专利名称：一种现场孤网仿真试验方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电カ系统领域，特别涉及一种应用于现场试验的孤立电网仿真试验方法，通过在线孤立电网仿真仪进行现场孤网试验，为參与黑启动的水电机组提供孤网运行时调速器參数优化方案，保证水电机组频率调节的稳定性和电カ设备的安全；另外，还涉及实现上述方法的系统。
背景技术：
孤网是孤立电网的简称，一般泛指脱离大电网的小容量电网。最大单机容量小于电网总容量的8%的电网，可以称为大电网，而机网容量比大于8%的电网，统称为小网，孤立运行的小网，则称为孤网，孤网可分为以下几种情况⑴网中有几台机组并列运行，单机与电网容量之比超过8%，称为小网；⑵网中只有一台机组供电，成为单机带负荷； 用负荷带厂用电，称为孤岛运行エ况，是单机带负荷的ー种特例。 孤网运行最突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求机组调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。这就是通常所说的一次调频功能，运行操作人员关注的不再是负荷调整，而是调整孤网频率，使之基本维持在额定频率。这种频率的调整通过操纵机组调速系统的给定机构来完成，称为二次调频。由于孤网容量较小，其中旋转惯量储存的动能和锅炉群所具备的热カ势能均较小，要求机组调速系统具有更高的灵敏度、更小的迟缓率和更快的动态响应。目前，电网中水电机组(水轮发电机组)的启动辅助设备较少，自启动能力强，机组启动快，因此它是电网失电后作为黑启动的首选电源，在无法依靠其它电网送电恢复的条件下，通过具有自启动能力的水电机组带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最終实现整个系统的恢复。同时水电机组也是常用的ー种机组调速系统，当水电机组启动成功后会为局部电网供电，从而形成ー个孤立的小电网。如果孤网运行稳定，则容易同主网并列，恢复正常供电，否则系统将会崩溃，造成大面积停电。因此，在实际操作中，电网管理部门会根据设备及线路检修安排等，有计划地进行水电机组黑启动以及孤网稳定运行试验。然而，真实孤立电网运行的现场试验，需要电网管理部门、电站、用户共同參与，不仅耗费不少的人力物力，而且还经常由于孤立电网エ业用户的原因，出现孤立电网试验条件无法满足要求的情況。为了解决真实孤立电网运行的现场试验中所出现的上述问题，现有采用建立数学模型的方法，具体而言，首先建立电厂引水系统、水轮机、发电机、调速器、孤立电网负荷等的数学模型，再通过仿真孤立电网的运行特性计算来判断孤网运行的稳定性。但是，真实电厂中的各电カ设备与所对应的各数学模型之间在运行參数等方面具有较大差别，而且，各电カ设备在运行期间还存在着不断地改进，如果数学模型未经及时修正，根据数学模型计算获得的结果与实际结果会有不小的偏差，因此，采用建立数学模型的方法无法准确评价孤网运行的稳定性，也不能替代真实孤立电网运行的现场试验。

