水轮机调速器和电网一次调频
水轮机调节系统一次调频特性仿真1
水轮机调节系统一次调频特性仿真魏守平一.水轮机调节系统机组一次调频特性电力系统运行的主要任务之一,是控制电网频率在50Hz附近的一个允许范围内。
电网频率偏离额定值50Hz的原因是能源侧(水电、火电、核电……)的供电功率与负荷侧的用电功率之间的平衡被破坏而引起的。
负荷的用电功率是经常在变化的,因此,电网的频率控制的实质是:根据电网频率偏离50Hz的方向和数值,实时在线地通过水电和火电发电机组的调节系统和电网自动发电控制系统(AGC),调节能源侧的供电功率以适应负荷侧的用电功率的变化,达到电网发电与用电的功率平衡,从而使电网频率恢复到50Hz附近的一个允许范围内。
电网频率控制的手段有:一次调频、二次调频、高频切机、自动低频减负载和机组低频自启动等,其中一次调频和二次调频与水轮机控制系统有着密切的关系。
我们所说的“水轮机调节系统机组一次调频特性”是指,水轮机调节系统的被控制系统并入大电网运行,当大电网频率变化超过微机调速器设定的频率(转速)死区时,水轮机调节系统进行自动调节的动态特性。
通过水轮发电机组调节系统的自身负荷-频率静态和动态特性对电网的控制,通常称之为一次调频,调速器的输入量是电网频率f n,一次调频是由水轮机调速器的电网频率f n和机组功率P的静态特性f n=f(P)和调速器PID调节特性来实现的;完成电网二次调频的电网AGC 系统,则是从电网的宏观控制上、经济运行及电网交换功率控制等因素上,向有关水电和火电机组调速系统下达相应机组的目标(计划)功率值P c,从而实现电网范围内的功率/频率控制(LFC),调速器的输入量是被控机组功率设定值P c。
对接力器运动过程中起到速率限制的接力器开启时间T g和接力器关闭时间T f、对接力器运动过程中起到极端位置限制的接力器完全开启位置(y=1.0)和接力器完全关闭位置(y=0)等,是接力器运动过程中的主要非线性因素。
如果按照水轮机调节系统运行和试验中的动态过程中,接力器运动是否进入了上述接力器的非线性区域,来划分水轮机调节系统动态过程特征,我们可以将水轮机调节系统运行和试验中的动态过程划分为大波动(大扰动)和小波动(小扰动)动态过程。
水轮发电机组一次调频试验及控制策略
水轮发电机组一次调频试验及控制策略【摘要】本文介绍了水轮发电机组的一次调频试验方案及控制策略,分析了影响一次调频效果的相关因素。
【关键词】调速系统,频差,一次调频1、引言机组并入电网运行,各机组发出的有功功率与系统负荷相等。
当电网所需负荷发生变动,而各机组负荷不变,电网变化的负荷将引起电网内机组转速的变化,即电网的频率将发生改变。
当电网负荷变化超过一定范围,电网频率偏差值将大于机组一次调频死区,电网中投入一次调频功能的机组将动作,以减小电网频率偏差。
2、机组一次调频的必要性发电机组一次调频功能对电网供电质量和安全稳定运行起着至关重要的作用。
一次调频动作正确与否,对机组本身而言,只是承担了系统部分变化的负荷。
而对整个电网系统而言,却是维护系统频率稳定的重要手段。
3、水轮发电机组一次调频试验方案水轮发电机组调速系统性能的好坏主要考察调速系统的稳定性和调节动作的准确性。
稳定性是调速系统工作的基础,在机组空载及发电状态下,调速系统能保持相对稳定,机组频率或功率才能维持在一定的范围内而无波动或震荡。
调节动作的准确性则是考察调速系统在接受增减命令或频率发生变化时,调速系统能迅速而准确的达到调节目标值。
调节过程允许存在波动,但调节时间和目标值必须满足要求。
一次调频试验就是为了验证调速系统的调节性能。
3.1一次调频试验仪器一次调频试验的主要试验仪器为一台调速器测试仪器、一台装有测试软件的电脑及一些信号连接线。
调速测试仪应具备模拟量及开关量采集模块,并能输出50Hz频率,精度达到0.001Hz。
测试软件能采集录制导叶开度、机组功率及一次调频动作信号曲线,并能精确测量一次调频响应滞后时间。
3.2接线及信号处理调速器功率信号、开度信号接入调速器测试仪器的模拟量输入端子,一次调频动作信号接入仪器的开关量输入端子,仪器频率输出50Hz信号经过空开接入调速器残压输入端,空开处于断开状态。
待机组开机至发电态,解开机组原残压接线,合上空开。
水轮机调节及频率调整概述
bp
•
A
1.0
y
Page 8
频率给定 f c :根据运行要求设定的系统频率。 开度/功率给定 y c p c :对应于频率给定的开度及功率。 人工开度/功率死区:不起调节作用的开度及功率区间。
微机调速器进入稳定状态的必要条件:
f c f g 50 b p ( y c y ) f c f n 50 e p ( p c p )
Page 15
当系统负荷发生变化时,各机组根据自身的速度变动率,自动分配 系统的负荷变化,分配的多少与速度变动率成反比。 在二次调频中,一般选用速度变动率较小,容量大的机组或电站利 用调速器的频率调整机构,联合调节。这要求做此种功能的机组调节性 能要好,调速器动作灵敏。
Page 16
其实,对于比例-积分-微分环节的调节机理我们在对水轮机进行 手动调节时已经形象地反映出来了。例如:机组频率为51HZ和 54HZ均大于50HZ,但针对前者,关闭导叶的幅度要小一点,慢 一点;对于后者,幅度要大一点,快一点。这就是比例环节的 体现。 当机组频率接近额定值时,应当密切观察频率偏差, 缓慢、微量地开启或关闭导叶,直至机频恢复正常范围。 类似 于积分环节。 当机频由54HZ以较快速度下降到51HZ时,虽然仍 大于50HZ,但此时不应继续关闭导叶,可能还需要使导叶稍微 开启一点,这是针对水流惯性和机组惯性而采取的超前调节原 则,对应于PID环节中的微分环节。
