亭子口水電廠調速器參數優化及孤網應用

(嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 概述

亭子口水電廠為裝機容量4×275MW混流式機組，使用的是能事達公司MGC4000系列調速器，該套系統采用了高性能雙微機調節器作為控制核心，A套控制伺服電機，B套控制伺服比例閥的雙調節型調速器。調速器使用頻率模式、開度模式、功率模式三種控制方式，機組并網后采用功率模式或開度模式進行負荷調節，一次調頻功能長期投入運行。西南電網和華中電網異步聯網后，需通過全面優化西南網內水電機組調速器參數解決西南電網超低頻振蕩。根據相關技術要求，亭子口水電廠調速系統需要進行程序升級或改造后完成小網模式參數確認及孤網調節試驗。

2 參數優化方案

對照西南電網異步后對水電機組調速系統提出的13項技術要求，亭子口公司機組調速器現已具備功能具體如下：

(1)大網、孤網調節模式具有基本一致的調節框圖；

(2)大網模式根據“頻率偏差+延時”判據自動切換至孤網模式，并都具備手動切至孤網模式的功能；

(3)大網模式、孤網調節模式采用PID調節規律，死區、限幅、PID、bp等獨立配置；

(4)調速器具備自動和手動(包括遠方和就地方式)進行孤網模式切換的功能；

(5)大網模式可自動和手動方式切換至孤網模式運行；

(6)孤網模式不能自動返回大網模式；

(7)孤網模式不能接受上位機調節指令；

(8)調速系統可接受上位機模式切換指令；

(9)調速系統運行的模式(含開度模式、頻率模式、功率模式)狀態信號已送給監控系統；

(10)亭子口電站機組調速系統未增加一次調頻增強功能。

為了實現西南異步后對機組調速系統的技術要求，亭子口電廠需進行以下優化改造：

(1)調速器控制柜側新增“遠方切大網開度模式”、“遠方切小網開度模式”、“遠方切孤網模式”開關量輸入回路接線；新增“調速器小網開度模式”、“調速器孤網模式”開關量輸出信號送監控LCU；

(2)在PLC程序邏輯中將原“遠方切開度模式”修改為“遠方切大網開度模式”，修改輸入備用點定義“遠方切小網開度模式”，修改輸入備用點定義“遠方切孤網模式”并修改相關邏輯；

(3)修改調速器PLC“切開度模式”條件以及“大網開度模式”和“小網開度模式”、“孤網模式”切換邏輯，無論切“大網開度模式”還是切“小網開度模式”，調速器均為開度模式；“大網開度模式”運行時具備手動切至“小網開度模式”、手動切至“孤網模式”和自動切至“孤網模式”；“小網開度模式”運行時具備手動切至“大網開度模式”、手動切至“孤網模式”和自動切至“孤網模式”；“孤網模式”運行時必須手動切至“大網開度模式”或者手動切至“小網開度模式”；

(4)修改調速器PLC控制邏輯，在負載大網開度模式并且一次調頻投入時調用原開度模式PID，在負載小網開度模式并且一次調頻投入時只能調用小網開度模式PID，孤網模式運行時調用孤網PID。添加切頻率模式條件，當自動孤網模式運行切為手動或電手動運行，再次切回自動時，仍然維持孤網模式運行；

(5)修改監控大網開度、小網開度、孤網模式切換功能及邏輯，在上位機可進行各種狀態切換及調速器狀態判斷功能。

3 調速器參數及功能應用靜態試驗

在調速器現場改造完成后，需進行現場靜、動態試驗，檢驗參數及邏輯模式是否符合西南異步電網要求?！办o態”是指機組未啟動，蝸殼無水或靜壓，調速器液壓系統調試合格后的狀態。

3.1 頻率死區檢查校驗

(1)在調速器電氣柜端子上加50Hz穩定信號，模擬并網信號，手動接力器行程穩定于約50%附近，調速器模擬機組并網帶負荷工況，自動開度模式運行，人工頻率死區置為：E=±0.5Hz；

(2)使頻率給定發生階躍擾動，擾動量為±0.2Hz、±0.22Hz、±0.3Hz記錄接力器行程的變化過程以及調速器人工頻率死區設定值；

(3)接力器行程穩定于約20%附近，將人工頻率死區置為E=±0.05Hz，以0.01Hz步長將機頻由50Hz逐次降到49.8Hz，穩定后返回50Hz；然后再由50Hz逐次加到50.2Hz，穩定后返回。測出在設定頻率死區下導葉接力器的開度與頻率的關系，計算其實測值與誤差值。

