CN106998065A - 一种水电机组孤网排查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水电机组孤网排查方法，该方法有利于针对孤网运行机组进行有效排查实测建模，通过现场试验以及后期模型参数辨识工作，确定了孤网机组电力系统稳定计算用原动机及其调节系统的模型和参数。针对调速系统设置至少两套并网控制模式参数，针对不同控制模式参数设置不同频差死区，根据频差摆动变化速率大小选择调速系统控制模式参数。当电网发生较大震荡故障导致电厂进入孤网后，调速系统能够正确动作切换，实现控制模式及控制参数切换，即从一次调频模式控制参数切换到孤网模式控制参数以及从孤网模式控制参数切换到一次调频模式控制参数。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统仿真建模技术领域，特别是涉及一种水电机组孤网排查方法。
背景技术
发电机组原动机及其调节系统建模是电力系统仿真分析行业“四大参数”建模重要工作之一，随着近年来区域电网互联进程的不断推进以及特高压交直流输电走廊建设步伐逐步推进，电力系统仿真分析已经成为定性定量评估区域电网之间相互影响的重要手段之一。为了获得更为准确的仿真分析结果，各省电网公司基于工程实际需求以及理论研究需求，都对区域内的相关机组开展基于现场实际的实测建模工作。工程实际、理论研究已经成为促进现场试验开展的主要推动力。例如，2015年1月西藏电网藏木电厂机组功率振荡事件，成为机组调速器进行孤网排查的主要促进因素，当年国网系统各省均开展了孤网机组排查以及机组调速器参数及控制的优化。事后相关分析表明，机组调速系统参数设置不合理是机组发生频率、功率振荡的主要原因之一。对于可能存在孤网运行概率机组应设置合理的孤网运行控制参数。
由于频率控制与发电机组调速器密切联系，因此调速器模型及其参数对频率稳定控制起到至关重要作用。2015年9月19日，锦苏直流落点发生闭锁，导致整个华东电网在短时间之内损失数百万的功率。作为受端电网，华东电网频率发生大幅波动，一度跌落至49.54Hz，华东电网内的机组接收频差扰动信号，导致调速器相继动作。事后录波记录表明机组调速器参数以及逻辑设置不合理导致其动作幅度不足是导致频率持续深度跌落的主要原因之一。调速器参数设置合理与否直接影响事故情况下电网频率稳定性。
2012年以来，随着发电机组调速器企标、行标、国标的相继颁布，发电机组原动机及其调节系统实测建模工作取得了不小的进展。随着特高压互联电网的建成，各大电网之间联系愈加紧密，这在一方面促进了电网的频率稳定性，然而另一方面局部地区电网频率扰动事件可能因调速器误动作而导致频率事件的扩大化，频率事件对电网的影响已不再单单是电网层面考虑的问题了，还延伸到电源层面甚至用户层面。因此机网协调优化运行控制技术研究势在必行。对于可能孤网运行机组而言，预先针对机组控制参数以及控制模式进行优化整定，可以做到有备无患。当电网发生大幅度频率扰动或者机组与电网的联络线因故障跳开，机组都可以借助预先整定的模式进入孤网运行状态，将孤网内负荷停电波及范围降到最低。近年来，随着局部电网运行方式的调整，部分机组尤其是水电机组孤网运行可能性逐渐增加。特别是近年来发生的一些局部电网频率振荡事件，使业界对机组孤网运行特性及其频率控制愈加重视。例如，2015年1月西藏电网藏木电厂机组功率振荡事件，成为机组调速器进行孤网排查的主要促进因素，当年国网系统各省开展孤网机组排查以及机组调速器参数及控制的优化整定。事后相关分析表明，机组调速系统参数设置不合理是发生频率、功率振荡的主要原因之一。对于可能存在孤网运行概率的机组应设置合理的孤网运行控制参数。目前孤网机组控制策略研究主要涵盖以下几方面：(1)火电机组孤网运行控制；(2)区域电网解列后的孤网运行控制；(3)孤网频率稳定控制研究；(4)水电机组孤网运行控制。
在发生类似2008年冰灾的背景下，个别区域电网可能出现与主网分离的情况。例如某省电网局部地区通过双回220kV线路连入省网，该段线路位于山区，容易出现覆冰从而导致线路跳闸等后果，此时网内某电厂带小网运行。小网内带有牵引供电负荷，因此孤网机组的重要性不言而喻。一般情况孤网机组在正常情况下并入大网运行，当电网发生较严重故障(例如N-2故障)时，由于连接孤网机组、大网之间的线路跳开，导致机组进入孤网状态运行。此时机组运行参数若仍旧采用大网调频参数则可能会对孤网频率稳定造成负面影响，从这个角度出发则需要设置一套保守的控制参数；另一方面，当机组并网时，若电网产生类似2015.9.19事件的频率波动趋势，虽然机组并未进入孤网切换状态，但该类型频率波动事件可能触发机组孤网模式标志误动，从而导致机组在并入大网情况下选择孤网控制模式参数，以致削弱机组一次调频能力，进而间接恶化大网频率特性。综上所述，基于高压直流落点(线路)故障近期频繁发生故障，电网频率稳定问题愈加突出。因此很有必要开展孤网机组控制参数优化整定研究，为电网发生频率稳定问题时提供支持，改善故障时电网的频率变化特性。
本文以发电机组调速系统实测建模为依托，以实测建模所得参数为基础，开展基于现场实测的孤网发电机组原动机及其调速器运行控制策略研究及其切换方法的研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种水电机组孤网排查方法，该方法有利于针对孤网运行机组进行有效排查实测建模，通过现场试验以及后期模型参数辨识工作，确定了孤网机组电力系统稳定计算用原动机及其调节系统的模型和参数。
