一次调频和参数实测试验方案

1、一次调频和参数实测试验方案电力科学研究院 2009年12月目录 1概述.12依据标准.13调速系统 模型及基本参数 .24测试仪器 .35试验准备 .36试验内容及方法 .46.1 静态试验 .46.1.1试验条件 .46.1.2 控制方式切换试验 .46.1.3机频断线 模拟试验.56.1.4静特性试验 .56.1.5永态转差系数 bp 校验.66.1.6人 工频率死区校验 86.1.7PID调节参数（bt、Td）的校验96.1.8PID调节 参数（Tn）的校验106.1.9接力器最短关闭与开启时间测定 116.1.10 接力器反应时间常数Ty测定126.2空载试验136.3负载试验1463

2、1 试验条件.146.3.2一次调频响应时间测试 .146.3.3一次调频动作死区 测试.156.3.4跟踪网频试验 .166.3.5甩负荷试验.177 试验组织与分 工.178 试验安全措施及安全注意事项 .189 试验计划时间及参加人 员.191 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

3、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士 0.034H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： 本电站属于额定水头在 50 米及

4、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;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%;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 士 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/T9652.1-2007） 2.4水轮机调速器与油压装置 试验验收规程（G

5、B/T9652.2-2007） 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/CSG11402-2009） 3 调速系统模型及基本参数1） PID调节器图1PID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= 010% （分辨率1%）暂态转差系数bt = 0200% （分 辨率1%）积分时间常数Td= 120s （分辨率1s）加速度时间常数Tn

6、=03s （分辨率0.1s）主要调节性能测频精度 0.0015H静特性转速死 区ixv0.02%空载频率摆动值 0.15 （即士0.075H）甩大于25%额定 负荷不动时间：三0.2s4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 MPM4800.2级发电机有功功率发电机层功率变送器 FPWK-2010.2级发 电机定子电流交流电流变送器 FPA0.2级接力器摆动水轮机层千分表本 试验主要的试验仪器为“TG200系列水轮机调速器测试系统”（以下简 称TG2000

7、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 0.3V170VAC， 在50Hz附近测频分辨率为0.0025%。测量精度：50Hz士 1H?0.004级； 50Hz士 5HZ0.006级。1路仿真机组频率输出，频率为 1.999Hz,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士 5H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

8、、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

9、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

10、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

11、 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

12、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：bpbtTdTnEf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,

13、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丫1、Y2及其对应的频率输入值fl、2,按下式计算各刻度下的永态调差率：式中：Yma 接力器最大行程；fr额定频率，50Hn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：bpbtTdT nEf原始值设定值 2%4%6%8%bp=

14、2%校验记录：频率（Hz） 50.5050.2549.7549.50 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） 51.0050.5049.5049.00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） 51.5050.7549.2548.50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） 52.0051.0049.0048.00 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；

15、 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二0.1s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（士 0.01H） 0.04% （ 士 0.02H） 0.06% （ 士 0.03Hz 和 0.08% （ 士 0.04H）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4Ef设值校验

16、2）试验记录调节参数设置记录：bpbtTdTnEf 原始值设定值 0.02%0.04%0.06%0.08%实测频率死区： Ef0.02%（0.01H）z0.04% （ 士 0.02Hz 0.06% （ 士 0.03Hz 0.08% （ 士 0.04Hz 实测值上扰下扰 数据文件名：6.1.7PID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

17、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测试仪仿真士 0.10Hz 士 0.15Hz 士 0.20H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，贝聽bt和Td可由下式计算得到：2）试验记录调节 参数设置记录：bpbtTdT nEf原始值设定值数据文件名：6.1.8PID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50

18、Hz,TG2000测试仪仿真机频50Hz,bp=0%, bt=200%, Td=20s Tn二0.1s 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测试仪仿真士 0.10Hz 士 0.15Hz 士 0.20H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 t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

19、t =m;微分时间常数T1v=s调节参数设置 记录：bpbtTdTnEf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 1 00%），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

20、 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测试仪依次仿真士 0.001H、士 0.005Hz 士 0.007Hz 士 0.010Hz 士 0.015Hz 士 0.020Hz 士 0.030HZ勺频率阶跃，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

21、记录：bpbtTdTnEf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）

22、试验记录超调量波动次数调节时间48-52Hz5248Hz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.

23、1H、z0.15H、z0.2H、z 士 0.25H）和斜坡（士 0.1HZ/10、士 0.15HZ/10、士 0.2Hz/1C）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：bpbtTdT nEf原始值 设定值试验记录表格：扰动频率 （Hz濒率差 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

24、.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：634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

25、、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