发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种省时省力、容易实现、可满足孤立电网试验条件要求、确保水电机组频率调节的稳定性、保障各电カ设备安全、可替代真实孤立电网运行现场试验的现场孤网仿真试验方法。本发明的第二个目的在于提供一种实现上述方法的试验系统。本发明的第一个目的通过如下的技术方案来实现一种现场孤网仿真试验方法，其特征在于包括以下步骤⑴将水轮发电机组的主接力器行程、发电机机端输出电压及水轮发电机组的蜗壳压カ分别接入水轮机调速器和机组同期测试系统，水轮发电机组的输出功率分别接入在线孤网仿真仪的有功输入端及水轮机调速器和机组同期测试系统，切換装置的第一输入端与在线孤网仿真仪的频率输出端连接，切換装置的第二输入端与水轮发电机组出口 PT端子 连接，切換装置的输出端分别连接现场调速器的频率输入端子、水轮机调速器和机组同期测试系统；⑵启动在线孤网仿真仪，设置仿真仪试验參数，启动待试验的水轮发电机组，水轮发电机组同主网并列运行，待水轮发电机组所带负荷稳定后，将现场调速器频率信号输入切換由在线孤网仿真仪频率输出信号提供；⑶设定现场调速器不同的PID參数；⑷在线孤网仿真仪仿真孤网负荷变化，当负荷变化的阶跃量为±10%时(负荷变化为水轮发电机组预定输出功率的±10%)，录制水轮发电机组的输出功率、主接力器行程、发电机机端输出电压及在线孤网仿真仪频率输出信号的波形，获得试验结果数据；(5)从上述步骤(4)所得的试验结果数据中选出水轮发电机组频率调节稳定性和速动性较优的ー组作为孤网运行參数。本发明是采用ー种基于“在线孤立电网仿真仪”(在线孤网仿真仪)的中间方法来代替真实孤立电网现场试验。具体是采用在线孤网仿真仪模拟ー个孤网(或ー个地区)的负荷变化，经过计算发送出反映孤网频率变化信号，然后这个被模拟的频率信号送到机组调速系统，响应频率变化而进行负荷调节以保证孤网的频率稳定。其中，机组调速系统包括水轮机控制设备和被控制对象水轮机、发电机、引水系统所组成的闭环系统。本发明可替代真实孤立电网运行现场试验，而且省时省力、可满足孤立电网试验条件要求、确保水电机组频率调节的稳定性、保障各电カ设备安全；与现有建立数学模型的方法相比，能够准确评价孤网运行的稳定性。其中，水轮机调速器和机组同期测试系统是ー个现有的测试设备。作为本发明推荐的实施方式，在所述步骤(2)中，水轮发电机组所带负荷稳定是指负荷变化不超过水轮发电机组预定输出功率的± 10%。作为本发明的一种改进，完成所述步骤(5)后，水轮发电机组在所述孤网运行參数下带电厂厂用电和地区部分用户负荷，通过启停孤网的用电设备，验证水轮发电机组频率调节的稳定性。在本发明所述步骤(3)中，所述调速器PID參数包括永态转差系数bp、比例増益Kp、积分增益Ki、微分增益Kd及人工频率死区Ef。在本发明所述步骤(5)中，采用调节时间、超调量及超调次数指标评价所述水轮发电机组频率调节稳定性和速动性。频率调节稳定性和速动性指标较优是指调节时间TP短、超调次数少、超调量小及衰减速度快的那组试验结果数据。在所述步骤(4)中，负荷变化由水轮发电机组输出功率通过计算，发送出反映孤网频率变化信号，近似计算额定频率附近因功率变化而产生的频率变化数学模犁为
权利要求
1.一种现场孤网仿真试验方法，其特征在于包括以下步骤 ⑴将水轮发电机组的主接力器行程、发电机机端输出电压及水轮发电机组的蜗壳压カ分别接入水轮机调速器和机组同期测试系统，水轮发电机组的输出功率分别接入在线孤网仿真仪的有功输入端及水轮机调速器和机组同期测试系统，切換装置的第一输入端与在线孤网仿真仪的频率输出端连接，切換装置的第二输入端与水轮发电机组出ロ PT端子连接，切換装置的输出端分别连接现场调速器的频率输入端子、水轮机调速器和机组同期测试系统； ⑵启动在线孤网仿真仪，设置仿真仪试验參数，启动待试验的水轮发电机组，水轮发电机组同主网并列运行，待水轮发电机组所带负荷稳定后，将现场调速器频率信号输入切換由在线孤网仿真仪频率输出信号提供； ⑶设定现场调速器不同的PID參数； ⑷在线孤网仿真仪仿真孤网负荷变化，当负荷变化的阶跃量为±10%时，录制水轮发电机组的输出功率、主接力器行程、发电机机端输出电压及在线孤网仿真仪频率输出信号的波形，获得试验结果数据； (5)从上述步骤⑷所得的试验结果数据中选出水轮发电机组频率调节稳定性和速动性较优的ー组作为孤网运行參数。
