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一次调频和参数实测试验方案
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一次调频和参数实测试验方案
1 概述
为保证电网及发电机组安全运行，使并网运行机组随时适应电网负荷和频率的变化，提高电能质量及电网频率的控制水平，就必须充分发挥发电机组一次调频能力，依照《南方区域电厂并网运行管理若干指导意见》和《****发电机组一次调频运行管理规定（试行）》（以下简称为《规定》）的要求，并根据《DL/T496-2001水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》等相关标准，通过对****1号机组进行一次调频试验，检验机组一次调频功能，并在确保机组安全稳定运行的前提下，优化一次调频运行参数，以满足系统对其一次调频性能的要求，同时进行参数辨识研究试验，建立与实际调节系统相吻合的仿真模型，满足电力系统稳定计算的要求。
通过现场试验达到《规定》中所要求的一次调频试验机组应该达到的技术指标如下：
1） 机组一次调频的频率死区控制在±0.034Hz以内；
2） 机组的永态转差率一般为3％～4％；
3） 水电机组参与一次调频的负荷调整幅度不应加以限制；
4） AGC与一次调频能够协调工作，不相矛盾；
5） 机组调速器转速死区小于0.04％；
6） 响应行为：
① 本电站属于额定水头在 50米 及以上的水电机组，按规定其一次调频负荷响应滞后时间应小于3s；
② 当电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组一次调频的负荷调整幅度应在45s内达到一次调频的最大负荷调整幅度的70％；
③在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的60秒内，机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在理论计算的调整幅度±3％以内。
2 依据标准
2.1 《水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》（DL/T496-2001）
2.2 《水轮机电液调节系统及装置技术规程》（DL/T563-2004）
2.3 《水轮机调速器与油压装置技术条件》（GB/T 9652.1-2007）
2.4 《水轮机调速器与油压装置试验验收规程》（GB/T 9652.2-2007）
2.5 《中国南方电网同步发电机原动机及调节系统参数测试与建模导则》（Q/CSG 11402-2009）
3 调速系统模型及基本参数
1） PID调节器
图1 PID调节器仿真模型
2） 机械液压系统模型
图2 机械液压系统仿真模型
3） 基本参数
型号
BLW（S）T-PLC
制造厂家
武汉四创
测频方式
残压+齿盘
调节规律
PID
机械/液压转换装置
伺服比例阀（主用）+数字球阀（备用）
PID调节参数及整定范围
永态转差系数 bp＝0～10％ （分辨率1%）
暂态转差系数 bt＝0～200％（分辨率1%）
积分时间常数 Td＝1～20s （分辨率1s）
加速度时间常数 Tn＝0～3s （分辨率0.1s）
主要调节性能
测频精度 ≤0.0015Hz
静特性转速死区ix＜0.02%
空载频率摆动值 ≤±0.15％（即±0.075Hz）
甩大于25%额定负荷不动时间：≦0.2s
4 测试仪器
测点名称
安装部位
仪器名称
型号
精度
备注
发电机层
水轮机调速器测试系统
TG2000
下文说明
主接力器行程
水轮机层
位移传感器
DT-C
现场设备
蜗壳压力
水轮机层
压力变送器
麦克MPM480
0.2级
发电机有功功率
发电机层
功率变送器
FPWK-201
0.2级
发电机定子电流
交流电流变送器
FPA
0.2级
接力器摆动
水轮机层
千分表
本试验主要的试验仪器为“TG2000系列水轮机调速器测试系统”（以下简称TG2000测试仪），它包含一台测试仪和一台装有测试系统软件的便携式计算机。1路机组频率输入，带隔离，允许输入范围为0.3V～170VAC，在50Hz附近测频分辨率为0.0025％。测量精度：50Hz±1Hz，0.004级；50Hz±5Hz，0.006级。1路仿真机组频率输出，频率为1.9～99Hz，峰-峰值不小于26V方波。在50Hz附近发频分辨率为0.0025％；发频精度在50Hz±5Hz为0.004级。
TG2000测试仪的信号发生器功能模块，可输出缓变和阶跃的频率信号，并能够对采集到的电网频率、机组有功功率、发电机定子电流、发电机机端电压、导叶开度（或接力器行程）等信号进行实时录波、保存，以进行试验后分析、计算调速器参数。
5 试验准备
5.1由电厂提供与机组参数实测试验相关的技术资料，如《调速器系统用户手册及出厂试验报告》等，并负责与调速器生产厂家联系到电厂配合试验工作。
5.2 由****公司电力科学研究院（简称电科院）编制试验方案，并保证试验仪器、仪表合格，测试系统工作正常。