Page 11
频率是衡量电能质量的指标之一,频率质量的下降不仅影响用户 的用电质量,同时对电力系统的影响也很大,严重时可造成系统瓦解。 当机组并入大电网运行时,水轮机调速器主要起到电网一次调频 的频率调节器和电网二次调频及电网负荷频率控制的功率控制器的作 用。所以,原来所说的水轮机调节系统的功能有了增加和扩展:在完 成水轮机频率调节任务的同时,还与电网AGC系统和电厂AGC系统相接 口,具有一些与电网控制有关的附加功能。 电网的一次调频是针对偏离了系统额定频率50HZ的频率偏差,按 功率永态差值系数(速度变动率)ep对机组进行功率控制,由于该系 数的存在,也决定了该调节是一个有差调节,因而由各机组共同完成 的一次调频不可能完全弥补电网的功率差值,从而也不可能使电网频 率恢复到允许范围。 为了进行电网负荷频率控制,使电网的功率差值得到弥补,恢复 电网频率,就必须进行电网的二次调频,控制机组的目标功率值,改 变调速系统静态特性曲线,使机组在新的目标功率值确定的静态工作 点下运行,补偿了功率和频率,电网实现新的功率平衡。
水轮机调节的基本概念
基本概念
水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮发电机组转动部分的运动方程为:
J
d
dt
Mt
Mg
式中动:角J—速—度机(组ra转d/动s)部;分n的—惯—性机矩组(转k动g·速m度2)r/;min)30n;—M—t—机—组水转轮
机转矩(N·m); Mg——发电机负荷阻力矩(负载转矩)
的影响。通常所说的水锤效应(或水击效应)就是对这种水流惯性的一种形象的表述。
15
基本概念
水轮机调节的基本概念
3.水轮机调节系统的特点
水流惯性时间常数Tw表达式为:
Tw
Qr gH r
L Lv A gH
式中:A——每段过水管道的截面积(m2);L——相应每段 过水管道的 长度(m);v——相应每段过水管道内的流速(m/s);
7
基本概念
水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统
水轮机调节系统是一个闭环自动调节系统
水轮机调节系统和水轮机控制系统在工作过程中,有两种工作状态: 静态(稳定状态)和动态(瞬变状态)。
调节系统的静态又称为稳定状态:稳定状态 (steady state)是指机
组在恒定的负荷、给定信号和水头下运行,水轮机控制系统和水轮机调 节系统的所有变量都处于平衡状态的运行状态。
g——重力加速度(m/s2);Tw——水流惯性时间常数(s)。 从自动控制理论的观点来看,过水管道水流惯性使得水轮机调节系
统成为一个非最小相位系统,对系统的动态稳定和响应特性会带来十
分不利的影响。通常所说的水锤效应(或水击效应)就是对这种水流
惯性的一种形象的表述。
水流惯性时间常数Tw的物理概念是:在额定水头Hr作用下,过水 管道内的流量Q由0加大至额定流量Qr所需要的时间。
水轮机调节系统一次调频特性仿真1
水轮机调节系统一次调频特性仿真魏守平一.水轮机调节系统机组一次调频特性电力系统运行的主要任务之一,是控制电网频率在50Hz附近的一个允许范围内。
电网频率偏离额定值50Hz的原因是能源侧(水电、火电、核电……)的供电功率与负荷侧的用电功率之间的平衡被破坏而引起的。
负荷的用电功率是经常在变化的,因此,电网的频率控制的实质是:根据电网频率偏离50Hz的方向和数值,实时在线地通过水电和火电发电机组的调节系统和电网自动发电控制系统(AGC),调节能源侧的供电功率以适应负荷侧的用电功率的变化,达到电网发电与用电的功率平衡,从而使电网频率恢复到50Hz附近的一个允许范围内。
电网频率控制的手段有:一次调频、二次调频、高频切机、自动低频减负载和机组低频自启动等,其中一次调频和二次调频与水轮机控制系统有着密切的关系。
我们所说的“水轮机调节系统机组一次调频特性”是指,水轮机调节系统的被控制系统并入大电网运行,当大电网频率变化超过微机调速器设定的频率(转速)死区时,水轮机调节系统进行自动调节的动态特性。
通过水轮发电机组调节系统的自身负荷-频率静态和动态特性对电网的控制,通常称之为一次调频,调速器的输入量是电网频率f n,一次调频是由水轮机调速器的电网频率f n和机组功率P的静态特性f n=f(P)和调速器PID调节特性来实现的;完成电网二次调频的电网AGC 系统,则是从电网的宏观控制上、经济运行及电网交换功率控制等因素上,向有关水电和火电机组调速系统下达相应机组的目标(计划)功率值P c,从而实现电网范围内的功率/频率控制(LFC),调速器的输入量是被控机组功率设定值P c。
对接力器运动过程中起到速率限制的接力器开启时间T g和接力器关闭时间T f、对接力器运动过程中起到极端位置限制的接力器完全开启位置(y=1.0)和接力器完全关闭位置(y=0)等,是接力器运动过程中的主要非线性因素。
如果按照水轮机调节系统运行和试验中的动态过程中,接力器运动是否进入了上述接力器的非线性区域,来划分水轮机调节系统动态过程特征,我们可以将水轮机调节系统运行和试验中的动态过程划分为大波动(大扰动)和小波动(小扰动)动态过程。
一次调频与水轮发电机组运行状况的分析
一次调频与水轮发电机组运行状况的分析摘要:一次调频对电网侧保证电网安全稳定运行的作用是非常重要的,而在电厂侧由于一次调频的投入,负荷将变动频繁,造成一些部件来回多次运动,将造成部分设备的疲劳损坏,严重时可能引发重大设备事故。
针对水轮发电机组在一次调频时的运行状况,可从管理角度、维修角度和运行角度采取行之有效的措施,减小危害。
