浅析亭子口水电厂调速器的调节模式优化

韩欢

嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司 四川苍溪 628400

1 概述

亭子口水电厂调速器由长江三峡能事达电气股份有限公司生产制造，型号为：MGC4004PS-D150/63，主配压阀直径：150mm，主配压阀行程：±15mm，工作压力：6.3MPa，属于单调节型（伺服电机+比例阀）调速器。调速器原调节模式为“功率模式”、“开度模式”、“频率模式”三种，主要运行在“功率模式”控制模式下。渝鄂背靠背柔直工程投产后，因同步电网电源结构以及电网规模产生比较大的变化，西南电网所面临的风险主要为超低频频率振荡风险。水电机组的水锤效应及调速系统参数的不适应是导致发生振荡的根本原因。根据评审会纪要相关建议，明确亭子口4 台机组调速系统需进行技术优化。调速系统优化工作结束后，调速器以“开度模式”为主要调节模式运行并且原“开度模式”将变换为“大网开度模式”、“小网开度模式”、“孤网模式”，根据西南电网运行方式的变化而在此三种模式中切换，从而更好的适应了西南电网运行要求[1]。

2 亭子口电厂满足的技术条件和优化

2.1 亭子口水电厂机组调速器已具备功能

按照《西南电网水电机组调速系统参数调整方案评审会纪要》中所提出的十三项技术要求，亭子口水电厂机组调速器需要具备的功能为：大网以及孤网调节模式需要保证有基本向相同的调节框图。大网模式主要按照”频率偏差+延时”来对自动切换到孤网模式及进行判断，同时还具有手动切换到孤网模式的作用。大网模式和孤网调节模式主要使用的是PID 调节规律。调速器有自动和手动两种方式对孤网模式进行切换。大网模式能够使用自动和手动的方式切换到孤网模式进行运行。孤网模式不具备自动返回大网模式。孤网模式可以对上位机调节指令进行接受。调速系统可以对上位机切换指令进行接受。调速系统在运行中的模式（主要有开度模式以及频率模式和功率模式）状态信号已经输送到监控系统。

2.1 亭子口水电厂调速器技术优化

2.1.1 硬件优化

（1）开关量输入：将原“切至开度模式”定义为“远方切大网开度模式”；新加“远方切小网开度模式”定义。

（2）开关量输出：将原“开度模式“定义为“大网开度模式”；新加“小网开度模式”、“孤网模式”定义。

2.1.2 程序逻辑优化

（1）在“d_i”子程序中将原“远方切开度模式”点定义为“远方切大网开度模式”点，增加“远方切小网开度模式”点。

（2）在“hmi_in”子程序中将原“现地切开度模式”点定义为“现地切大网开度模式”点；增加“现地切小网开度模式”点。

（3）在“mode”子程序中修改“切开度模式”条件以及“大网开度模式”和“小网开度模式”、“孤网模式”切换逻辑。不管是切换到“大网开度模式”还是切换到“小网开度模式”，调速器都是开度模式；“大网开度模式”在运行中，具有手动切换到“小网开度模式”、“孤网模式”和自动切至“孤网模式”的功能；“小网开度模式”在运行中具有手动切换到“大网开度模式”、“孤网模式”和自动切至“孤网模式”的功能；“孤网模式”在运行的那个中需要手动将其切换到“大网开度模式”或者手动切至“小网开度模式”的功能[2]。

（4）在“pid_prepare”子程序中添加了“小网开度模式PID”Bp、Kp、Ki、Kd 地址“大网开度模式频率死区”地址，“小网开度模式频率死区”地址。对于负载大网开度模式同时一次调频没有投入时对原开度模式PID 进行调用，对于负载小网开度模式同时一次调频没有投入时对小网开度模式PID 进行调用，孤网模式在运行中对原有的孤网PID 进行调用。

（5）在“mode”子程序当中进行且频率模式的增添，在自动孤网模式运行中将其切换为手动或者电手动的模式运行，同时再切回自动模式时，还是能够保持孤网模式运行。

（6）在“d_o”子程序中重新定义了“大网开度模式”，“小网开度模式”，“孤网模式”点。

（7）在“him_out”子程序中重新定义了“大网开度模式”，“小网开度模式”点。

2.1.3 触摸屏程序优化

（1）主页界面：调速器运行模式中将原“开度模式”定义为“大网开度模式” 地址，增加“小网开度模式”地址、“孤网模式”地址。

（2）给定设置界面：调速器模式切换中将原“切开度模式”地址定义为“切大网开度模式”地址，增加“切小网开度模式”地址、“大网开度模式频率死区”地址、“小网开度模式频率死区”地址。

3 调速系统现场优化改造后调速器工作模式介绍

3.1 各开度模式适用范围

大网开度模式，适用于西南-华中交流联网。在西南—华中交流联网时，机组调速系统在正常并网时自动选用基于开度调节的大网模式。小网开度模式，适用于西南-华中直流联网。在西南—华中直流联网时，机组调速系统在正常并网时自动选用基于开度调节的小网模式。孤网模式，适用于机组带小地区运行。

3.2 开度模式的相互切换

亭子口调速器系统技术优化后，由于调速器调节模式发生了变化，机组调速器调节模式切换也相应的发生了变化。具体如下：

机组开机在空载状态时，调速器调节模式为“频率模式”。

机组并网后，根据监控设定调速器调节模式切换为“大网开度模式”、“小网开度模式”以及“功率模式”三种模式中的一种。

机组调速器调节模式为大网或者小网开度模式时，若频差超过±0.5Hz，调速器控制模式将会延时一秒钟，自动切换至孤网模式。而孤网模式不能自动切换至大网或小网开度模式运行。运行人员根据调令可以通过监控系统或者调速器电调柜将调速器控制模式在功率模式、大网开度模式、小网开度模式及孤网模式之间手动切换。

机组调速器调节模式为功率模式时，若功率差超过规定值，则自动切换至大网开度模式或者小网开度模式。大网开度模式或者小网开度模式不能自动切换为功率模式，但可以人工切换为功率模式。根据西南电网规定，亭子口水电厂机组并网后调速器调节模式为大网开度模式（西南—华中交流联网）或者小网开度模式（西南—华中直流联网），功率模式未被使用[3]。

机组并网状态下发生发电机出口断路器分闸（事故跳闸或正常停机解列），此时机组调节模式自动变为“频率模式”。

机组调速器调节模式切换后，调速器参数随之发生相应改变。调速器调节模式的相互切换如图1 所示。

图1 调速器调节模式切换图

4 结语

经过调速系统技术优化，相关参数发生了变化，亭子口水电厂调速器调节模式变换为大网开度模式、小网开度模式、孤网模式、功率模式及频率模式[4]。满足了西南电网同步运行的要求。亭子口水电厂机组并网后调速器调节模式主要运行在大网开度模式（西南华中交流联网）或小网开度模式（西南华中直流联网），当系统发生故障，频差超过±0.5Hz 时，调速器延时一秒钟自动切换至孤网模式运行。机组解列后，机组调节模式自动切换为频率模式。在调速器的调节模式中，功率模式、大网开度模式、小网开度模式以及孤网模式可以通过人工方式相互切换，同时也会响应AGC 下发的负荷调整指令[5-6]。