5.3 电厂参照电科院编制的试验方案做好试验前的准备工作。
5.4 电厂应有专人参加此次试验，配合电科院人员的现场工作，并负责与****公司电力调度中心沟通协调。
6 试验内容及方法
6.1 静态试验
6.1.1 试验条件
1） 机组静止，蜗壳未充水，已做好安全隔离措施；
2） 调速系统已按照水轮机调速器与油压装置试验验收规程进行了试验和调整，高压油系统正常，机械锁定解除，调速器具备运行条件。
6.1.2 控制方式切换试验
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bp=4%，bt=28%，Td=7s，Tn=0.1s，Ef=0.2Hz，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
操作调速器使其在机手动—电手动—自动相互切换，观察切换前后导叶开度是否稳定。
2） 试验记录
序号
项目
接力器行程（%）
试验结果
切换前
切换后
变化值
1
自动→电手动
2
电手动→自动
3
自动→机手动
4
机手动→自动
6.1.3 机频断线模拟试验
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bp=4%，bt=28%，Td=7s，Tn=0.1s，Ef=0.2Hz，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
断开K2，模拟机频断线，观察调速器工作情况，有无报警。
2） 试验记录
项目
接力器行程（%）
试验结果
前
后
变化量
断开机频信号
恢复机频信号
6.1.4 静特性试验
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bt=5%，Td=1s，Tn=0s，Ef=0Hz，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
分别设置bp=4%、6%，进入TG2000测试仪静态特性试验界面，设置好相应参数（导叶率定关系、调速器参数、试验点数、已经自动取点时间），自动进行开启和关闭方向的静特性试验，记录每次频率升高、降低稳定后的频率值、对应的接力器行程，并用千分表记录接力器的摆动值（仅记录频率升高或降低时接力器相对行程约为20%、50%和 80%时 3min 的摆动值）。
注意：需明确调速器由负载开度调节模式自动切换至负载频率调节模式的条件，以便进行相应设置，以确保试验过程中调速器调节模式保持不变；由于该调速器采用控制结构自适应和参数自适应调节，故要确保参数修改的正确性。（在调速器检查参数修改的正确性）。
2） 试验记录
试验时，人工设置的机组水头H= m；
阶跃+0.2Hz（由取点数确定，取16点时为0.2Hz），导叶开度稳定时间 s。
调节参数设置记录：
bp
bt
Td
Tn
Ef
原始值
设定值
4%
6%
6.1.5 永态转差系数bp校验
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bt=5%，Td=1s，Tn=0s，Ef=0Hz，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
分别设置bp=2%、4%、6%和8%，改变TG2000测试仪仿真频率信号，测量导叶接力器反馈某两个输出值Y1、Y2及其对应的频率输入值f1、f2，按下式计算各刻度下的永态调差率：
式中：Ymax——接力器最大行程；
fr——额定频率，50Hz。
为确保检验精度，应选择25%和75%行程位置附近为实测点。
2） 试验记录
调节参数设置记录：
bp
bt
Td
Tn
Ef
原始值
设定值
2%
4%
6%
8%
bp=2%校验记录：
频率（Hz）
50.50
50.25
49.75
49.50
开方向导叶接力器行程（%）
关方向导叶接力器行程（%）
bp=4%校验记录：
频率（Hz）
51.00
50.50
49.50
49.00
开方向导叶接力器行程（%）
关方向导叶接力器行程（%）
bp=6%校验记录：
频率（Hz）
51.50
50.75
49.25
48.50
开方向导叶接力器行程（%）
关方向导叶接力器行程（%）
bp=8%校验记录：
频率（Hz）
52.00
51.00
49.00
48.00
开方向导叶接力器行程（%）
关方向导叶接力器行程（%）
数据文件名：
6.1.6 人工频率死区校验
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bp=4%，bt=28%，Td=7s，Tn=0.1s，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
分别设置Ef为0.02%（±0.01Hz）、0.04%（±0.02Hz）、0.06%（±0.03Hz）和0.08%（±0.04Hz），采用图4所示方法进行校验，在正和负转速阶跃之间变换起始阶跃，重复该试验，每个死区设定值下的完整试验由4个交替步骤组成，测得DB减去ix即为Ef。