关键词:一次调频管理维修运行随着科学技术的飞速发展,电力系统已经进入了大电网、超高压的时代,对频率、电压的要求越来越高,一个微小的偏差可能引起电网崩溃,造成严重的经济损失,对社会带来严重危害。
一次调频是指当电网频率偏移额定值时,发电机组调节控制系统自动控制机组有功功率的增加(频率下降时)或减少(频率升高时)以便电网频率迅速回到额定值范围的特性。
所以为了确保电网的安全稳定运行,电网公司要求,新入网的电厂必须具备一次调频功能,已投入运行的电厂单机容量达到10MW的机组必须进行调试和参数更改,使其具备一次调频功能。
一次调频对电网侧保证电网安全稳定运行的作用是非常重要的,而在电厂侧由于一次调频的投入,负荷将变动频繁,造成一些部件来回多次运动,将造成部分设备的疲劳损坏,严重使可能引发重大设备事故。
据调查,负荷的频繁调整,在一些电厂曾出现以下情况:调速器钢丝绳拉断,造成机组停机;导叶接力器推拉杆并帽螺丝松动,引起变位,造成停机时导叶不能关完;双连臂定位销跳出、剪断销跳出;轴承温度升高,油盆垫子损坏,油盆漏油增大;机组振动增大,电刷磨损严重,一些固定螺丝松动;导叶接力器密封圈磨损,出现浸油;调速器油泵启动频繁,接触器烧坏。
运行方式有了历史性的转变,电厂和电网必须共同承担社会责任,确保电网的安全稳定运行。
一次调频投入,负荷小范围内频繁调整。
据电厂统计,一天内明显负荷调整100多次,负荷曲线极不规则,同一负荷曲线极不平滑。
由于有些电厂机组部分主辅设备已达到使用寿命,检修人员技术有限,检修、安装工艺存在差异,影响设备在特殊运行方式下的安全、稳定运行。
水轮机调节系统PID参数选择
目标功率的功率偏差的平均值应在其额定功率的3%内;
稳定时间应小于1min。
水轮机调节系统PID参数选择
2.被控机组并入大电网,满足电网一次调频和二次调频的技术要求
图6-36给出了水轮发电机组并入电网开环仿真的原理框图,在仿真研 究中也是切断电网频率信号通路,阶跃变化微机调速器的频率给 定fc,录制机组有功功率变化曲线(波形),根据实测波形检验被仿 真系统是否满足电网一次调频的技术要求。
(2). 积分增益KI愈大,一次调频动态过程中的机 组功率趋近稳定值的速度愈快,但是,如果选
择过小的积分增益KI将对电网的动态稳定不利;
(3). 动态过程初期的反向调节,是由引水系统
的水击(水锤)效应(水流时间常数TW)引起的; 比例作用(KP)作用的近似反映在图中+0.017与 水击效应引起的-0.017之差,
频率给定 +
D fc= D fo
-
水轮机 控制系统
水轮机及 引水系统
D pT +
-
D pL
发电机
频率 f
电网
负荷扰动
水轮机调节系统PID参数选择
2.被控机组并入大电网,满足电网一次调频和二次调频的技术要求
水轮机调节系统PID参数选择
2.被控机组并入大电网,满足电网一次调频和二次调频的技术要求
(1). 曲线2满足式(6-8),其一次调频动态过程满 足电网对于一次调频的动态性能要求;
3.被控机组在小(孤立)电网运行
水轮机调节系统PID参数选择
3.被控机组在小(孤立)电网运行
(1).曲低线频1(率虚为线4,9K.1D9=Hz6,.0频s)的率最恢 复到49.8 Hz以上的时间为 17.0s;
水轮机调速器和电网一次调频
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性
频率(转速)- F
信号Fg +
频率死区 频率(转速)
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性 综上所述,电网在负荷扰动后,电网频率产生相
对于频率(转速)给定的偏差,各机组的调速系统 根据频率偏差Δf和(功率)调差系数ep进行一次调 频,在较快的时间(8″~15″)内弥补了系统部分 功率差值pc;在一次调频的基础上,电网自动发电 控制(AGC,二次调频),修正相关机组的目标功 率值,通过调速系统的PID调节(静态主要依靠积分 调节),最终可实现电网功率平衡和频率的恢复。
引水和泄水
系
统
被控制系统
执行机构
水轮机、 发电机
电网
放大校正元件
测量元件
–
+
–
给定元件
反馈元件 水轮机控制设备(系统)
水轮机调速器和电网一次调频
1.水轮机调节系统 微机调速器自动调节部分框图
水轮机调速器和电网一次调频
1.水轮机调节系统
PID结构图(1)
机组 fg 频率
频率 fc 给定
测频
– f 1
ep
1 bp
开度
yc 给G定 1
+–
pKI
水轮机调速器和电网一次调频
4.水轮发电机组功率增量Δp与电网频率偏差Δf之间的动态特
性特性
(1).由图2易得Δf至Δp的增量传递函数为:
水轮发电机组电网一次调频功能的实现
电力系统运行的主要任务之一是对电网频 率进行控制—控制电网频率在 50Hz 附近的一个 允许范围内。电网频率偏离额定值 50Hz 的原因 是能源侧(水电、火电、核电、风能等等)的供 电功率与负荷侧的用电功率之间的平衡被破坏而 引起的。负荷的用电功率是经常在变化的,因此, 电网的频率控制的实质是:根据电网频率偏离 50Hz 的方向和数值,实时在线地通过发电机组的 调速系统和电网自动发电控制系统(AGC),调 节能源侧的供电功率以适应负荷侧用电功率的变 化,达到电网发/用电功率的平衡,从而使电网频 率恢复到 50Hz 附近的一个允许范围内。
1.2 一次调频和二次调频
通过发电机组调速系统的自身频率/功率特 性对电网的控制,通常称之为一次调频。它主要 是由发电机组调速系统的静态特性 F=f(P)和动态
特性(PID 调节规律)来实现的; 电网 AGC 则是从电网的宏观控制上、经济