本发明采用以下方案实现：一种水电机组孤网排查方法，包括以下步骤：
步骤S1：排查机组调速器的控制模式及其参数切换机制；
步骤S2：对各种控制模式参数进行实测辨识；
步骤S3：模拟机组并网状态，对各种控制模式切换机制进行验证，其中控制模式切换机制包括调频切孤网、孤网切调频；
步骤S4：机组并网，在动态情况下对各种控制模式切换机制进行验证，其中控制模式切换机制包括调频切孤网、孤网切调频；
步骤S5：进行调频切孤网、孤网切调频切换测试；进入孤网模式以后，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试；
步骤S6：在机组并网状态下，分别开展机组调速器的调频模式参数性能测试、孤网模式参数性能测试。
进一步地，在所述模拟机组并网状态时，即在静态情况下，电厂并网运行参数设置为调频模式参数、孤网模式参数，并加上空载模式参数，以频差扰动大小作为控制模式切换判断条件，即进行执行机构参数测试，在调频模式与孤网模式之间进行模式切换；在机组并网，即动态情况下，电厂并网运行参数设置为调频模式参数、孤网模式参数，同样以频差扰动大小作为控制模式切换判断条件，即进行执行机构响应时间测试，在调频模式与孤网模式之间进行模式切换。
进一步地，所述控制模式参数包括比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD、调差系数BP、死区DB，对所述控制模式参数进行测试时，包括以下步骤：
步骤S11：对比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD、调差系数BP数值依次置零或者组合置零，开展空载模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP环节测试；
步骤S12：对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展调频模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP环节测试；
步骤S13：在模拟并网情况下，依次设置KP、KI、KD、BP、死区数值，初步确定、选择一套合理优化的PID环节控制参数，以满足系统对机组一次调频性能的要求；
步骤S14：对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展孤网模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP环节测试。
进一步地，所述控制模式参数包括比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD、调差系数BP、死区DB，对所述控制模式参数进行测试时，由于微分放大系数一般数值很小，在忽略微分数值前提下，得到水电机组的控制系统传递函数为：
根据式(1)得到水电机组的导叶开度PCV对于频差扰动△f的响应即为带有前馈量的一阶惯性环节，其中惯性环节增益为KP，一阶惯性环节增益大小为1/BP－KP，滤波时间为T＝1/(KI×BP)。
进一步地，在静态情况下，对所述控制模式参数进行切换测试，包括以下步骤：
步骤S21：进行调频切孤网、孤网切调频切换测试；
步骤S22：进入孤网模式后，测试孤网模式下的PID计算逻辑是否正确，设置调频切孤网阈值±0.60Hz、延时3s，孤网切调频阈值±0.05Hz、延时120s，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试。
进一步地，还对所述水电机组的导叶执行机构进行测试，包括对主接力器与主配压阀的执行机构进行测试：
步骤S31：对主接力器开展阶跃扰动试验，阶跃大小从小到大依次添加，分别施加±1％、±2％、±5％、±10％、±20％、±100％阶跃扰动，用以保证设备安全；
步骤S32：对主配压阀开展阶跃扰动试验，阶跃大小从小到大依次添加，分别施加±1％、±2％、±5％、±10％、±20％、±100％阶跃扰动，用以保证设备安全。
进一步地，在所述动态情况下，进行一次调频测试，在60％、80％功率平台分别开展机组调速系统一次调频动态测试，同时避开机组振动区，具体包括以下步骤：
步骤S41：投入监控功率闭环情况下，在60％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S42：投入监控功率闭环情况下，在80％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S43：退出监控功率闭环情况下，在60％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S44：退出监控功率闭环情况下，在80％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
