淺析亭子口水電廠調速器的調節模式優化

韓歡

嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司 四川蒼溪 628400

1 概述

亭子口水電廠調速器由長江三峽能事達電氣股份有限公司生產制造，型號為：MGC4004PS-D150/63，主配壓閥直徑：150mm，主配壓閥行程：±15mm，工作壓力：6.3MPa，屬于單調節型（伺服電機+比例閥）調速器。調速器原調節模式為“功率模式”、“開度模式”、“頻率模式”三種，主要運行在“功率模式”控制模式下。渝鄂背靠背柔直工程投產后，因同步電網電源結構以及電網規模產生比較大的變化，西南電網所面臨的風險主要為超低頻頻率振蕩風險。水電機組的水錘效應及調速系統參數的不適應是導致發生振蕩的根本原因。根據評審會紀要相關建議，明確亭子口4 臺機組調速系統需進行技術優化。調速系統優化工作結束后，調速器以“開度模式”為主要調節模式運行并且原“開度模式”將變換為“大網開度模式”、“小網開度模式”、“孤網模式”，根據西南電網運行方式的變化而在此三種模式中切換，從而更好的適應了西南電網運行要求[1]。

2 亭子口電廠滿足的技術條件和優化

2.1 亭子口水電廠機組調速器已具備功能

按照《西南電網水電機組調速系統參數調整方案評審會紀要》中所提出的十三項技術要求，亭子口水電廠機組調速器需要具備的功能為：大網以及孤網調節模式需要保證有基本向相同的調節框圖。大網模式主要按照”頻率偏差+延時”來對自動切換到孤網模式及進行判斷，同時還具有手動切換到孤網模式的作用。大網模式和孤網調節模式主要使用的是PID 調節規律。調速器有自動和手動兩種方式對孤網模式進行切換。大網模式能夠使用自動和手動的方式切換到孤網模式進行運行。孤網模式不具備自動返回大網模式。孤網模式可以對上位機調節指令進行接受。調速系統可以對上位機切換指令進行接受。調速系統在運行中的模式（主要有開度模式以及頻率模式和功率模式）狀態信號已經輸送到監控系統。

2.1 亭子口水電廠調速器技術優化

2.1.1 硬件優化

（1）開關量輸入：將原“切至開度模式”定義為“遠方切大網開度模式”；新加“遠方切小網開度模式”定義。

（2）開關量輸出：將原“開度模式“定義為“大網開度模式”；新加“小網開度模式”、“孤網模式”定義。

2.1.2 程序邏輯優化

（1）在“d_i”子程序中將原“遠方切開度模式”點定義為“遠方切大網開度模式”點，增加“遠方切小網開度模式”點。

（2）在“hmi_in”子程序中將原“現地切開度模式”點定義為“現地切大網開度模式”點；增加“現地切小網開度模式”點。

（3）在“mode”子程序中修改“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。不管是切換到“大網開度模式”還是切換到“小網開度模式”，調速器都是開度模式；“大網開度模式”在運行中，具有手動切換到“小網開度模式”、“孤網模式”和自動切至“孤網模式”的功能；“小網開度模式”在運行中具有手動切換到“大網開度模式”、“孤網模式”和自動切至“孤網模式”的功能；“孤網模式”在運行的那個中需要手動將其切換到“大網開度模式”或者手動切至“小網開度模式”的功能[2]。

（4）在“pid_prepare”子程序中添加了“小網開度模式PID”Bp、Kp、Ki、Kd 地址“大網開度模式頻率死區”地址，“小網開度模式頻率死區”地址。對于負載大網開度模式同時一次調頻沒有投入時對原開度模式PID 進行調用，對于負載小網開度模式同時一次調頻沒有投入時對小網開度模式PID 進行調用，孤網模式在運行中對原有的孤網PID 進行調用。

（5）在“mode”子程序當中進行且頻率模式的增添，在自動孤網模式運行中將其切換為手動或者電手動的模式運行，同時再切回自動模式時，還是能夠保持孤網模式運行。

（6）在“d_o”子程序中重新定義了“大網開度模式”，“小網開度模式”，“孤網模式”點。

（7）在“him_out”子程序中重新定義了“大網開度模式”，“小網開度模式”點。

2.1.3 觸摸屏程序優化

（1）主頁界面：調速器運行模式中將原“開度模式”定義為“大網開度模式” 地址，增加“小網開度模式”地址、“孤網模式”地址。

（2）給定設置界面：調速器模式切換中將原“切開度模式”地址定義為“切大網開度模式”地址，增加“切小網開度模式”地址、“大網開度模式頻率死區”地址、“小網開度模式頻率死區”地址。

3 調速系統現場優化改造后調速器工作模式介紹

3.1 各開度模式適用范圍

大網開度模式，適用于西南-華中交流聯網。在西南—華中交流聯網時，機組調速系統在正常并網時自動選用基于開度調節的大網模式。小網開度模式，適用于西南-華中直流聯網。在西南—華中直流聯網時，機組調速系統在正常并網時自動選用基于開度調節的小網模式。孤網模式，適用于機組帶小地區運行。

3.2 開度模式的相互切換

亭子口調速器系統技術優化后，由于調速器調節模式發生了變化，機組調速器調節模式切換也相應的發生了變化。具體如下：

機組開機在空載狀態時，調速器調節模式為“頻率模式”。

機組并網后，根據監控設定調速器調節模式切換為“大網開度模式”、“小網開度模式”以及“功率模式”三種模式中的一種。

機組調速器調節模式為大網或者小網開度模式時，若頻差超過±0.5Hz，調速器控制模式將會延時一秒鐘，自動切換至孤網模式。而孤網模式不能自動切換至大網或小網開度模式運行。運行人員根據調令可以通過監控系統或者調速器電調柜將調速器控制模式在功率模式、大網開度模式、小網開度模式及孤網模式之間手動切換。

機組調速器調節模式為功率模式時，若功率差超過規定值，則自動切換至大網開度模式或者小網開度模式。大網開度模式或者小網開度模式不能自動切換為功率模式，但可以人工切換為功率模式。根據西南電網規定，亭子口水電廠機組并網后調速器調節模式為大網開度模式（西南—華中交流聯網）或者小網開度模式（西南—華中直流聯網），功率模式未被使用[3]。

機組并網狀態下發生發電機出口斷路器分閘（事故跳閘或正常停機解列），此時機組調節模式自動變為“頻率模式”。

機組調速器調節模式切換后，調速器參數隨之發生相應改變。調速器調節模式的相互切換如圖1 所示。

圖1 調速器調節模式切換圖

4 結語

經過調速系統技術優化，相關參數發生了變化，亭子口水電廠調速器調節模式變換為大網開度模式、小網開度模式、孤網模式、功率模式及頻率模式[4]。滿足了西南電網同步運行的要求。亭子口水電廠機組并網后調速器調節模式主要運行在大網開度模式（西南華中交流聯網）或小網開度模式（西南華中直流聯網），當系統發生故障，頻差超過±0.5Hz 時，調速器延時一秒鐘自動切換至孤網模式運行。機組解列后，機組調節模式自動切換為頻率模式。在調速器的調節模式中，功率模式、大網開度模式、小網開度模式以及孤網模式可以通過人工方式相互切換，同時也會響應AGC 下發的負荷調整指令[5-6]。