專利名稱：一種現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于現(xiàn)場試驗的孤立電網(wǎng)仿真試驗方法，通過在線孤立電網(wǎng)仿真儀進行現(xiàn)場孤網(wǎng)試驗，為參與黑啟動的水電機組提供孤網(wǎng)運行時調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方案，保證水電機組頻率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和電カ設(shè)備的安全；另外，還涉及實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
孤網(wǎng)是孤立電網(wǎng)的簡稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。最大單機容量小于電網(wǎng)總?cè)萘康?%的電網(wǎng)，可以稱為大電網(wǎng)，而機網(wǎng)容量比大于8%的電網(wǎng)，統(tǒng)稱為小網(wǎng)，孤立運行的小網(wǎng)，則稱為孤網(wǎng)，孤網(wǎng)可分為以下幾種情況⑴網(wǎng)中有幾臺機組并列運行，單機與電網(wǎng)容量之比超過8%，稱為小網(wǎng)；⑵網(wǎng)中只有一臺機組供電，成為單機帶負荷； 用負荷帶廠用電，稱為孤島運行エ況，是單機帶負荷的ー種特例。 孤網(wǎng)運行最突出的特點，是由負荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，要求機組調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負荷變化的情況下自動保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。這就是通常所說的一次調(diào)頻功能，運行操作人員關(guān)注的不再是負荷調(diào)整，而是調(diào)整孤網(wǎng)頻率，使之基本維持在額定頻率。這種頻率的調(diào)整通過操縱機組調(diào)速系統(tǒng)的給定機構(gòu)來完成，稱為二次調(diào)頻。由于孤網(wǎng)容量較小，其中旋轉(zhuǎn)慣量儲存的動能和鍋爐群所具備的熱カ勢能均較小，要求機組調(diào)速系統(tǒng)具有更高的靈敏度、更小的遲緩率和更快的動態(tài)響應(yīng)。目前，電網(wǎng)中水電機組(水輪發(fā)電機組)的啟動輔助設(shè)備較少，自啟動能力強，機組啟動快，因此它是電網(wǎng)失電后作為黑啟動的首選電源，在無法依靠其它電網(wǎng)送電恢復(fù)的條件下，通過具有自啟動能力的水電機組帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)。同時水電機組也是常用的ー種機組調(diào)速系統(tǒng)，當水電機組啟動成功后會為局部電網(wǎng)供電，從而形成ー個孤立的小電網(wǎng)。如果孤網(wǎng)運行穩(wěn)定，則容易同主網(wǎng)并列，恢復(fù)正常供電，否則系統(tǒng)將會崩潰，造成大面積停電。因此，在實際操作中，電網(wǎng)管理部門會根據(jù)設(shè)備及線路檢修安排等，有計劃地進行水電機組黑啟動以及孤網(wǎng)穩(wěn)定運行試驗。然而，真實孤立電網(wǎng)運行的現(xiàn)場試驗，需要電網(wǎng)管理部門、電站、用戶共同參與，不僅耗費不少的人力物力，而且還經(jīng)常由于孤立電網(wǎng)エ業(yè)用戶的原因，出現(xiàn)孤立電網(wǎng)試驗條件無法滿足要求的情況。為了解決真實孤立電網(wǎng)運行的現(xiàn)場試驗中所出現(xiàn)的上述問題，現(xiàn)有采用建立數(shù)學(xué)模型的方法，具體而言，首先建立電廠引水系統(tǒng)、水輪機、發(fā)電機、調(diào)速器、孤立電網(wǎng)負荷等的數(shù)學(xué)模型，再通過仿真孤立電網(wǎng)的運行特性計算來判斷孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。但是，真實電廠中的各電カ設(shè)備與所對應(yīng)的各數(shù)學(xué)模型之間在運行參數(shù)等方面具有較大差別，而且，各電カ設(shè)備在運行期間還存在著不斷地改進，如果數(shù)學(xué)模型未經(jīng)及時修正，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計算獲得的結(jié)果與實際結(jié)果會有不小的偏差，因此，采用建立數(shù)學(xué)模型的方法無法準確評價孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，也不能替代真實孤立電網(wǎng)運行的現(xiàn)場試驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種省時省力、容易實現(xiàn)、可滿足孤立電網(wǎng)試驗條件要求、確保水電機組頻率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性、保障各電カ設(shè)備安全、可替代真實孤立電網(wǎng)運行現(xiàn)場試驗的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法。本發(fā)明的第二個目的在于提供一種實現(xiàn)上述方法的試驗系統(tǒng)。