调速系统

近年来，我国年工业生产总值不断提高，但是能耗比却居高不下，高能耗比已成为制约我国经济发展的瓶颈，为此国家投入大量资金支持节能降耗项目，其中高压变频调速技术已越来越广泛的应用在各行各业，它不仅可以改善工艺，延长设备使用寿命，提高工作效率等，最重要的是它可以“节能降耗”，这一点已被广大用户所认可，且深受关注。从1998年开始，利德华福人通过一年开发，一年开局试验，一年市场考验，其研发制作的HARSVERT-A系列高压变频调速系统，完全具有自主知识产权，适合国内电网特性，符合国内用户使用习惯。该系列高压变频调速系统自2000年投入国内市场后，在市政供水、电力、冶金、石油、石化、水泥、煤炭等行业陆续投入运行。由于安装便捷、操作简单、运行稳定、安全可靠、维护方便，并在节能、节电、省人、省力、自动控制、远程监控等方面效果显著，以及优异的产品性价比和周到的服务，受到用户的广泛欢迎。

随着新能源占比的提升，系统惯性降低、调频资源减少，系统频率稳定问题严峻。因此在新型电力系统运行方式多变的背景下，如何快速精准评估大功率扰动下系统频率安全指标显得尤为重要。其中频率最低值指标由于与多种参数存在高度非线性且无法显式表达的量化关系而难以实现快速准确预测，是频率稳定安全指标评估的研究重点。然而，目前频率最低值快速预测方法难以考虑调频备用的影响。为此，基于系统频差曲线抛物线近似的假设，对平均系统频率(average system frequency, ASF)模型进行开环解耦，进一步得出系统频率最低值时间与调速器输出功率之间的量化关系，最终实现考虑调频备用容量的频率最低值快速预测方法。该方法在小系统和ACTIVSg2000算例上的预测精度分别为99.28%和97.71%，算例结果证明了算法的有效性。该方法对频率安全约束下机组组合、频率稳定控制措施的有效性评估以及频率稳定约束下系统新能源运行承载能力评估等问题具有重要意义。

4月18日，南网储能公司研发的我国首个全自主可控大型抽水蓄能机组数智调速系统“XS—1000G”通过中国电器工业协会组织的科技成果鉴定，整体达到国际先进水平，其中，基于云边端协同的数智调速系统状态智能分析与故障预警、多接力器同步协调控制技术等达到国际领先水平。这标志着我国在抽水蓄能机组关键控制保护技术全面自主可控上取得了实质性突破，有力增强了我国抽水蓄能产业链供应链的竞争力和安全性。

本项目建立了复合型主配压阀结构模型，实现了主配压阀和分段关闭一体化控制，大幅提高机组调节响应速度，有效提高电网电能质量。提出工字形窗口节流控制方法，降低了控制过程中的液压冲击，解决主配压阀控制稳定性难题。3.提出锥面感应非接触位移检测方法，解决了主配振动、阀芯旋转、传感器磨损引起的测量误差等难题，延长了设备使用寿命及维护周期。效果:实现了满足特大型水轮机调速系统主配压阀高响应速度、高稳定性、高可靠性的控制目标，得到实际应用和有效验证，从根本上解决了主配压阀影响水电站和电力系统稳定运行的问题。知识产权:申请5项发明专利(4项已授权)、3项实用新型专利(均已授权);核心期刊发表论文6篇。

