤网功能校核

2.4 远方/现地孤网模式负荷调整试验

（1）监控系统调整负荷

发电机并网运行在开度孤网模式，通过监控系统增减调整负荷，录波数据如图9所示。

（2）现地手动调整负荷

发电机并网运行在孤网开度模式，通过调速器屏柜实现增减调整负荷，录波数据如图10所示。

2.5 机组动态试验

（1）开度小网模式频率扰动试验

发电机并网运行在开度小网模式，调速系统控制参数设置为Kp=4，Ki=0.7，Kd=0，ε=0.04 Hz，bp=4%。通过信号发生器给调节系统施加转速模拟信号，如图11所示，频率阶跃50-50.14-50 Hz，导叶开度变化量为5.03%，上升时间为85.1 s，调节时间为112.9 s，调速系统在小网参数下能够平稳、准确的进行频率调节。

图9 监控系统调整负荷

图10 调速器屏柜调整负荷

图11 频率阶跃50-50.14-50 Hz录波图

（2）开度孤网模式频率扰动试验

发电机并网运行在开度孤网模式，调速系统控制参数设置为Kp=3.5，Ki=0.3，Kd=1，ε=0.00 Hz，bp=1%，无限幅。通过信号发生器给调节系统施加转速模拟信号，如图12所示，频率阶跃50-50.15-50 Hz，调速系统在孤网参数下能够平稳的进行频率调节。

图12 频率阶跃50-50.15-50 Hz录波图

2.6 一次调频限幅校验

手动投入开度小网模式，通过信号发生器给调节系统施加转速模拟信号，调速器主要参数设置如下：Kp=4，Ki=0.7，Kd=0，ε=0.04 Hz，bp=4%，开度限幅为6%。频率阶跃量为0.24 Hz。录波结果见图13。

图13 开度小网模式一次调频限幅校核（0.24 Hz扰动）

在无限幅情况下，导叶在频率阶跃下的动作量为10%开度。根据录波结果可得，导叶实际动作量为6%。限幅有效且限制量正确。

2.7 甩25%Pn负荷及孤网自动切换试验

发电机带36 MW负荷运行在开度小网模式，小网参数设置为Kp=4，Ki=0.7，Kd=0，ε=0.04 Hz，bp=4%，孤网参数设置为Kp=3.5，Ki=0.3，Kd=1，bp=1%，ε=0.50 Hz，无限幅。跳开主变高压侧断路器，并且保证发电机出口断路器保持闭合，使其与电网断开后带厂用电运行。

由图14可知，调速器在频差大于0.5 Hz约0.51 s后切入开度孤网模式运行，机组频率在4.4 s后达到最大值53.09 Hz，之后逐步恢复到50.1 Hz。试验中，机组功率、频率无异常波动，PID输出和导叶开度动作正常，能够较好的恢复频率的稳定，机组孤网参数设置合理，在开度孤网模式下能够保持稳定运行。