亭子口水電廠調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化及孤網(wǎng)應(yīng)用

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)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(dá)公司MGC4000系列調(diào)速器，該套系統(tǒng)采用了高性能雙微機調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)型調(diào)速器。調(diào)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(wǎng)后采用功率模式或開度模式進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，一次調(diào)頻功能長期投入運行。西南電網(wǎng)和華中電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)后，需通過全面優(yōu)化西南網(wǎng)內(nèi)水電機組調(diào)速器參數(shù)解決西南電網(wǎng)超低頻振蕩。根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求，亭子口水電廠調(diào)速系統(tǒng)需要進(jìn)行程序升級或改造后完成小網(wǎng)模式參數(shù)確認(rèn)及孤網(wǎng)調(diào)節(jié)試驗。

2 參數(shù)優(yōu)化方案

對照西南電網(wǎng)異步后對水電機組調(diào)速系統(tǒng)提出的13項技術(shù)要求，亭子口公司機組調(diào)速器現(xiàn)已具備功能具體如下：

(1)大網(wǎng)、孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式具有基本一致的調(diào)節(jié)框圖；

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

(3)大網(wǎng)模式、孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律，死區(qū)、限幅、PID、bp等獨立配置；

(4)調(diào)速器具備自動和手動(包括遠(yuǎn)方和就地方式)進(jìn)行孤網(wǎng)模式切換的功能；

(5)大網(wǎng)模式可自動和手動方式切換至孤網(wǎng)模式運行；

(6)孤網(wǎng)模式不能自動返回大網(wǎng)模式；

(7)孤網(wǎng)模式不能接受上位機調(diào)節(jié)指令；

(8)調(diào)速系統(tǒng)可接受上位機模式切換指令；

(9)調(diào)速系統(tǒng)運行的模式(含開度模式、頻率模式、功率模式)狀態(tài)信號已送給監(jiān)控系統(tǒng)；

(10)亭子口電站機組調(diào)速系統(tǒng)未增加一次調(diào)頻增強功能。

為了實現(xiàn)西南異步后對機組調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)要求，亭子口電廠需進(jìn)行以下優(yōu)化改造：

(1)調(diào)速器控制柜側(cè)新增“遠(yuǎn)方切大網(wǎng)開度模式”、“遠(yuǎn)方切小網(wǎng)開度模式”、“遠(yuǎn)方切孤網(wǎng)模式”開關(guān)量輸入回路接線；新增“調(diào)速器小網(wǎng)開度模式”、“調(diào)速器孤網(wǎng)模式”開關(guān)量輸出信號送監(jiān)控LCU；

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

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

(4)修改調(diào)速器PLC控制邏輯，在負(fù)載大網(wǎng)開度模式并且一次調(diào)頻投入時調(diào)用原開度模式PID，在負(fù)載小網(wǎng)開度模式并且一次調(diào)頻投入時只能調(diào)用小網(wǎng)開度模式PID，孤網(wǎng)模式運行時調(diào)用孤網(wǎng)PID。添加切頻率模式條件，當(dāng)自動孤網(wǎng)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(wǎng)模式運行；

(5)修改監(jiān)控大網(wǎng)開度、小網(wǎng)開度、孤網(wǎng)模式切換功能及邏輯，在上位機可進(jìn)行各種狀態(tài)切換及調(diào)速器狀態(tài)判斷功能。

3 調(diào)速器參數(shù)及功能應(yīng)用靜態(tài)試驗

在調(diào)速器現(xiàn)場改造完成后，需進(jìn)行現(xiàn)場靜、動態(tài)試驗，檢驗參數(shù)及邏輯模式是否符合西南異步電網(wǎng)要求。“靜態(tài)”是指機組未啟動，蝸殼無水或靜壓，調(diào)速器液壓系統(tǒng)調(diào)試合格后的狀態(tài)。

3.1 頻率死區(qū)檢查校驗

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

(2)使頻率給定發(fā)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(diào)速器人工頻率死區(qū)設(shè)定值；

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

導(dǎo)葉給定階躍

3.2 孤網(wǎng)頻率/開度調(diào)頻限幅檢查校驗

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

(2)使頻率給定發(fā)生階躍擾動，逐步增大擾動量直到調(diào)速器輸出限幅動作。

小網(wǎng)開度模式頻率無限幅

孤網(wǎng)模式頻率無限幅

3.3 模擬并網(wǎng)下自動切換孤網(wǎng)模式試驗

(1)調(diào)速系統(tǒng)模擬并網(wǎng)運行，調(diào)速系統(tǒng)大網(wǎng)、孤網(wǎng)參數(shù)按照正常參數(shù)設(shè)置，在調(diào)速器電氣柜端子上加50Hz穩(wěn)定信號，自動開度/功率模式運行。根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)孤網(wǎng)切換頻率設(shè)定值，設(shè)定信號發(fā)生器輸出頻率發(fā)生階躍擾動，若頻率擾動量超過切換頻率±0.5Hz，并持續(xù)足夠時間，調(diào)速系統(tǒng)將自動切換至孤網(wǎng)模式運行；