图4 Ef设值校验
2） 试验记录
调节参数设置记录：
bp
bt
Td
Tn
Ef
原始值
设定值
0.02%
0.04%
0.06%
0.08%
实测频率死区：
Ef
0.02%
（±0.01Hz）
0.04%
（±0.02Hz）
0.06%
（±0.03Hz）
0.08%
（±0.04Hz）
实
测
值
上扰
下扰
数据文件名：
6.1.7 PID调节参数（bt、Td）的校验
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bp=0%，bt=28%，Td=7s，Tn=0s，Ef=0Hz，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
采用时域法辨识参数，即通过TG2000测试仪仿真±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz的频率阶跃，记录调节器输出Ypid信号的相应过程（如5所示），每个频率阶跃重复三次。
图5 调节器输出的过渡过程曲线一
图5中OBC为过渡过程曲线，将直线段BC反向延长，与时间轴（t轴）交于A点，与yu轴交于D点，则 。
bt和Td可由下式计算得到：
2） 试验记录
调节参数设置记录：
bp
bt
Td
Tn
Ef
原始值
设定值
数据文件名：
6.1.8 PID调节参数（Tn）的校验
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bp=0%，bt=200%，Td=20s，Tn=0.1s，Ef=0Hz，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
采用时域法辨识参数，即通过TG2000测试仪仿真±0.10Hz、±0.15Hz、±0.20Hz的频率阶跃，记录调节器输出Ypid信号的相应过程（如6所示），每个频率阶跃重复三次。
图6 调节器输出的过渡过程曲线二
Tn可由下式计算得到：
或 （忽略τ值）
（微分衰减时间常数，改变T1v值后重新测试）
2） 试验记录
PID数字调节器的采样周期为τ= ms；
微分时间常数T1v= s。
调节参数设置记录：
bp
bt
Td
Tn
Ef
原始值
设定值
数据文件名：
6.1.9 接力器最短关闭与开启时间测定
1） 试验方法
主配压阀行程限位置于整定值，电转行程限位置于整定值；远方/现地选择开关置于现地，机手动/自动/电手动选择开关在自动位置。
通过触摸屏直接设定导叶开度（0％&100%），由TG2000测试仪记录接力器动作过程。取接力器由开度75%移动至25％和由开度25%移动至75％所需时间的两倍作为最短关闭和开启时间。（注意：若有分段关闭装置，将其退出工作。）
2） 试验记录
最短关闭时间
s
最短开启时间
s
数据文件名：
6.1.10 接力器反应时间常数Ty测定
1） 试验方法
按图3接好线，K1断开，K2合上；调速器现地自动，频率给定为50Hz，TG2000测试仪仿真机频50Hz，bp=0%，bt=3%，Td=20s，Tn=0s，Ef=0Hz，液压随动系统放大倍数为整定值，退出频率跟踪和按水头限开度；调速器运行，负载开度调节模式，机组模拟并网，开限全开，开度给定为50%。
通过TG2000测试仪依次仿真±0.001Hz、±0.005Hz、±0.007Hz、±0.010Hz、±0.015Hz、±0.020Hz、±0.030Hz的频率阶跃，记录调节器输出、主配压阀和接力器的响应过程，每个频率阶跃重复三次。
2） 试验记录
调节参数设置记录：
bp
bt
Td
Tn
Ef
原始值
设定值
数据文件名：
6.2 空载试验
1） 试验条件
被测试机组各系统及设备工作正常，具备开机带额定负荷运行的条件。
2） 试验方法
将机频、调节器输出Ypid信号、接力器行程反馈信号和蜗壳压力信号接入TG2000测试仪，如图7所示；调速器自动，退出频率跟踪，频率给定为48Hz。
图7 空载试验接线
远方开机至空载工况，待机组转速稳定后，通过触摸屏直接设定，将频率给定由48Hz改为52Hz，记录机频、调节器Ypid输出、主配压阀行程和接力器行程的过渡过程；待机组转速稳定后，将频率给定由52Hz恢复为48Hz，重复试验。
注意，调速器空载运行时为频率调节模式。
3） 试验记录
超调量
波动次数
调节时间
48→52Hz
52→48Hz
数据文件名：
6.3 负载试验
6.3.1 试验条件
机组运行正常，调节控制系统稳定，各项动态试验均已完成，符合规程要求，具备开机带额定负荷运行条件。
6.3.2 一次调频响应时间测试
1） 试验方法
按图8接好线，K1闭合，K2断开；bp=4%，Ef=0.06%，其它参数保持不变；调速器现地自动，频率给定为50Hz，退出频率跟踪，退出按水头限开度功能。
图8频率阶跃响应测试接线图
远方开机，待机组并网后，断开K1，合上K2；现地操作增、减按钮，将机组负荷设置为80MW。
通过TG2000测试仪分别于额定网频基础上施加正负阶跃（±0.1Hz、±0.15Hz、±0.2Hz、±0.25Hz）和斜坡（±0.1Hz/10s、±0.15Hz/10s、±0.2Hz/10s）扰动信号，每个模拟扰动信号持续150s，记录机组有功功率、导叶接力器行程和蜗壳压力的响应过程。
备注：该项试验要在最高、额定和最低三个水头段下重复进行。
2） 试验记录
调节参数设置记录：
bp
bt
Td
Tn
Ef
原始值
设定值
试验记录表格：
扰动频率(Hz)
频率差
△f(Hz)
起始功率(MW)
扰动稳定后功率(MW)
功率调节量△P(MW)
负荷调节幅度(%)
负荷响应滞后时间(秒)
负荷调节幅度达90%时间(秒)
负荷调整稳定时间(秒)
阶跃
+0.10
-0.10
+0.15
-0.15
+0.20
-0.20
+0.25
-0.25
斜坡（10s）
+0.10
-0.10
+0.15
-0.15
+0.20
-0.20
数据文件名：
6.3.3 一次调频动作死区测试
1） 试验方法
频率阶跃响应测试完后，采用校验人工频率死区的方法测定一次调频动作死区，参见 6.1.6 。
2） 试验记录
一次调频动作死区
频率上扰
Hz
频率下扰
Hz
数据文件名：
6.3.4 跟踪网频试验
1） 试验方法
试验接线如图9所示，bp=4%，Ef=0.06%，其它参数保持不变；调速器现地自动，频率给定为50Hz，退出频率跟踪，退出按水头限开度功能。
图9 实际电网频率变化响应测试接线图
远方开机，机组并网后，现地操作增、减按钮，将机组负荷设置为80MW。
针对AGC投与不投两种方式，采用TG2000测试仪分别录制电网频率超出一次调频死区后机组有功功率、导叶接力器行程和蜗壳压力的过渡过程。
2） 试验记录
数据文件名：
6.3.5 甩负荷试验
1） 试验方法
试验接线如图10所示，将调节参数恢复至设定值，调速器现地自动，频率给定为50Hz，退出频率跟踪，退出按水头限开度功能。
图10 甩负荷试验接线
远方开机，机组并网后，现地操作增、减按钮，依次将机组负荷设置为25%、50％、75％和100％额定负荷，而后手动断开机组出口开关，采用TG2000测试仪记录机组频率、接力器行程、发电机定子电流和蜗壳压力等的变化过程。
注意，每次甩完负荷后，都需要对机组进行检查，确认设备运行正常后，方可接着进行下一次甩负荷试验。
2） 试验记录
数据文件名：
7 试验组织与分工
1）试验由****水电厂、****电力调度中心、广东电力科学研究院、调速器生产厂家等相关人员组成一次调频和参数实测试验工作小组。
2） 机组参数实测试验由****水电厂全面负责，并由生产技术部门负责具体试验组织工作。
3） ****水电厂安全监察部门负责试验全过程安全监督并负责制定和实施现场安全措施。
4） ****水电厂检修维护部门负责试验现场配合及协调工作（制定安全措施、办理工作票、试验接线、调整设备定值等）。
5） ****水电厂运行部门负责试验有关的操作、监视及与电网调度的联系等。
6）调速器生产厂家的技术人员配合现场试验的参数及流程修改、调试，并负责将调节系统调节器Ypid输出信号引出（±10V的电压信号）。为实现一次调频与AGC的协调控制，需要增加软件功能。详见需要厂家配合的工作说明。
7）****公司电力科学研究院负责编写试验大纲，并负责现场试验的技术工作（试验数据采集、分析、计算和整理，编写试验报告等），并提供必要的技术服务。
8） ****公司电力调度中心负责审核试验方案，并在试验时进行调度指挥和指导。
8 试验安全措施及安全注意事项
1）试验前，检查并记录试验机组调速器各相关参数，详细审核机组控制策略，确保各项功能及参数设置完全满足试验及投入运行后的技术指标要求，必要时对调速器的功能进行完善；
2） 接线正确无误，防止干扰信号串入试验网频信号回路；
3） 试验仪器可靠，有防止仿真频率信号随意波动的措施；
4）试验要严格按照试验方案进行，运行操作、参数调整等工作应服从指挥、密切配合，确保试验顺利进行，遇有机组异常时立即终止试验，待原因查清、故障排除并确认无误后方可重新进行试验；
5） 试验中，随时与电力调度中心保持联系，听从调度命令，并在机组调速器旁边安排运行人员监视；
6） 试验要避开机组的振动区或不稳定负荷区；
7） 试验过程中，将调速器开限限制在不得超出当时水头下机组最大出力的导叶开度值，防止机组过调；
8） 试验结束后，检查并恢复试验机组调速器相关参数值。
9 试验计划时间及参加人员
计划试验时间：
年 月 日 至 年 月 日
参数实测试验工作小组成员：
组 长：
副 组 长：_______
电厂检修技术人员：_______、_______、_______ ；
电厂运行人员：_______、_______、_______。
****公司电力科学研究院成员：_______、_______、_______。
调速器生产厂家（ 公司）成员：_______。
10 试验时间安排
第一天，确定调速器软件修改方案，调速器生产厂家将软件修改好，具备一次调频功能，试验仪器接线。
第二天，做静态试验。
第三天，做动态试验。
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