运行及电网交换功率控制等因素上,向有关机组 调速系统下达相应机组的目标(计划)功率值, 从而产生电网范围内的功率/频率控制(LFC), 称之为二次调频。
二次调频作用:若电网二次调频将讨论的机 组的目标功率由 Pc1 修正为 Pc2,则机组调速系 统静特性由特性曲线 1(Pc1)变为特性曲线 2 (Pc2)。最后的调节结果为特性曲线 2(Pc2)上 C 点:调速系统调差系数(速度变动率)ep、机 组目标功率 Pc2、机组实际功率 P3、机组频率 f1; 电网的功率缺额得以补偿,系统频率也恢复到扰 动前的数值 f1。显然,电网负荷频率自调节作用 ()仅在调节过程中起作用。
2 电网一次调频在水电机组的实现
2.1 水轮机调节的任务
水轮机调速器的基本任务可以概括为:“根 据偏离额定值的机组转速(频率)偏差信号,调 节水轮机的导水机构和轮叶机构。维持水轮发电 机组的水轮机功率和发电机组的负荷功率的平 衡,从而使机组转速(频率)保持在额定转速网调度自动化系 统和电网 AGC 系统的快速发展和广泛应用,区 域电网容量的大幅增长和与之相适应的高可靠性 的数字式(微机)电液调速器的出现,发展和完 善,在水轮发电机组的若干运行工况,水轮机调 速器仍然完成上述基本任务;但是,在有的机组 运行工况下,调速器则主要起着一个机组有功功 率控制器的作用,换言之,可以把调速器看成是 水电厂 AGC 系统机组有功功率控制的执行器。
关于一次调频的说明
关于一次调频(PFR)的技术说明北京中水科水电科技开发有限公司中国水利水电科学研究院自动化所2011年10月关于一次调频(PFR)的技术说明1一次调频基本问题的回顾控制电力系统频率的措施有:一次调频、二次调频,高频切机、低频减载、低频自启动等,其中高频切机、低频减载、低频自启动属于电力系统频率异常时的控制措施。
电力系统的一次调频(primary frequency regulation,PFR)指利用系统固有的负荷频率特性,以及发电机组调节系统的作用,来阻止系统频率偏离标准的调节方式。
电力系统的一次调频包括电力系统负荷对频率的一次调节和发电机组的一次调频,对电力系统控制而言,频率的一次调节主要指由发电机组实现的一次调频。
电力系统的二次调频主要指根据系统频率的变化情况,通过改变发电机组调差特性曲线的位置来改变机组有功功率,弥补由于电力系统一次调频存在的频率偏差,将系统频率稳定在允许的范围内,实现频率的无差调节。
目前,电力系统的二次调频一般是通过AGC(Automatic Generation Control,自动发电控制)或调度指令实现的,系统负荷的增减基本上主要由调频机组或调频电厂承担。
高频切机指在频率升高到一定程度时,停下部分机组。
低频减载(under frequency load shedding,UFLS)指在频率降低到一定程度时,按事故限电序位表切除部分负荷。
我国电力系统的低频减载有两类:一类快速动作或带短延时动作,按频率分为若干级,其作用是为了防止频率严重下降,通常称为基本级;另一类带较长延时(10~30 s)动作,但动作频率较高,其作用是为了防止在基本级动作后频率仍停留在某一较低值而不能恢复,通常称恢复级或特殊级。
低频自启动指在频率降低到一定程度时,开出备用机组增加有功功率。
低频自启动机组一般为水轮发电机组,在频率降低时,以自同步方式快速并入电网带负荷,或者将处于调相状态的水轮发电机组迅速转入发电状态带负荷,作为恢复系统频率的措施。
水轮机调速器开度及功率模式下一次调频分析
率 的 控 制 是 一 个 互 补 的关 系 , 电 网 频 率 在 系统
正 常运 行时始 终处 于波动 的状 态 ,当电网频率 越过 一 次调频 死 区时 ,机组 一次 调频 动作 ,同
时期 间会掺杂着 A G C新 的负荷指令 ,一次调频 与 AGC 的 配 合 将 直 接 影 响 机 组 的 安 全 稳 定 运 力 ,而在 功率 调节模 式是 根据 给定 的功率 来 调 行 。 因 此 ,本 文 就 某 水 电 厂 l 号 机 分 别 在 开 度 整 导 叶 开 度 以 达 到 设 定 的 功 率 。三 种 模 式 转 换 模 式 和 功 率 模 式 下 ,一 次 调 频 与 AGC 的协 调 关 如 图 1所 示 。 系进 行分析 与研究 ,给 出能够解 决水 电厂在 开 度模 式和功率模式下 ,一次调频与 AG C配合 的 问题 的建 议 。
第 4 4卷 2 0 1 6年 1 2月
云
南
电
力
技
术
V o 1 . 4 4 No . 增 刊
De c . 2 01 6
YUNNAN EL ECTRI C POW ER
水 轮 机 调 速 器 开 度 及 功 率 模 式 下 一 次 调 频 分 析
黎 杨 阳 ,余 冬 ,莫尽
1 5 . 7 5 k V,额 定 功 率 因数 O . 9( 滞后 ) 。 调 速 器
1 机 组 与调 速 器概 况
采用长江 三峡能事达 电气股份 有限公司 WB D T -
27
2 0 1 6年 增刊
云南 电 力技 术
第4 4卷
l o 0 — 4 . 0型 双 P C C调 速 器 ,于 2 0 1 6年 3月 对 3 台 机 组 进 行 了调 速 系 统 技 术 改 造 ,将 机 组 AGC 功 率 指 令 下 发方 式 由原 来 的通 过 MODBUS通讯
水轮机调速器与电网负荷频率控制3
电网负荷频率控制仿真研究—水轮机调速器与电网负荷频率控制之二Hydro-turbine Governor and Grid Load Frequency Control魏守平Wei Shouping(华中科技大学湖北武汉430074)内容提要:在当代电力系统中,水轮机调速器已成为水轮机控制系统的控制核心。
