同類型機組勵磁調(diào)節(jié)器PID參數(shù)設置探討

袁訓奎

（山東電力集團公司電力科學研究院，山東 濟南 250002）

0 引言

同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在保證機端電壓穩(wěn)定、控制機組無功功率分配、提高并聯(lián)機組運行穩(wěn)定性及改善電力系統(tǒng)運行條件等方面起著十分重要的作用。為保障機組的安全穩(wěn)定運行，必須合理整定勵磁調(diào)節(jié)器控制、保護、限制等環(huán)節(jié)的參數(shù)。勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，除應保證本機組勵磁系統(tǒng)具有良好的性能指標外，還應考慮與同類型機組的一致性。

1 勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)設置不當引發(fā)問題及處理

1.1 機組解列

石橫發(fā)電廠裝有四臺單元式300 MW無刷勵磁汽輪發(fā)電機組，四臺勵磁調(diào)節(jié)器為SAVR型微機勵磁調(diào)節(jié)器。變電站采用3/2接線，共8串10回，1、2、3、4 號發(fā)電機分別接在第 1、3、5、7 串。 2005年5月16日19：40，4號發(fā)電機組突然跳閘，G盤報“失磁”、“勵磁開關跳閘”、“發(fā)變組保護裝置報警”信號，汽機跳閘、鍋爐MFT。發(fā)變組保護A、B柜報“失磁保護III段”、“外部重啟動4跳閘”信號。AVR裝置A、B套發(fā)“欠勵限制”信號。故障前機組有功功率270 MW，無功功率92 MVAR，當時DCS記錄的波形如圖1所示。

圖1 石橫發(fā)電廠4號機組振蕩曲線圖

檢查發(fā)現(xiàn)：4號機組的有功、無功同時出現(xiàn)波動（圖1），且其變化趨勢與同一時段其他機組的變化趨勢大致相同，均呈下降趨勢，但4號機組無功下降趨勢更明顯，下降幅度也較大。

查看1～4號機組自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)發(fā)現(xiàn)：4號機組自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)明顯大于其他同類型機組的自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)。1～4號機組自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）PID參數(shù)設置如表1所示。

表1 1～4號機組勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）PID參數(shù)

從圖1以及調(diào)節(jié)器記錄的數(shù)據(jù)可知，在解列之前20 s內(nèi)，4臺機組的無功功率均緩慢下降，這是機組對網(wǎng)上富余無功的正常調(diào)節(jié)。當無功功率下降到一定程度時，4號機組有功功率發(fā)生振蕩，無功功率在1 s內(nèi)由12.6 Mvar降至-58.5 Mvar，調(diào)節(jié)器“欠勵限制”動作（根據(jù)勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制曲線及當時機組的有功功率（270 MW）計算欠勵動作無功值為-3.2 Mvar），發(fā)電機超越靜態(tài)穩(wěn)定運行極限進入失穩(wěn)狀態(tài)，失磁保護動作發(fā)電機解列。

引起發(fā)電機組振蕩的原因有以下幾種：

1）機組參數(shù)大幅波動。如主蒸汽壓力、溫度變動，調(diào)門大幅晃動。 查看4號機組參數(shù)曲線，參數(shù)變化很小，排除這方面的原因。

2）機組受到外界擾動的影響。盡管當時1、2、3號機組參數(shù)變化不大，但其變化趨勢與4號機組大致相同，這說明當時系統(tǒng)確實存在小的波動。

3）勵磁系統(tǒng)的問題。由表1可知，4號機組自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)明顯大于其他同類型機組的自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)，勵磁調(diào)節(jié)靈敏度遠高于其他機組。當網(wǎng)上電壓發(fā)生波動時，無功功率的波幅應明顯大于其他機組。

綜合以上分析，可以斷定，系統(tǒng)波動是機組振蕩的誘因，4號機組勵磁調(diào)節(jié)器PID參數(shù)較其他機組大使其承擔較大的調(diào)節(jié)任務，致使機組進入失穩(wěn)狀態(tài)，與系統(tǒng)解列。

修改4號機組自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)：

KP=200 H（24.7），KI=40 H（3.1），KD=400 H（1.0）

修改后重做勵磁調(diào)節(jié)器空載試驗后機組并網(wǎng)，未再出現(xiàn)異常情況。

1.2 個別機組大幅波動

德州發(fā)電廠裝有6臺機組，1～4號機組為300MW三機交流勵磁系統(tǒng)機組，5～6號機組為700 MW自并勵勵磁系統(tǒng)機組。其中 1、2、5號機組配有SAVR2000型微機勵磁調(diào)節(jié)器，3、4、6號機組配有RCS-9410型微機勵磁調(diào)節(jié)器。廠內(nèi)變電站設有220 kV和500 kV系統(tǒng)，二者之間經(jīng)聯(lián)絡變連接，500 kV系統(tǒng)經(jīng)黃濱Ⅰ、Ⅱ線接入華北電網(wǎng)。電廠1、2、3 號機接入 220 kV 系統(tǒng)，4、5、6 號機接入 500 kV系統(tǒng)。

2011年11月10日，山東電網(wǎng)500 kV黃濱Ⅰ、Ⅱ線送電期間，華德電廠運行的 1、2、3、4、6號機組無功負荷、發(fā)電機電壓及勵磁電流均有不同程度的波動，220 kV及500 kV電壓亦存在波動的現(xiàn)象，特別是1號機組波動很大，當時1號機組負荷302MW正常運行，發(fā)變組保護“自動勵磁調(diào)節(jié)器故障”、“欠勵限制”、“綜合限制”信號發(fā)出，無功功率由65 Mvar降至 -33Mvar后恢復62 Mvar，勵磁電流由91 A降至80 A后恢復90 A，發(fā)電機電壓由20.04 kV降至19.29 kV恢復至20.6 kV，1號發(fā)變組保護報警信號復歸正常。

波動發(fā)生后，技術人員進行了分析檢查。分析認為，黃濱Ⅰ、Ⅱ線送電期間，華德電廠運行的1、2、3、4、6號機組無功負荷、發(fā)電機電壓、勵磁電流、220 kV及500 kV電壓稍有波動應屬正常現(xiàn)象，隨后對PMU裝置記錄數(shù)據(jù)的查看也證明了此結(jié)論的正確性，但1號機組大幅波動屬不正常現(xiàn)象，隨后又對相關機組進行了檢查。發(fā)現(xiàn)1號機組自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)明顯大于其他同類型機組（2號機組）的自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)，勵磁調(diào)節(jié)靈敏度遠高于其他機組。當網(wǎng)上電壓發(fā)生波動時，無功功率的波幅應明顯大于其他機組。現(xiàn)場記錄的1、2號機組PID參數(shù)如表2所示。

表2 德州發(fā)電廠1、2號機組勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）PID參數(shù)

修改1號機組自動勵磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)：

KP=300（44.16），KI=80 H（7.36），KD=2 000 H（9.42）

重做勵磁調(diào)節(jié)器空載試驗及PSS試驗，未再出現(xiàn)異常情況。

2 結(jié)語

勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)整定合理與否嚴重影響發(fā)電機運行的安全和穩(wěn)定性，同類型機組勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)的設置應盡可能保持一致，否則，當受到外界干擾時，可能會引起發(fā)電機組的異常波動，甚至造成機組與系統(tǒng)的解列。