进一步地，在所述动态情况下，进行动态监控扰动测试时，机组调频投入自动，在60％机组额定功率、80％机组额定功率水平下，分别开展+3％PN、－3％PN、+6％PN、－6％PN监控外环功率阶跃扰动试验，测试机组调速系统在外来手动监控扰动情况下导叶开度指令响应过程以及主配响应、功率响应过程。
进一步地，在动态情况下，分别在60％机组额定功率、80％机组额定功率水平下，对所述控制模式参数进行切换测试，包括以下步骤：
步骤S51：进行调频切孤网、孤网切调频切换测试；
步骤S52：进入孤网模式后，测试孤网模式下的PID计算逻辑是否正确，设置调频切孤网阈值±0.60Hz、延时3s，孤网切调频阈值±0.05Hz、延时120s，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试。
进一步地，在所述孤网模式进行扰动测试，设机组调速系统孤网投入阈值为±0.60Hz，延时3s，孤网模式死区设置±0.10Hz；退出阈值为±0.05Hz，延时120s，具体包括以下步骤：
步骤S61：投入监控功率闭环情况下，机组并网，在60％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S62：投入监控功率闭环情况下，机组并网，在80％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S63：退出监控功率闭环情况下，机组并网，在60％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S64：退出监控功率闭环情况下，机组并网，在80％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明分别提供调频、孤网控制模式参数，能够根据机组所处孤网，选择适合机组的调频切孤网参数、孤网切调频参数的切换策略，在保证机组一次调频能力前提下，实现机组孤网运行稳定，为实现调度运行、规划、仿真分析提供机组调速系统各个控制模式参数，从而为电网调度运行提供决策支持。
附图说明
图1是本发明的方案1控制参数KP、KI整定范围示意图。
图2是本发明的常见的调速器开度模式下的控制框图。
图3是本发明执行机构模型示意图。
图4是本发明的原动机及引水管道模型示意图。
图5是本发明的发电机组孤网排查优化试验测试流程示意图。
图6是本发明的发电机组调频孤网切换机制构思示意图。
图7是本发明的并网情况下，调频参数切入孤网参数频差扰动波形(正方向)。
图8是本发明的并网情况下，孤网参数切入调频参数频差扰动波形(正方向)。
图9是本发明的并网情况下，调频参数切入孤网参数频差扰动波形(负方向)。
图10是本发明的并网情况下，孤网参数切入调频参数频差扰动波形(负方向)。
图11是本发明的孤网情况下，随机振荡测试示意图。
图12是本发明的孤网情况下，频率发散振荡测试示意图。
图13是本发明的孤网情况下，频率收敛振荡测试示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种水电机组孤网排查方法，总体设计思路是：
1.确定孤网运行机组原动机及其调节控制系统型号、机组运行方式及并入大网接线方式；2.根据机组内环调节控制系统、外环监控系统控制逻辑，确定测点所在位置以及AO引出方式；3.根据不同类型机组的调节控制系统设定不同的大网转孤网(孤网转大网)切换模式触发条件：
(1)方案1：将电厂并网运行参数设置为调频模式参数、孤网模式参数，并加上空载模式参数，以频差扰动大小作为控制模式切换判断条件，在调频模式与孤网模式之间进行切换。
(2)方案2：以孤网运行为优化目标，在满足大网切孤网、孤网切大网小干扰稳定性前提下，设置一套并网参数。
现有孤网机组电厂选择方案：针对调速系统设置至少两套并网控制模式(一次调频模式、孤网模式等)参数，针对不同控制模式参数设置不同频差死区，根据频差摆动变化速率大小选择调速系统控制模式参数。当电网发生较大震荡故障导致电厂进入孤网(带局部地区数个变电站)后，调速系统能够正确动作切换，实现控制模式及控制参数切换(从一次调频模式控制参数切换到孤网模式控制参数以及从孤网模式控制参数切换到一次调频模式控制参数)。例如，当前调频到孤网模式切换机制：△f＞0.60Hz或者△f＜-0.60Hz发生切换，延时3s切换。孤网到调频模式切换机制：-0.05Hz＜△f＜0.05Hz，延时2min切换。
为了系统地分析孤网机组的运行特性，需要对机组控制系统进行选择性研究。从藏木电厂的频率事件来看，机组调速控制系统对机组频率稳定性影响较大，而调速系统包含较多的控制参数，包括：比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD、调差系数BP、死区DB等。一般孤网机组亦会并入大网运行，所以对其一次调频性能也会有考核。因此在机组孤网参数整定时，需一并考虑控制参数对其调频性能的影响。基于上述分析，对于机组孤网参数设置提出了2套方案：
(1)方案1：将电厂调速系统一次调频控制参数、孤网控制参数设置为一致，但需针对其进行一定的优化，使得机组控制参数在满足一次调频性能基础上，同时可以满足并网模式(并入省网)下各种运行方式的小干扰稳定性、孤网模式(带局部地区数个变电站)下的小干扰稳定性、孤网模式下的快关/切机情况下的电网仿真分析。