本文叙述了水轮机调速器与电网负荷频率控制之间的关系,分析了调速器在电网一次调频、二次调频中的作用、静态特性和动态特性。
通过建模、仿真及现场试验,提出了机组并联于大电网工况的调速器PID参数整定范围和应有的机组功率控制模式。
关键词:水轮机调速器, 电网负荷频率控制, 一次调频, 二次调频Abstract:In present power system, hydro-turbine governor has become the central part ofhydro-turbine control system. This article below describes the relationship between hydro-turbine governor and grid load frequency control, analyzes the functions, static and dynamic characteristics of governor in grid primary and secondary frequency 日egulation. Through modeling, emulation and field test, bring forward the PID parameter setting range of governor that synchronize with large grid operating condition, and power control mode of unit it should have.Keywords:Hydro-terbine Governor, Load Frequency Ccontrol ,Primary Frequency Regulation , 三Secondary Frequency Regulation1.概述【1】现代水电厂和电力系统的发展,对水轮机调速器的性能及功能提出了新的和更严格的要求。
水轮机调速器功率模式下一次调频功能分析
水轮机调速器功率模式下一次调频功能分析发布时间:2021-05-08T03:27:40.046Z 来源:《中国电业》(发电)》2021年第1期作者:张朝强1 常辉1 罗克武1 杨红江1 赵勇2 初云鹏2 [导读] 一次调频是调速器系统的基本功能,对于稳定电网频率有着重要的作用。
1.天生桥一级水力发电厂贵州兴义 562400;2.南瑞集团有限公司江苏南京 211000摘要:本文介绍水轮机调速器功率模式控制和一次调频响应原理。
结合天生桥一级水电厂工程实践,分析调速器功率模式下一次调频和功率闭环相互叠加的调节效果,同时提出工程实践中应注意的问题。
关键词:功率模式;一次调频;功率反馈;调频性能Abstract:This paper introduces the principle of power mode control and primary frequency regulation response of hydraulic turbine governor. Combined with the engineering practice of Tianshengqiao-I hydropower plant, this paper analyzes the regulation effect of primary frequency regulation and power closed-loop superposition under governor power mode, and points out the problems that should be paid attention to in engineering practice. Key words:power mode; primary frequency modulation; power feedback; frequency modulation performance引言一次调频是调速器系统的基本功能,对于稳定电网频率有着重要的作用。
第二部分 水轮发电机组3(调速器)
(二)自动开机并网
1、满足开机条件,调速器处在停机备用状态; 2、给开机令,并保持;状态画面显示“开机”,导叶以第 一斜率打开到开机顶点; 3、转速开始上升,机频开始显示; 4、当频率小于45Hz时,导叶以第二斜率打开,导叶开度不 超过空载开限; 5、当频率大于45Hz时,自动进入PID调节,导叶关至空载开 度,机频跟踪电网频率; 6、同期条件满足,即可并网; 7、并网后,状态画面有“并网”指示,电气开限为100%。
六、手动停机
1.柜体面板上的导叶切换把手切在“手动”位置,触摸屏监视画面显示 “导叶手动”; 2.操作小波动关阀,将机组负荷减至零时跳油开关,并继续关导叶至全关 位置; 3.随着导叶开度关至0%,机频逐渐将至0HZ,停机完成。
七、紧急停机
1、紧急停机适用于处理突发紧急事件,平时正常停机不采用; 2、紧急停机可以通过下发“紧急停机”指令,紧急停机电磁阀动作,将导 叶开度迅速关至0%,也可以在电气控制失灵的情况下手动操作紧急停机电磁 阀投入; 3、事故处理完后,应通过复归令或手动操作复归电磁阀复归紧急停机。
