CN111896833B - 一种离线实时的动态频响试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离线实时的动态频响试验方法，它包括：步骤1、原动机组启动正常，且不并入公共大电网，通过可调负载装置接带试验负荷；步骤2、实时采集真实电网频率信号，接入原动机控制系统；步骤3、原动机控制系统根据电网频率信号变化情况进行响应和调节；步骤4、采集原动机控制系统和运行参数的动作变化情况；步骤5、对采集参数进行计算分析，判断是否满足频响试验要求；解决了目前频响试验只能采用静态阶跃模拟和直接并入电网试验，缺乏进一步试验环节，不易对频响试验进行全方位多层次的试验检查，易造成机组安全运行隐患的问题。

Description

一种离线实时的动态频响试验方法

技术领域

本发明属于发电设备测试技术领域，具体涉及一种离线实时的动态频响试验方法。

背景技术

随着电力事业的迅速发展，在传统能源的基础上大规模的新能源并入电网，这就使得电网频率问题日益突出。当某台机组发生故障停机就会在电网中产生极大影响，反应在电网频率上则会出现大的频率波动，频率波动超过一定限值时，则会对电网及电网上的接入设备够成严重威胁。因此为了满足电网运行的基本要求，需要开展一次调频等频响试验，是保证电厂设备安全性的重要手段，更是保证电网频率稳定的关键。

目前频响试验有静态试验和动态试验两个部分，静态试验采用在机组停机状态，通过信号发生器单个输入频率阶跃信号，观察机组调节控制系统变化，动态试验采用机组并入电网运行，在调节控制系统中输出频率阶跃信号，观察机组调节过程，此试验方法主要存在以下缺陷。一是输出的是单个阶跃信号，但由于实际的电网频率是不断变化的，因此与实际电网频率在幅频特性上存在较大差异。仅靠阶跃响应不能得出一次调频的诸如快速跟随、正负向波动等的调节特性。二是机组实际并入电网，如试验过程中发生调节控制系统异常容易造成电网低频振荡等事故，威胁电网安全稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种离线实时的动态频响试验方法，能够实现机组不并入电网开展实时频响试验，既保证原动机响应实时真实的电网频率，又不会对电网造成负荷波动等影响，解决了目前频响试验只能采用静态阶跃模拟和直接并入电网试验，缺乏进一步试验环节，不易对频响试验进行全方位多层次的试验检查，易造成电网和机组安全运行隐患的问题。

本发明的技术方案是：

一种离线实时的动态频响试验方法，它包括：

步骤1、原动机组启动正常，且不并入公共大电网，通过可调负载装置接带试验负荷；

步骤2、实时采集真实电网频率信号，接入原动机控制系统；

步骤3、原动机控制系统根据电网频率信号变化情况进行响应和调节；

步骤4、采集原动机控制系统和运行参数的动作变化情况；

步骤5、对采集参数进行计算分析，判断是否满足频响试验要求。

所述可调负载装置控制试验负荷在0～100％额定容量中调节，可调负载装置接在发电机出口的主变上或接在厂用变上。

所述原动机为汽轮机、水轮机、燃气轮机或压缩空气储能膨胀机，并附带相应发电机。

所述启动正常指原动机从静止状态冲转启动，达到额定转速，发电机机端电压升至额定值。

所述采集原动机控制系统和运行参数包括：包括原动机控制系统输出各个进口调节阀门开度指令信号、各个进口调节阀门开度反馈信号、做功工质压力、温度及流量、转速和发电机有功功率。

所述对采集参数进行计算分析的内容包括转速不等率、调节死区、响应滞后时间、稳定时间、响应速度、负荷变化上限幅值、负荷变化下限幅值、控制系统延迟时间、执行机构延迟时间和迟缓率。