導葉給定階躍

3.2 孤網頻率/開度調頻限幅檢查校驗

(1)在調速器電氣柜端子上加50Hz穩定信號，模擬并網信號，手動接力器行程穩定于約50%附近，調速器模擬機組并網帶負荷工況，自動開度模式運行(大網模式或小網模式)，人工頻率死區置為：E=±0.1Hz。

(2)使頻率給定發生階躍擾動，逐步增大擾動量直到調速器輸出限幅動作。

小網開度模式頻率無限幅

孤網模式頻率無限幅

3.3 模擬并網下自動切換孤網模式試驗

(1)調速系統模擬并網運行，調速系統大網、孤網參數按照正常參數設置，在調速器電氣柜端子上加50Hz穩定信號，自動開度/功率模式運行。根據調速系統孤網切換頻率設定值，設定信號發生器輸出頻率發生階躍擾動，若頻率擾動量超過切換頻率±0.5Hz，并持續足夠時間，調速系統將自動切換至孤網模式運行；

(2)增大頻率階躍量，重新進行階躍試驗，測試在孤網模式下的PID輸出調節特性；

大網切孤網模式無頻率限幅

(3)在監控上位機進行遠方切換操作：大網-小網-孤網-大網-孤網-大網-小網-大網，各切換操作流程正常、邏輯正確，在切換過程調速器無擾動運行。

監控側進行調速器狀態模式切換

4 調速器參數及功能應用動態試驗

“動態”是指機組并網帶負荷運行的發電狀態，動態頻率擾動在開度模式、功率模式及監控功率閉環調節模式等調節方式下進行。

4.1 25%額定出力下小網模式動態頻率擾動試驗

(1)機組穩定運行于25%額定出力，將調速器開度控制小網模式運行；

(2)確認機組穩定運行，各項安全措施均已到位的情況下，逐次改變調速器頻率給定值(或模擬機組頻率信號，下同)，變化過程為±0.1Hz、±0.2Hz、±0.25Hz；

(3)測試記錄每一次擾動過程，測試結束后，檢查數據的合理性。

4.2 調速系統穩定運行于小網模式參數下試驗

機組并網運行，帶不少于25%的額定負荷，待負荷穩定后，小網模式切孤網模式的切換頻率設置為50.2Hz和49.8Hz，切換延時設置為5s，設置孤網模式不自動返回小網模式。分別改變模擬機組頻率發生器輸出頻率，使機組根據不同的頻率變化量進入孤網模式調節，觀測并記錄頻率、接力器、功率等信號，測試功能是否正常。

小網切孤網運行

4.3 大網模式自動轉孤網模式下機組運行監視

機組并網運行，帶不少于25%的額定負荷，待負荷穩定后，大網模式切孤網模式的切換頻率設置為50.2Hz和49.8Hz，切換延時設置為5s，設置孤網模式不自動返回大網模式。分別改變模擬機組頻率發生器輸出頻率，使機組根據不同的頻率變化量進入孤網模式調節，觀測并記錄頻率、接力器、功率等信號，測試功能是否正常。

大網切孤網運行

4.4 機組運行過程甩負荷帶廠用電小網模式下自動轉孤網模式試驗

(1)機組帶25%(70MW)負荷左右穩定運行；機組設備無故障，調速器、油壓裝置等試驗設備正常工作；

(2)調速器建模和一次調頻試驗完成，參數設定正常；機組過速試驗、甩負荷試驗完成，各項參數在設計范圍內；機組各設備工作正常；孤網模式下死區的大小和孤網模式下的PID參數仿真已由主管電力調度部門確認；

(3)檢查500kV系統正常后進行與電網解列，5001開關跳閘后調速器由小網運行進入孤網模式運行，機組與電網分離帶廠用電Ⅱ段運行穩定(負荷正常在25MW)，觀測并記錄頻率、接力器位移等信號在此切換過程中的變化，驗證調節過程穩定運行；在甩負荷后2號機組帶廠用電Ⅱ段運行穩定，無異?，F象，調速器調節穩定。

甩負荷帶廠用電試驗

5 結語

根據國網西南網調安排，亭子口電廠積極快速完成4臺機組調速器參數優化及相關試驗；于2018年4月24至26日根據西南電網異步運行試驗要求，4臺機組調速器切換至小網開度模式運行，配合電網各項試驗。4月26日，隨著“錦蘇直流雙極200萬kW速降不切機試驗結束”，為期3d的西南電網異步運行試驗圓滿完成，在配合試驗過程中，亭子口電廠機組運行穩定未出現異?，F象。電網主體結構的調整對電廠的要求越來越高，要保證合格的電量供給需要不斷的進行設備穩定性研究并改進，渝西鄂背靠背柔直工程投產后仍可能存在低頻震蕩現象，電廠調速器參數的要求可能還需要進一步優化、調整，電廠側要及時跟進并進行設備優化，滿足電網安全要求。