(6)主接力器 主接力器在球阀控制下往返运动,带动导叶开关。 (7)位移传感器 接力器有效行程根据电站主机导水机构转角确定,接力 器全行程对应的输出为直流0~10V的精密电位器,通过钢丝 绳与接力器伸出杆相连,调整极其方便。 (8)事故配压阀 事故配压阀采用标准液压元件及集成块装配组成,它已把 传统过速限制器上电磁配压阀、油阀、事故配压阀集成一体。
该工况适用于大电网调节机组输出恒定有功功率的运行工况,这时取给定功 率与实际功率之差进行PI调节,达到实际功率按给定功率输出的目的,在开 度调节和功率调节工况,如果机组频率超差时,则自动地进行工况转换,变 成频率调节。功率调节时,若功率反馈故障,则自动转为开度调节模式。
水轮调速器一次调频故障分析及处理
水轮调速器一次调频故障分析及处理发布时间:2022-07-15T09:19:39.684Z 来源:《当代电力文化》2022年3月第5期作者:关志强[导读] 水轮机调速器是水电站的重要组成部分,它的稳定运行对机组的安全、运行和经济效益都有很大的影响。
关志强新疆伊犁河流域开发建设管理局 835000摘要:水轮机调速器是水电站的重要组成部分,它的稳定运行对机组的安全、运行和经济效益都有很大的影响。
在此基础上,本文从机组运行特点、常见故障、故障成因等方面进行了归纳,并通过某电站一次调频故障为例,提出了切实可行的处理措施,以保证调速器的正常运行。
关键词:水轮机;调速器;故障分析;处理措施引言一次调频是水力发电厂机组调速系统中的一个重要功能,对提高电网的频率质量,特别是在小幅度的频率变化方面具有很大的作用。
在机组投入运行后,按照电力系统的运行规律,按照电网的频率变化,以60秒的有功调整和运行的准确率作为评判标准。
根据某电站近年来的工作经验,发现一次调频作业量不足是积分电量未达标以及 AGC与一次调频之间的协调不到位所致。
以下是关于这次考核的具体情况的讨论。
一、一次调频概述频率是电网的一个重要工作指标,其频率的变动直接关系到电网的安全和稳定。
一次调频是指当各机组在并网时,由于外部负载的变化,电网的频率会发生变化,此时,各个机组的调整系统就会加入到调整中,调整每个单元的负载,以达到平衡外部负荷的目的,同时尽量降低电网的频率,这个过程就是一次调频。
一次调频是水轮发电机调速器的固有频率特性,它会随着调频的改变而自动调节。
它的特点是调频迅速,但是调节的数量因机组的变化而变化,调节量也很有限,而且很难控制。
在现代电力系统中,一次调频的作用需要综合考虑到发电机和电网之间的相互协作和制约,因此必须以整个系统为目标。
在功能上,它具有传统的一次调频系统的迅速和现代的控制系统的协调。
此外,一次调频是水轮发电机调速系统频率特性的内在性能,而根据其静态特性,调速器的静态性能是指在稳态均衡状态下,其相对速度和继电器的相对冲程相对值的关系。
水轮机调节及频率调整概述
xf
xf1 ep xf2 xf3
A
C
② Pc2 ① Pc1
B
O
p1
p2
p3
p
Page 14
上图中,A点的机组目标功率为Pc1,机组实际功率为P1=Pc1 , 机组频率为f1,速度变动率为ep,如果此时负荷突然增加到P3,功率 缺额为P3-P1。 负荷突然增加,发电机来不及调整出力,系统功率失去平衡,发 电机转速下降,系统频率下降,若不进行调节,系统频率将沿静态特 性曲线①Pc1下降至f3,各机组根据频率偏差进行一次调频,机组增 发功率P2-P1,系统频率为f2(图中的B点),由于一次调频是一个有 差调节,调节过程会引起频率的变化,(且仅根据bp或ep进行偏差计算, 系统必然存在稳态偏差)系统频率不可能恢复到扰动前的f1。 若电网二次调频将讨论的机组目标功率由Pc1修正为Pc2,水轮机 调节系统静态特性曲线变为②Pc2,其中Pc2=P3,最后的调节结果为 图中的C点,此时功率得到了补偿,系统频率也恢复到扰动前的f1。
Page 5
控制原理
机频 信号 网频 信号
信号 整形
电液转 换器
机械液 压系统
现地开关、 按钮操作 二次及监控 系统送来的 开关量指令
监控及AGC 等送来的数 字量指令
可 编 程 计 算 机 控 制 器 P C C
传感 器
变送 器 人机对 话单元
微机调节器包括外部信号处理, 通信,PID调节等模块,最后输 出模拟电压信号。 电液转换器通过驱动器、步进 电机可以完成电气信号至机械 液压信号的转换。 机械液压系统由引导阀、主配 压阀及接力器及其它辅助机构 构成导叶控制部分。 微机调速器工作时,通过测量 比较环节输入频率差或其它信 号,信号经过整形处理后,输 入到PID控制环节,得到一个消 除偏差的信号,该信号在电液 转换器中完成电信号到位移信 号的转换,达到控制机械液压 系统的目的,完成频率调整。
大频差扰动下的水轮发电机组一次调频性能优化及改造实践
大频差扰动下的水轮发电机组一次调频性能优化及改造实践[摘要]:本文简析了大区电网交直流互联模式下,直流单极闭锁后大频差扰动过程中水轮发电机组调速器一次调频的动作机理,分析一次调频动作不合格的原因,并针对性地提出水轮发电机组一次调频性能优化及对策方案。
[关键词]:大差频扰动水轮发电机组一次调频性能优化实践0.引言现代电力系统容量越来越大,输电线路电压等级不断提高,网架结构日趋复杂,特高压交直流输电联络线路使各大区域电网互联,特别是跨大区域、长距离直流输电因其输送容量大、损耗小、系统稳定性要求低等诸多优点,已得到广泛应用,并已成为我国电力系统领域的一张靓丽明片。
然而特高压大功率直流输电单极闭锁时,将引起输送功率瞬时急剧变化,对送端和受端同步电力系统频率稳定影响及冲击较大,进而给送、受端系统内水、火电同步机组一次调频系统在大频差扰动下快速响应及调节性能带来挑战。