本發(fā)明的第一個目的通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)一種現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在于包括以下步驟⑴將水輪發(fā)電機組的主接力器行程、發(fā)電機機端輸出電壓及水輪發(fā)電機組的蝸殼壓カ分別接入水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)，水輪發(fā)電機組的輸出功率分別接入在線孤網(wǎng)仿真儀的有功輸入端及水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)，切換裝置的第一輸入端與在線孤網(wǎng)仿真儀的頻率輸出端連接，切換裝置的第二輸入端與水輪發(fā)電機組出口 PT端子 連接，切換裝置的輸出端分別連接現(xiàn)場調(diào)速器的頻率輸入端子、水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)；⑵啟動在線孤網(wǎng)仿真儀，設(shè)置仿真儀試驗參數(shù)，啟動待試驗的水輪發(fā)電機組，水輪發(fā)電機組同主網(wǎng)并列運行，待水輪發(fā)電機組所帶負荷穩(wěn)定后，將現(xiàn)場調(diào)速器頻率信號輸入切換由在線孤網(wǎng)仿真儀頻率輸出信號提供；⑶設(shè)定現(xiàn)場調(diào)速器不同的PID參數(shù)；⑷在線孤網(wǎng)仿真儀仿真孤網(wǎng)負荷變化，當負荷變化的階躍量為±10%時(負荷變化為水輪發(fā)電機組預(yù)定輸出功率的±10%)，錄制水輪發(fā)電機組的輸出功率、主接力器行程、發(fā)電機機端輸出電壓及在線孤網(wǎng)仿真儀頻率輸出信號的波形，獲得試驗結(jié)果數(shù)據(jù)；(5)從上述步驟(4)所得的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)中選出水輪發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和速動性較優(yōu)的ー組作為孤網(wǎng)運行參數(shù)。本發(fā)明是采用ー種基于“在線孤立電網(wǎng)仿真儀”(在線孤網(wǎng)仿真儀)的中間方法來代替真實孤立電網(wǎng)現(xiàn)場試驗。具體是采用在線孤網(wǎng)仿真儀模擬ー個孤網(wǎng)(或ー個地區(qū))的負荷變化，經(jīng)過計算發(fā)送出反映孤網(wǎng)頻率變化信號，然后這個被模擬的頻率信號送到機組調(diào)速系統(tǒng)，響應(yīng)頻率變化而進行負荷調(diào)節(jié)以保證孤網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。其中，機組調(diào)速系統(tǒng)包括水輪機控制設(shè)備和被控制對象水輪機、發(fā)電機、引水系統(tǒng)所組成的閉環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明可替代真實孤立電網(wǎng)運行現(xiàn)場試驗，而且省時省力、可滿足孤立電網(wǎng)試驗條件要求、確保水電機組頻率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性、保障各電カ設(shè)備安全；與現(xiàn)有建立數(shù)學(xué)模型的方法相比，能夠準確評價孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。其中，水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)是ー個現(xiàn)有的測試設(shè)備。作為本發(fā)明推薦的實施方式，在所述步驟(2)中，水輪發(fā)電機組所帶負荷穩(wěn)定是指負荷變化不超過水輪發(fā)電機組預(yù)定輸出功率的± 10%。作為本發(fā)明的一種改進，完成所述步驟(5)后，水輪發(fā)電機組在所述孤網(wǎng)運行參數(shù)下帶電廠廠用電和地區(qū)部分用戶負荷，通過啟停孤網(wǎng)的用電設(shè)備，驗證水輪發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。在本發(fā)明所述步驟(3)中，所述調(diào)速器PID參數(shù)包括永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp、比例増益Kp、積分增益Ki、微分增益Kd及人工頻率死區(qū)Ef。在本發(fā)明所述步驟(5)中，采用調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量及超調(diào)次數(shù)指標評價所述水輪發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和速動性。頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和速動性指標較優(yōu)是指調(diào)節(jié)時間TP短、超調(diào)次數(shù)少、超調(diào)量小及衰減速度快的那組試驗結(jié)果數(shù)據(jù)。在所述步驟(4)中，負荷變化由水輪發(fā)電機組輸出功率通過計算，發(fā)送出反映孤網(wǎng)頻率變化信號，近似計算額定頻率附近因功率變化而產(chǎn)生的頻率變化數(shù)學(xué)模犁為
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在于包括以下步驟 ⑴將水輪發(fā)電機組的主接力器行程、發(fā)電機機端輸出電壓及水輪發(fā)電機組的蝸殼壓カ分別接入水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)，水輪發(fā)電機組的輸出功率分別接入在線孤網(wǎng)仿真儀的有功輸入端及水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)，切換裝置的第一輸入端與在線孤網(wǎng)仿真儀的頻率輸出端連接，切換裝置的第二輸入端與水輪發(fā)電機組出ロ PT端子連接，切換裝置的輸出端分別連接現(xiàn)場調(diào)速器的頻率輸入端子、水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)； ⑵啟動在線孤網(wǎng)仿真儀，設(shè)置仿真儀試驗參數(shù)，啟動待試驗的水輪發(fā)電機組，水輪發(fā)電機組同主網(wǎng)并列運行，待水輪發(fā)電機組所帶負荷穩(wěn)定后，將現(xiàn)場調(diào)速器頻率信號輸入切換由在線孤網(wǎng)仿真儀頻率輸出信號提供； ⑶設(shè)定現(xiàn)場調(diào)速器不同的PID參數(shù)； ⑷在線孤網(wǎng)仿真儀仿真孤網(wǎng)負荷變化，當負荷變化的階躍量為±10%時，錄制水輪發(fā)電機組的輸出功率、主接力器行程、發(fā)電機機端輸出電壓及在線孤網(wǎng)仿真儀頻率輸出信號的波形，獲得試驗結(jié)果數(shù)據(jù)； (5)從上述步驟⑷所得的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)中選出水輪發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和速動性較優(yōu)的ー組作為孤網(wǎng)運行參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在于在所述步驟⑵中，水輪發(fā)電機組所帶負荷穩(wěn)定是指負荷變化不超過水輪發(fā)電機組預(yù)定輸出功率的±10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在于完成所述步驟(5)后，水輪發(fā)電機組在所述孤網(wǎng)運行參數(shù)下帶電廠廠用電和地區(qū)部分用戶負荷，通過啟停孤網(wǎng)的用電設(shè)備，驗證水輪發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在于在所述步驟⑶中，所述調(diào)速器PID參數(shù)包括永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp、比例増益Kp、積分增益Ki、微分増益Kd及人工頻率死區(qū)Ef。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在于在所述步驟(5)中，采用調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量及超調(diào)次數(shù)指標評價所述水輪發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和速動性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在干在所述步驟(4)中，負荷變化由水輪發(fā)電機組輸出功率通過計算，發(fā)送出反映孤網(wǎng)頻率變化信號，近似計算額定頻率附近因功率變化而產(chǎn)生頻率變化的數(shù)學(xué)模型為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，其特征在干在所述步驟(4)中，所獲得的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)至少為六組，即當負荷變化的階躍量為+10%時，獲得至少三組試驗結(jié)果數(shù)據(jù)；當負荷變化的階躍量為-10%時，獲得至少三組試驗結(jié)果數(shù)據(jù)。
8.ー種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法的試驗系統(tǒng)，其特征在于包括調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)、在線孤網(wǎng)仿真儀及切換裝置，水輪發(fā)電機組的主接力器行程、發(fā)電機機端輸出電壓及水輪發(fā)電機組的蝸殼壓カ分別接入水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)，水輪發(fā)電機組的輸出功率分別接入在線孤網(wǎng)仿真儀的有功輸入端及水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)，切換裝置的第一輸入端與在線孤網(wǎng)仿真儀的頻率輸出端連接，切換裝置的第二輸入端與水輪發(fā)電機組出口 PT端子連接，切換裝置的輸出端分別接入現(xiàn)場調(diào)速器的頻率輸入端子、水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)；在線孤網(wǎng)仿真儀模擬孤網(wǎng)的負荷變化，負荷的變化由水輪發(fā)電機組輸出功率通過計算，發(fā)送出反映孤網(wǎng)頻率變化信號，現(xiàn)場調(diào)速器接收該頻率變化信號后，響應(yīng)該頻率變化進行實際孤網(wǎng)的負荷調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于所述切換裝置是2通道無電聯(lián)系的切換開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場調(diào)速器采用非線性調(diào)速器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種現(xiàn)場孤網(wǎng)仿真試驗方法，包括以下步驟⑴將水輪發(fā)電機組主接力器行程、發(fā)電機機端輸出電壓、蝸殼壓力、機組頻率信號及功率分別接入水輪機調(diào)速器和機組同期測試系統(tǒng)；⑵水輪發(fā)電機組同主網(wǎng)并列運行，水輪發(fā)電機組所帶負荷穩(wěn)定，將現(xiàn)場調(diào)速器頻率信號輸入切換由在線孤網(wǎng)仿真儀頻率輸出信號提供；⑶設(shè)定現(xiàn)場調(diào)速器不同的PID參數(shù)；⑷在線孤網(wǎng)仿真儀仿真孤網(wǎng)負荷變化，當負荷變化階躍量為±10％時，錄制波形；⑸選出水輪發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和速動性較優(yōu)的一組作為孤網(wǎng)運行參數(shù)。還公開了實現(xiàn)上述方法的試驗系統(tǒng)。本發(fā)明可替代真實孤網(wǎng)運行現(xiàn)場試驗，省時省力、滿足孤網(wǎng)試驗條件、確保水電機組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性、保障各電力設(shè)備安全。
文檔編號G01R31/34GK102830352SQ20121026252
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者黃青松, 徐廣文, 李璽 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院