(2)增大頻率階躍量，重新進(jìn)行階躍試驗，測試在孤網(wǎng)模式下的PID輸出調(diào)節(jié)特性；

大網(wǎng)切孤網(wǎng)模式無頻率限幅

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

監(jiān)控側(cè)進(jìn)行調(diào)速器狀態(tài)模式切換

4 調(diào)速器參數(shù)及功能應(yīng)用動態(tài)試驗

“動態(tài)”是指機組并網(wǎng)帶負(fù)荷運行的發(fā)電狀態(tài)，動態(tài)頻率擾動在開度模式、功率模式及監(jiān)控功率閉環(huán)調(diào)節(jié)模式等調(diào)節(jié)方式下進(jìn)行。

4.1 25%額定出力下小網(wǎng)模式動態(tài)頻率擾動試驗

(1)機組穩(wěn)定運行于25%額定出力，將調(diào)速器開度控制小網(wǎng)模式運行；

(2)確認(rèn)機組穩(wěn)定運行，各項安全措施均已到位的情況下，逐次改變調(diào)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(jié)束后，檢查數(shù)據(jù)的合理性。

4.2 調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運行于小網(wǎng)模式參數(shù)下試驗

機組并網(wǎng)運行，帶不少于25%的額定負(fù)荷，待負(fù)荷穩(wěn)定后，小網(wǎng)模式切孤網(wǎng)模式的切換頻率設(shè)置為50.2Hz和49.8Hz，切換延時設(shè)置為5s，設(shè)置孤網(wǎng)模式不自動返回小網(wǎng)模式。分別改變模擬機組頻率發(fā)生器輸出頻率，使機組根據(jù)不同的頻率變化量進(jìn)入孤網(wǎng)模式調(diào)節(jié)，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(wǎng)切孤網(wǎng)運行

4.3 大網(wǎng)模式自動轉(zhuǎn)孤網(wǎng)模式下機組運行監(jiān)視

機組并網(wǎng)運行，帶不少于25%的額定負(fù)荷，待負(fù)荷穩(wěn)定后，大網(wǎng)模式切孤網(wǎng)模式的切換頻率設(shè)置為50.2Hz和49.8Hz，切換延時設(shè)置為5s，設(shè)置孤網(wǎng)模式不自動返回大網(wǎng)模式。分別改變模擬機組頻率發(fā)生器輸出頻率，使機組根據(jù)不同的頻率變化量進(jìn)入孤網(wǎng)模式調(diào)節(jié)，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(wǎng)切孤網(wǎng)運行

4.4 機組運行過程甩負(fù)荷帶廠用電小網(wǎng)模式下自動轉(zhuǎn)孤網(wǎng)模式試驗

(1)機組帶25%(70MW)負(fù)荷左右穩(wěn)定運行；機組設(shè)備無故障，調(diào)速器、油壓裝置等試驗設(shè)備正常工作；

(2)調(diào)速器建模和一次調(diào)頻試驗完成，參數(shù)設(shè)定正常；機組過速試驗、甩負(fù)荷試驗完成，各項參數(shù)在設(shè)計范圍內(nèi)；機組各設(shè)備工作正常；孤網(wǎng)模式下死區(qū)的大小和孤網(wǎng)模式下的PID參數(shù)仿真已由主管電力調(diào)度部門確認(rèn)；

(3)檢查500kV系統(tǒng)正常后進(jìn)行與電網(wǎng)解列，5001開關(guān)跳閘后調(diào)速器由小網(wǎng)運行進(jìn)入孤網(wǎng)模式運行，機組與電網(wǎng)分離帶廠用電Ⅱ段運行穩(wěn)定(負(fù)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(diào)節(jié)過程穩(wěn)定運行；在甩負(fù)荷后2號機組帶廠用電Ⅱ段運行穩(wěn)定，無異?，F(xiàn)象，調(diào)速器調(diào)節(jié)穩(wěn)定。

甩負(fù)荷帶廠用電試驗

5 結(jié)語

根據(jù)國網(wǎng)西南網(wǎng)調(diào)安排，亭子口電廠積極快速完成4臺機組調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化及相關(guān)試驗；于2018年4月24至26日根據(jù)西南電網(wǎng)異步運行試驗要求，4臺機組調(diào)速器切換至小網(wǎng)開度模式運行，配合電網(wǎng)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(jié)束”，為期3d的西南電網(wǎng)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(wěn)定未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。電網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)的調(diào)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(jìn)行設(shè)備穩(wěn)定性研究并改進(jìn)，渝西鄂背靠背柔直工程投產(chǎn)后仍可能存在低頻震蕩現(xiàn)象，電廠調(diào)速器參數(shù)的要求可能還需要進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整，電廠側(cè)要及時跟進(jìn)并進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化，滿足電網(wǎng)安全要求。