1.概述水轮机调速器是水轮发电机组的核心控制设备之一,它与监控二次回路或计算机监控系统相配合,完成水轮发电机组的自动/手动开停机、增减有功负荷、紧急停机等任务,水轮机调速器在正常运行时以功率模式或导叶开度模式运行,当系统频率变化时,调速器根据系统频率变化,自动计算频差,根据频差大小,调节水轮机导叶开度大小,增加或减少机组出力,达到自动调节频率的目的。
某水电站总装机容量100MW,安装4台混流式水轮发电机组,该电站所在电网通过一条±800kV直流、一条±1000kV直流与华中、华东电网相连,两条750kV交流输电线路与西北电网联网,属典型的送端电网,在多次的直流单极闭锁降低外送功率时,其调速器一次调频存在积分电量不足、响应速度迟滞、反调节等性能表现不佳的现象,对电网及电厂安全运行构成一定的风险。
2.一次调频动作机理过程该电站微机调速器液压驱动系统采用比例伺服阀+插装阀+手动脉冲阀联合控制方式,控制模式为导叶开度模式,液压系统省去了主配压阀油流放大环节。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
水轮机调速器和电网一次调频
3. 水轮机调节系统一次调频静态特性 2). 水轮机调节系统闭环静特性
机组输入功率(Δp- ΔpL)与机组频率偏差(Δf)的静态关系为:
f e f ep p
式中: ΔpL—负荷扰动相对值; Δp—在负荷扰动下的机组功率变化值; Δf ——在负荷扰动ΔpL 下的机组频率变化值; ef—频率死区相对值; ep—(功率)调差系数(速度变动率);en— 机组、负荷频率特性系 数(自调节系数);
水轮机调速器和电网一次调频
3. 水轮机调节系统一次调频静态特性
2). 水轮机调节系统闭环静特性 所谓水轮机调节系统的闭环静特性,是指:机组带孤立负荷 (孤立运行 isolated operation-电网中只有一台或相当于一 台机组供电的运行方式),水轮机调节系统闭环时,机组 频率对负荷扰动的静态特性。 基本方程: 机组在稳定工况(静态)工作时,水轮机调节系统PID控制 器的积分调节输入端,必需为零,即必需满足下式:
3.505(1/ KIep )(s) 3.505(bT t d / ep )( s) 3.505(Tx / ep )( s)
水轮机调速器和电网一次调频
4.水轮发电机组功率增量Δp与电网频率偏差Δf之间的动态特 性特性 (3). 积分调节(KI)得到的功率增量ΔpKI的稳定值(也是最后的 稳定值Δp)为(参见式(5)):
fc
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性
为了进行电网负荷频率控制(LFC),使电网的功率差值得以弥补,从 而使电网频率得以恢复,则必须采用电网的二次调频。其主要作用是: 控制参加电网负荷频率控制的机组的目标功率值Pc;根据电网功率差值 和频率偏差,计算出机组的新的目标功率值,送至水轮机调节系统系统 的“目标功率输入”端口,使水轮机调节系统系统实现对新目标功率值 的调 节。当二次调频作用使电网实现了新的功率平衡、电网频率恢复到正常 值时,水轮发电机组实际上是在新的目标功率值Pc确定的静态工作点运 行。水轮机调节系统一次/二次调频功能框图见图1。
输入时,功率增量Δp的响应为:
pKI (t ) (1/ e p )f (1 e (1/ e p )f (1 e (1/ e p )f (1 e
ep bt Td t ep Tx t
)
) )
K I e pt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pKI (t )
曲线是一个指数变化规律, Δp(t)达到0.97 pKI 的时间约为
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性 调速器传递函数方块图
fg 机组 频率 1 – + F 比例(P) KP 微分(D) 频率 给定 KDS 1 + + bp yc 开度 给定 G 1 + – 1+T1vS 积分(I) KI S 3-2(3-1) 位移转换 1 + + + Y PID 数模 转换 1 放大器 比例伺服阀 引导阀、主配压阀 主接力器 u + A2 – 1 TyS y
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性
图2以静态特性的形式表示了水轮机调节系统的一次和二次调频特性。 (图中未考虑电网负荷频率特性(负荷频率自调节系数)):
f1
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC) 特性 1). 机组原始工况 静特性曲线pc1①上A点:机组目标功率: pc1;机组实际功率:p1;机组频率:f1; 速度变动率ep((功率)永态差值系 数):;电网发生功率缺额,折算到讨 论的机组:功率缺额:p3-p1; 2). 一次调频作用 电网功率缺额,引起电网频率降低,如 果不进行调节,则按静特性曲线① pc1 ,频 率应降至 f1 ,各机组根据频率偏差进行一 次调频, 讨论的机组增发了功率p2-p1,电 网频率为f2(静特性曲线①上B点)。即讨 论的机组与电网其它机组一起进行了一次 调频,但电网频率为,不可能恢复到扰动 前的f1。
p f e f / e p
(4). 若要满足” 在45秒内机组实际功率与目标功率的功率偏 差的平均值应在其额定功率的3%内”的要求,仅仅依靠 积分作用,则要求3.505倍的时间常数小于 45s( )。 3.505(1/ K e ) 45(s)
I p
在微机调节器的比例调节(KP)作用下 在电网频率偏差 Δ f,依靠比例增益 KP 得到的机组功率增量为常数: pKP KP f