(2)方案2：建议电厂针对调速系统设置至少两套并网控制(一次调频模式、孤网模式)参数，采用频差大小作为进入孤网模式状态判断标志，调速系统接收频差信号实现控制模式以及控制参数切换(从一次调频模式控制参数切换到孤网模式控制参数)。
针对方案1，对于调频控制参数，满足一次调频导则(规程)即可，可以给出一定范围；对于孤网控制参数，根据机理分析结合小干扰稳定性分析可以得到满足小干扰稳定性收敛参数。为了更加具体地描述上述的原理，将方案1采用图1进行表述。根据上文分析，主要控制参数包括KP、KI、KD、BP，由于BP在调频模式、孤网模式下差别较大，且一般整定时KD较小，因此主要针对KP、KI放大系数进行优化分析，可以采用二维图形进行表示。图1中既满足调频模式又满足孤网模式控制参数即为阴影部分面积所对应的KP、KI组合。方案1对于PID参数的定值存在较大的限制，所以专利最后选择方案2进行孤网排查流程设计以及控制策略实现。
针对方案2，对于调频控制参数，满足一次调频导则(规程)即可，可以给出一定范围；对于孤网控制参数，其约束条件为满足各种运行方式下的各种负荷水平小干扰稳定性。
对于常见的机组调速器开度模式下的控制框图，如图2所示，根据推导可得其传递函数形式表达式，如式(1)所示。
由于微分放大系数一般数值很小，在忽略微分数值前提下，可得控制系统传递函数：
根据式(1)可见导叶开度PCV对于频差扰动△f的响应即为带有前馈量的一阶惯性环节，其中惯性环节增益为KP，一阶惯性环节增益大小为1/BP－KP，滤波时间为T＝1/(KI×BP)。
结合调速系统执行机构(图3)、原动机及引水管道(图4)模型，即可得完整的调速系统传递函数，在各种运行方式下，开展调速系统传递函数小扰动稳定性分析。
为了对机组的孤网运行参数进行整定，对一系列机组调速器参数的排查优化流程，具体如下：
(1)排查机组调速器的控制模式及其参数切换机制；
(2)针对各种控制模式参数进行实测辨识；
(3)模拟机组并网状态，针对各种控制模式切换机制(包括调频切孤网、孤网切调频)进行验证；
(4)机组并网，在动态情况下针对各种控制模式切换机制(包括调频切孤网、孤网切调频)进行验证；
(5)进行调频切孤网、孤网切调频切换测试。进入孤网模式以后，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试；
(6)在机组并网状态下，分别开展机组调速器的调频模式参数性能测试、孤网模式参数性能测试。
在本实施例中，发电机组孤网排查优化试验测试流程如图5所示，发电机组调频孤网切换机制构思如图6所示。
孤网机组调速系统在频率长时间同方向大幅度波动之时，控制模式可能存在误切。而目前国内水轮机组调速系统切换机制几乎都采用频差幅度变化作为控制模式切换依据，并未考虑时间(频差变化速率等因素)。
鉴于2015年9月19日锦苏直流双极闭锁导致福建电网频率在23.2秒内从50Hz下降到49.576Hz，因此为避免机组并入大网时电网频率长时间大幅度波动使得调速系统误动作进入孤网控制模式，有必要针对孤网动作逻辑中的频率变化幅度及其变化时间共同进行约束，有待后续完善研究以免机组并入大网时调速系统运行于孤网模式的控制参数而导致影响机组调频能力。
在本实施例中，如图2所示，根据现场试验实例，以某型号发电机组调速控制系统逻辑为例，现提出控制逻辑具体测试步骤及流程：
(1)控制模式参数测试
Step1：针对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展空载模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP等环节测试；
Step2：针对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展调频模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP等环节测试；
Step3：在模拟并网情况下，依次设置KP、KI、KD、BP、死区数值，初步确定、选择一套合理优化的PID环节控制参数，以满足系统对机组一次调频性能的要求；
Step4：针对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展孤网模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP等环节测试；
(2)静态情况控制模式参数切换测试
Step1：进行调频切孤网、孤网切调频切换测试。以调频切孤网阈值±0.60Hz、延时3s；孤网切调频阈值±0.05Hz、延时120s为例子，设置测试频差波形，如下图7至图10所示。
Step2：进入孤网模式以后，为了测试孤网模式下的PID计算逻辑是否正确，以调频切孤网阈值±0.60Hz、延时3s；孤网切调频阈值±0.05Hz、延时120s为例子，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试，如图11至13所示。
(3)导叶(主接力器、主配压阀)执行机构测试