所述转速不等率为汽轮机控制系统静态特性曲线斜率，采用对应空负荷与满负荷的转速差值与额定转速比值的百分数计算，公式为：

式中：δ为转速不等率，△n为转速变化量，n₀为额定转速；

所述调节死区为调节系统在额定转速附近对转速差或频率差的不灵敏区，计算公式为：

其中y—输出；x—输入；

所述响应滞后时间为阶跃试验中，从阶跃信号加入开始到被控量变化至1％阶跃量所需时间。

所述稳定时间为从起始时间开始，到被控量达到与最终稳态值之差的绝对值始终不超过5％阶跃量的稳态值的最短时间；

所述响应速度为从输入信号加入到被控量发生变化的时间间隔；

所述负荷变化上限幅值为一次调频大幅度变负荷时，保证机组安全运行的最大负荷幅值；

所述负荷变化下限幅值为一次调频大幅度变负荷时，保证机组安全运行的最小负荷幅值；

所述控制系统延迟时间为从输入信号加入到控制系统开始动作的时间间隔；

所述执行机构延迟时间为从输入信号加入到执行机构开始动作的时间间隔；

所述迟缓率为调节系统各部件动作迟缓程度

式中：ε为迟缓率，n₂、n₁分别为相同阀位时的上升转速和下降转速，n₀为额定转速。

所述响应滞后时间计算方法为控制系统延迟时间加上执行机构延迟时间，如响应滞后时间不合格，则根据控制系统延迟时间和执行机构延迟时间的长短判断是控制系统问题还是执行机构问题。

本发明有益效果：

本发明能够实现机组不并入电网而通过试验负荷来开展实时频响试验，且频率值来源于电网实际频率值取代静态阶跃模拟值，既保证原动机响应实时真实的电网频率，又不会对电网造成负荷波动等影响；解决了目前频响试验只能采用静态阶跃模拟和直接并入电网试验，缺乏进一步试验环节，不易对频响试验进行全方位多层次的试验检查，易造成机组安全运行隐患的问题。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种离线实时的动态频响试验方法，包括S1原动机组启动正常，不并入公共大电网，接带负荷。S2实时采集真实电网频率信号，接入原动机控制系统。S3原动机控制系统根据频率信号变化情况，进行响应和调节。S4采集原动机控制系统和运行参数的动作变化情况。S5对采集参数进行分析，判断是否满足频响试验要求。

所述原动机为汽轮机、水轮机、燃气轮机或压缩空气储能膨胀机，附带相应发电机。

原动机从静止状态冲转启动，达到额定转速，发电机机端电压升至额定值，不并入公共大电网，通过可调负载装置接带试验负荷。

可调负载装置能够控制试验负荷在0～100％额定容量中调节，可以接在发电机出口的主变上，也可以接在厂用变上。

可调负载装置采用LB-25000KVA-390-J型。

通过发电机控制系统实时采集真实公共大电网的频率信号，接入原动机控制系统中的频率信号采集模块。

原动机控制系统根据频率信号变化情况，按照设定的控制策略，调节原动机进口调节阀门，改变做功工质流量，调整原动机发电功率。

通过试验测量仪器采集原动机控制系统和运行参数的动作变化情况。包括原动机控制系统输出各个进口调节阀门开度指令信号，各个进口调节阀门开度反馈信号，做功工质压力、温度及流量，转速，发电机有功功率。

对采集参数进行计算，包括转速不等率、调节死区、响应滞后时间、稳定时间、响应速度、负荷变化上限幅值、负荷变化下限幅值、控制系统延迟时间、执行机构延迟时间、迟缓率，判断是否满足频响试验要求。