2.根据权利要求I所述的现场孤网仿真试验方法，其特征在于在所述步骤⑵中，水轮发电机组所带负荷稳定是指负荷变化不超过水轮发电机组预定输出功率的±10%。
3.根据权利要求2所述的现场孤网仿真试验方法，其特征在于完成所述步骤(5)后，水轮发电机组在所述孤网运行參数下带电厂厂用电和地区部分用户负荷，通过启停孤网的用电设备，验证水轮发电机组频率调节的稳定性。
4.根据权利要求3所述的现场孤网仿真试验方法，其特征在于在所述步骤⑶中，所述调速器PID參数包括永态转差系数bp、比例増益Kp、积分增益Ki、微分増益Kd及人工频率死区Ef。
5.根据权利要求4所述的现场孤网仿真试验方法，其特征在于在所述步骤(5)中，采用调节时间、超调量及超调次数指标评价所述水轮发电机组频率调节稳定性和速动性。
6.根据权利要求5所述的现场孤网仿真试验方法，其特征在干在所述步骤(4)中，负荷变化由水轮发电机组输出功率通过计算，发送出反映孤网频率变化信号，近似计算额定频率附近因功率变化而产生频率变化的数学模型为
7.根据权利要求6所述的现场孤网仿真试验方法，其特征在干在所述步骤(4)中，所获得的试验结果数据至少为六组，即当负荷变化的阶跃量为+10%时，获得至少三组试验结果数据；当负荷变化的阶跃量为-10%时，获得至少三组试验结果数据。
8.ー种实现权利要求I所述的现场孤网仿真试验方法的试验系统，其特征在于包括调速器和机组同期测试系统、在线孤网仿真仪及切換装置，水轮发电机组的主接力器行程、发电机机端输出电压及水轮发电机组的蜗壳压カ分别接入水轮机调速器和机组同期测试系统，水轮发电机组的输出功率分别接入在线孤网仿真仪的有功输入端及水轮机调速器和机组同期测试系统，切換装置的第一输入端与在线孤网仿真仪的频率输出端连接，切換装置的第二输入端与水轮发电机组出口 PT端子连接，切換装置的输出端分别接入现场调速器的频率输入端子、水轮机调速器和机组同期测试系统；在线孤网仿真仪模拟孤网的负荷变化，负荷的变化由水轮发电机组输出功率通过计算，发送出反映孤网频率变化信号，现场调速器接收该频率变化信号后，响应该频率变化进行实际孤网的负荷调节。
9.根据权利要求8所述的试验系统，其特征在于所述切换装置是2通道无电联系的切換开关。
10.根据权利要求8或9所述的试验系统，其特征在于所述现场调速器采用非线性调速器。
全文摘要
本发明公开了一种现场孤网仿真试验方法，包括以下步骤⑴将水轮发电机组主接力器行程、发电机机端输出电压、蜗壳压力、机组频率信号及功率分别接入水轮机调速器和机组同期测试系统；⑵水轮发电机组同主网并列运行，水轮发电机组所带负荷稳定，将现场调速器频率信号输入切换由在线孤网仿真仪频率输出信号提供；⑶设定现场调速器不同的PID参数；⑷在线孤网仿真仪仿真孤网负荷变化，当负荷变化阶跃量为±10％时，录制波形；⑸选出水轮发电机组频率调节稳定性和速动性较优的一组作为孤网运行参数。还公开了实现上述方法的试验系统。本发明可替代真实孤网运行现场试验，省时省力、满足孤网试验条件、确保水电机组频率调节稳定性、保障各电力设备安全。
文档编号G01R31/34GK102830352SQ20121026252
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者黄青松, 徐广文, 李玺 申请人:广东电网公司电力科学研究院