Step1：针对主接力器开展阶跃扰动试验，为了保证设备安全，阶跃大小从小到大依次添加，分别施加±1％、±2％、±5％、±10％、±20％、±100％阶跃扰动
Step2：针对主配压阀开展阶跃扰动试验，为了保证设备安全，阶跃大小从小到大依次添加，分别施加±1％、±2％、±5％、±10％、±20％、±100％阶跃扰动
(4)动态一次调频测试：在60％、80％功率平台分别开展机组调速系统一次调频动态测试，同时考虑避开机组振动区。
Step1：投入监控功率闭环情况下，在60％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
Step2：投入监控功率闭环情况下，在80％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
Step3：退出监控功率闭环情况下，在60％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
Step4：退出监控功率闭环情况下，在80％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
(5)动态监控扰动测试：机组调频投入自动，在60％机组额定功率、80％机组额定功率水平下，分别开展+3％PN、－3％PN、+6％PN、－6％PN监控外环功率阶跃扰动试验，测试机组调速系统在外来手动监控扰动情况下导叶开度指令响应过程以及主配响应、功率响应过程。
(6)动态情况控制模式参数切换测试：扰动方式如第(2)步静态情况控制模式参数切换测试所示，尽量减少扰动的次数。分别在60％机组额定功率、80％机组额定功率水平下开展参数切换扰动测试。
(7)孤网模式下的扰动测试：假设机组调速系统孤网投入阈值为±0.60Hz，延时3s，孤网模式死区设置±0.10Hz；退出阈值为±0.05Hz，延时120s。
Step1：投入监控功率闭环情况下，机组并网，在60％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
Step2：投入监控功率闭环情况下，机组并网，在80％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
Step3：退出监控功率闭环情况下，机组并网，在60％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
Step4：退出监控功率闭环情况下，机组并网，在80％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：排查机组调速器的控制模式及其参数切换机制；
步骤S2：对各种控制模式参数进行实测辨识；
步骤S3：模拟机组并网状态，对各种控制模式切换机制进行验证，其中控制模式切换机制包括调频切孤网、孤网切调频；
步骤S4：机组并网，在动态情况下对各种控制模式切换机制进行验证，其中控制模式切换机制包括调频切孤网、孤网切调频；
步骤S5：进行调频切孤网、孤网切调频切换测试；进入孤网模式以后，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试；
步骤S6：在机组并网状态下，分别开展机组调速器的调频模式参数性能测试、孤网模式参数性能测试。
2.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：在所述模拟机组并网状态时，即在静态情况下，电厂并网运行参数设置为调频模式参数、孤网模式参数，并加上空载模式参数，以频差扰动大小作为控制模式切换判断条件，即进行执行机构参数测试，在调频模式与孤网模式之间进行模式切换；在机组并网，即动态情况下，电厂并网运行参数设置为调频模式参数、孤网模式参数，同样以频差扰动大小作为控制模式切换判断条件，即进行执行机构响应时间测试，在调频模式与孤网模式之间进行模式切换。
3.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：所述控制模式参数包括比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD、调差系数BP、死区DB，对所述控制模式参数进行测试时，包括以下步骤：
步骤S11：对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展空载模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP环节测试；
步骤S12：对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展调频模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP环节测试；
步骤S13：在模拟并网情况下，依次设置KP、KI、KD、BP、死区数值，初步确定、选择一套合理优化的PID环节控制参数，以满足系统对机组一次调频性能的要求；
步骤S14：对KP、KI、KD、BP数值依次置零或者组合置零，开展孤网模式下的纯比例、纯积分、纯微分、KI+BP环节测试。