KI S
+
–
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性
电网的一次调频是针对偏离了系统额定频率(50HZ)的频率偏差,按 永态转差系数(调差系数)对机组进行功率控制。它是将电网(机组) 频率(转速)信号送入调速器的“频率(转速)输入”端口,频率(转 速) 给定值与其比较形成频率(转速)偏差,水轮机调速器根据这个偏差信 号而进行调节实现的,它将频差变换为与成反比的机组频差调节功率。 由于水轮机调节系统都有设定的速度变动率(功率永态差值系数),它 决定了这是一个有差调节,因而由各机组调节系统共同完成的一次调 频,不可能完全弥补电网的功率差值,从而也不可能使电网频率恢复到 额定频率(50Hz)附近的一个允许范围内。
水轮机调速器和电网一次调频
3. 水轮机调节系统一次调频静态特性
1). 水轮机调节系统开环静特性 机组并入电网运行(并联运行 parallel operation-几台机组同时向电网供电的运行方式)。分 析一次调频特性时,认为二次调频不起作用,即取功率给定恒定。 水轮机调节系统开环静特性(机组功率对机组频率偏差的特性)用相对值表示为: p [(50 Fn ) E f ]/(e p 50) 1 f n e f / e p f e f / e p
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性 综上所述,电网在负荷扰动后,电网频率产生相 对于频率(转速)给定的偏差,各机组的调速系统 根据频率偏差Δf和(功率)调差系数ep进行一次调 频,在较快的时间(8″~15″)内弥补了系统部分 功率差值pc;在一次调频的基础上,电网自动发电 控制(AGC,二次调频),修正相关机组的目标功 率值,通过调速系统的PID调节(静态主要依靠积分 调节),最终可实现电网功率平衡和频率的恢复。
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性
频率(转速)- 信号Fg + 频率死区 频率(转速) 设定值fc
1 ep
F
F
Pf
频率(转速) 功率 NT
P
PID调节
机 组
机组目标功率+ Pc
-
Pc
PT
机组实际功率
图1 水轮机调节系统一次/二次调频
水轮机调速器和电网一次调频
水轮机调速器和电网一次调频
1.水轮机调节系统
水轮机调节系统的结构如图所示。 其工作过程为:测量元件把机组转 速n(频率f)、功率Pg、水头H、流量 Q等参量测量出来,与给定信号和反 馈信号综合后,经放大校正元件控制 执行机构,执行机构操纵水轮机导水 机构和桨叶机构,同时经反馈元件送 回反馈信号至信号综合点。
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制 (LFC)特性 3). 二次调频作用 若电网二次调频将讨论的机组的目 标功率由pc1修正为pc2,则机组调速系 统静特性由特性曲线①pc1变为特性曲 线②pc2。最后的调节结果为特性曲线 ②上C点:机组目标功率:pc2;机组 实 际功率:p3;机组频率:f1;速度变动 率((功率)永态差值系数):ep;电网 的功率缺额得以补偿,系统频率也恢 复到扰动前的数值f1。
用绝对值表示,则有:
P Pr 50 Fn E f /e p 50
式中: Δp—对应于频率偏差(相对量)的机组功率增量(相对量); Fn—电网频率 [Hz];fn—电网频率相对值,;Ef—水轮机控制系统频率(转速)死区(绝对量, Hz),(50-Fn)为+,为+;(50-Fn)为负,Ef为-;—水轮机控制系统频率(转速) 死区(相对量),; ep—水轮机调节系统(功率)调差系数(速度变动率); ΔP—对应于频率偏差Δf ()[Hz]的机组功率增量[MW] ;P—机组额定功率[MW]。 式中的负号,表示频率偏差与功率偏差方向相反。
p L p f en
p
pL en e f 1 en e p
f
p L e p e f 1 en e p
水轮机调速器和电网一次调频
4.水轮发电机组功率增量Δp与电网 频率偏差Δf之间的动态特性特 性
fg 机组 频率 1 – + F 比例(P) KP 微分(D) 频率 给定 KDS 1 + + bp yc 开度 给定 G 1 + – 1+T1vS 积分(I) KI S 3-2(3-1) 位移转换 1 + + + Y PID 数模 转换 1 放大器 比例伺服阀 引导阀、主配压阀 主接力器 u + A2 – 1 TyS y
水轮机调速器和电网一次调频
2. 水轮机调节系统的负荷频率控制(LFC)特性 电网一次调频对水轮机调节系统的主要技术要求 1). 并网发电机组均应参与电网一次调频; 2).(功率)永态转差系数(火电机组调速系统称速度变动率) ep=4%~5%(DL/T 1040-2007 电网运行准则(The Grid Operation code)规定:ep≤3%); 3). 频率(转速)死区Ef=±0.033Hz(DL/T 1040-2007 电网运行准则 (The Grid Operation code)规定:在0.05Hz以内); 4). 响应特性:电网频率变化超过一次调频频率死区时,机组应在15秒内 响应机组目标功率,在45秒内机组实际功率与目标功率的功率偏差的 平均值应在其额定功率的3%内;稳定时间应小于1min; 5). 负荷变化幅度限制:水电机组参与一次调频的负荷变化幅度,不加限 制。一次调频功能为必备功能,不得由运行人员切除;不得在开度限 制工况下运行。