转速不等率：汽轮机控制系统静态特性曲线斜率，采用对应空负荷与满负荷的转速差值与额定转速比值的百分数计算。

式中：δ为转速不等率，△n为转速变化量，n₀为额定转速。

调节死区：调节系统在额定转速附近对转速差或频率差的不灵敏区，计算公式为：

其中y—输出；x—输入。

响应滞后时间：阶跃试验中，从阶跃信号加入开始到被控量变化至1％阶跃量所需时间。

稳定时间：从起始时间开始，到被控量达到与最终稳态值之差的绝对值始终不超过5％阶跃量的稳态值的最短时间。

响应速度：从输入信号加入到被控量发生变化的时间间隔。

负荷变化上限幅值：一次调频大幅度变负荷时，保证机组安全运行的最大负荷幅值。

负荷变化下限幅值：一次调频大幅度变负荷时，保证机组安全运行的最小负荷幅值。

控制系统延迟时间：从输入信号加入到控制系统开始动作的时间间隔。

执行机构延迟时间：从输入信号加入到执行机构开始动作的时间间隔。

迟缓率：调节系统各部件由于摩擦、卡涩、不灵活以及连杆等结合处的间隙、错油门的重叠度等因素造成的动作迟缓程度。

式中：ε为迟缓率，n₂、n₁分别为相同阀位时的上升转速和下降转速，n₀为额定转速。

根据以上计算指标与试验规定值相比较，判断是否满足试验要求。

响应滞后时间计算方法为控制系统延迟时间加上执行机构延迟时间。

如响应滞后时间不合格，根据控制系统延迟时间、执行机构延迟时间的长短，判断是控制系统问题还是执行机构问题。

Claims (8)

1.一种离线实时的动态频响试验方法，它包括：

步骤1、原动机组启动正常，且不并入公共大电网，通过可调负载装置接带试验负荷；所述可调负载装置控制试验负荷在0～100％额定容量中调节，可调负载装置接在发电机出口的主变上或接在厂用变上；

步骤2、实时采集真实电网频率信号，接入原动机控制系统；

步骤3、原动机控制系统根据电网频率信号变化情况进行响应和调节；

步骤4、采集原动机控制系统和运行参数的动作变化情况；

步骤5、对采集参数进行计算分析，判断是否满足频响试验要求。

2.根据权利要求1所述的一种离线实时的动态频响试验方法，其特征在于：所述原动机为汽轮机、水轮机、燃气轮机或压缩空气储能膨胀机，并附带相应发电机。

3.根据权利要求1所述的一种离线实时的动态频响试验方法，其特征在于：所述启动正常指原动机从静止状态冲转启动，达到额定转速，发电机机端电压升至额定值。

4.根据权利要求1所述的一种离线实时的动态频响试验方法，其特征在于：所述采集原动机控制系统和运行参数包括：包括原动机控制系统输出各个进口调节阀门开度指令信号、各个进口调节阀门开度反馈信号、做功工质压力、温度及流量、转速和发电机有功功率。

5.根据权利要求1所述的一种离线实时的动态频响试验方法，其特征在于：所述对采集参数进行计算分析的内容包括转速不等率、调节死区、响应滞后时间、稳定时间、响应速度、负荷变化上限幅值、负荷变化下限幅值、控制系统延迟时间、执行机构延迟时间和迟缓率。

6.根据权利要求5所述的一种离线实时的动态频响试验方法，其特征在于：

所述转速不等率为汽轮机控制系统静态特性曲线斜率，采用对应空负荷与满负荷的转速差值与额定转速比值的百分数计算，公式为：

式中：δ为转速不等率，△n为转速变化量，n₀为额定转速；

所述调节死区为调节系统在额定转速附近对转速差或频率差的不灵敏区，计算公式为：

其中y—输出；x—输入；

所述响应滞后时间为阶跃试验中，从阶跃信号加入开始到被控量变化至1％阶跃量所需时间。

7.根据权利要求5所述的一种离线实时的动态频响试验方法，其特征在于：

所述稳定时间为从起始时间开始，到被控量达到与最终稳态值之差的绝对值始终不超过5％阶跃量的稳态值的最短时间；

所述响应速度为从输入信号加入到被控量发生变化的时间间隔；所述负荷变化上限幅值为一次调频大幅度变负荷时，保证机组安全运行的最大负荷幅值；

所述负荷变化下限幅值为一次调频大幅度变负荷时，保证机组安全运行的最小负荷幅值；

所述控制系统延迟时间为从输入信号加入到控制系统开始动作的时间间隔；

所述执行机构延迟时间为从输入信号加入到执行机构开始动作的时间间隔；

所述迟缓率为调节系统各部件动作迟缓程度

式中：ε为迟缓率，n₂、n₁分别为相同阀位时的上升转速和下降转速，n₀为额定转速。

8.根据权利要求5所述的一种离线实时的动态频响试验方法，其特征在于：所述响应滞后时间计算方法为控制系统延迟时间加上执行机构延迟时间，如响应滞后时间不合格，则根据控制系统延迟时间和执行机构延迟时间的长短判断是控制系统问题还是执行机构问题。