4.根据权利要求3所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：所述控制模式参数包括比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD、调差系数BP、死区DB，对所述控制模式参数进行测试时，由于微分放大系数一般数值很小，在忽略微分数值前提下，得到水电机组的控制系统传递函数为：
根据式(1)得到水电机组的导叶开度PCV对于频差扰动△f的响应即为带有前馈量的一阶惯性环节，其中惯性环节增益为KP，一阶惯性环节增益大小为1/BP－KP，滤波时间为T＝1/(KI×BP)。
5.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：在静态情况下，对所述控制模式参数进行切换测试，包括以下步骤：
步骤S21：进行调频切孤网、孤网切调频切换测试；
步骤S22：进入孤网模式后，测试孤网模式下的PID计算逻辑是否正确，设置调频切孤网阈值±0.60Hz、延时3s，孤网切调频阈值±0.05Hz、延时120s，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试。
6.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：还对所述水电机组的导叶执行机构进行测试，包括对主接力器与主配压阀的执行机构进行测试：
步骤S31：对主接力器开展阶跃扰动试验，阶跃大小从小到大依次添加，分别施加±1％、±2％、±5％、±10％、±20％、±100％阶跃扰动，用以保证设备安全；
步骤S32：对主配压阀开展阶跃扰动试验，阶跃大小从小到大依次添加，分别施加±1％、±2％、±5％、±10％、±20％、±100％阶跃扰动，用以保证设备安全。
7.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：在所述动态情况下，进行一次调频测试，在60％、80％功率平台分别开展机组调速系统一次调频动态测试，同时避开机组振动区，具体包括以下步骤：
步骤S41：投入监控功率闭环情况下，在60％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S42：投入监控功率闭环情况下，在80％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S43：退出监控功率闭环情况下，在60％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S44：退出监控功率闭环情况下，在80％功率平台上，在考虑死区情况下，退出分别开展±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
8.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：在所述动态情况下，进行动态监控扰动测试时，机组调频投入自动，在60％机组额定功率、80％机组额定功率水平下，分别开展+3％PN、－3％PN、+6％PN、－6％PN监控外环功率阶跃扰动试验，测试机组调速系统在外来手动监控扰动情况下导叶开度指令响应过程以及主配响应、功率响应过程。
9.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：在动态情况下，分别在60％机组额定功率、80％机组额定功率水平下，对所述控制模式参数进行切换测试，包括以下步骤：
步骤S51：进行调频切孤网、孤网切调频切换测试；
步骤S52：进入孤网模式后，测试孤网模式下的PID计算逻辑是否正确，设置调频切孤网阈值±0.60Hz、延时3s，孤网切调频阈值±0.05Hz、延时120s，进行频率随机振荡测试、频率发散振荡测试、频率收敛振荡测试。
10.根据权利要求1所述的一种水电机组孤网排查方法，其特征在于：在所述孤网模式进行扰动测试，设机组调速系统孤网投入阈值为±0.50Hz，延时3s，孤网模式死区设置±0.10Hz；退出阈值为±0.05Hz，延时120s，具体包括以下步骤：
步骤S61：投入监控功率闭环情况下，机组并网，在60％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S62：投入监控功率闭环情况下，机组并网，在80％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S63：退出监控功率闭环情况下，机组并网，在60％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据；
步骤S64：退出监控功率闭环情况下，机组并网，在80％功率平台上，进行阶跃扰动：开展±0.61Hz阶跃扰动，使得机组调速系统控制参数进入孤网模式参数，在此基础上，开展扣除死区后的±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz阶跃扰动，录取机组功率、机组频率、导叶开度、导叶反馈、蜗壳压力、尾水压力、机组实际转速通道数据。
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