当前大型火力发电机组均投入一次调频功能，并根据电网稳定性和安全性的要求，一次调频机组要在规定时间内完成电网规定的机组负荷动作量。目前大型机组采用的比较成熟的一次调频控制方式主要策略是由 DEH 调节和 CCS 控制两部分组成，其中 DEH 主要负责一次调频动作量的快速调节，在一次调频动作开始的数秒内完成动作量的大部分；CCS 负责在接下来的时间里完成调频动作量剩余部分的调节和稳定机组负荷的作用。由于现行火电机组不同参数型号不同，机组负荷不稳定，控制参数设置各不相同，还有设备等因素，造成现在许多火电机组一次调频功能不能够完全达到电网的技术要求，主要体现在一次调频负荷动作量不足，一次调频时间不不达标等问题。一次调频机组不能完成一次调频任务会造成电能质量下降，电网稳定和安全性下降等严重后果，因此通过技术改进使得一次调频功能完全达标具有重要的经济和安全意义。 2004 年罗（平）—马（广西马窝）500KV 输电线跳闸引发云南电网频率大幅度波动，造成大朝山电厂机组误甩负荷事故，其主要原因来自汽机调速系统的内部功能实现。事故发生时不仅没有对电网频率稳定起到有益作用，反而加剧了电网频率波动。因此，在西电东送，南北互联的条件下，我国将形成全国联网的巨型电网，如果出现电网重大事故，其规模和造成的损失有可能大幅度增加。因此，保证大规模互联电网的安全、稳定和经济运行是一个重大而迫切的问题，必须作为一个重大战略问题解决。因此，为了保证电力系统的稳定性，有必要对机组参与电网一次调频的特性进行了系统的分析，给出了机组调频死区与一次调频容量以及负荷扰动之间的关系，指导机组调节系统调频死区的设置和电网一次调频容量的选择。为此，本课题的主要内容是通过理论分析和试验研究，确定 DEH 调节系统中合理的一次调频频差系数、调频死区，制定机组参数设置的准则，确定采用 DEH 控制系统机组的试验验收规范，保证电网调度部门获得机组全面、规范、可靠的一次调频参数和调频能力，使得负荷调度更加合理可靠。

抽水蓄能机组微机调速器是实现机组开停机控制、调节机组出力、维持机组转速乃至系统频率稳定的重要设备。目前，国内各电力生产单位在进行机组调速器现场调试时均采用经验理论的方式方法来确定运行控制参数，即现场调试技术人员完全根据个人经验进行摸索，不断地试验，直至个人认为试验性能最好时记录到的参数就成为调速器的最优控制参数。这样的调试方法不但耗时较长而且容易对机组及电网产生其他不利影响，产生较大的安全隐患。为避免今后新调速器设备投运前调试或投运后需优化调速器控制参数时无任何参考依据的整端，广蓄电厂自动化技术人员设计了基于高阶线性系统参考模型的抽水蓄能机组调速系统参数优化算法，自主创新地使用Matlab开发了的抽水蓄能机组调速系统参数整定及动态仿真软件，对调速器在蓄能机组各工况下（发电工况、抽水工况、拖动工况）的控制参数进行自动整定，为设备调试提供了便利的工具，为设备优化运行提供了较高的参考依据。

项目研发了能精确反映水电机组引水系统和原动机水力特性的调速系统独立仿真装置，建立了独立的火电厂动力系统高精度物理仿真模型，实现了仿真装置与数字仿真平台的有效融合和数模混合并行仿真；提出了基于小步长（2us）的多物理装置并行实时仿真方法，实现了对不同步长和时间尺度的全过程高精度统一仿真，解决了风机、光伏等新能源设备及FACTS等高频开断的电力电子设备在大型互联电网中的数模混合闭环仿真难题：提出一种具备4万节点超大规模电网及多类型电源监控物理装置动态模拟方法，突破了电网仿真规模及多类型电源控制装备准确模拟的难题；项目研制出基于“优化电磁暂态模型及算法”及“适配多场景电气试验接口”的便携式仿真测试装置，解决了现场模拟机组并网和负载试验的问题。 依托项目成果建成“网源协调数模混合仿真试验室”，并成为“电网安全与节能国家重点实验室”的核心组成部分，取得发明专利授权14项，形成国际标准1项、行标2项、企标1项，发表论文32篇。

本项目通过对事故配压分段关闭阀结构及调速器控制程序进行优化处理，彻底解决了机组投运时调速系统存在的问题，目前，南京南瑞集团公司设计生产的调速器在市场应用上相对较少，在设备结构与控制程序上还有待不断完善，岩滩水电站扩建工程调速系统在应用中存在的问题并通过深入研究分析，不断优化机械结构及控制程序，少量的改进就消除了设计的缺陷，保证调速系统运行稳定可靠，特别是事故配压阀在运行中存在自（误）投停机的重大隐患，其存在较为隐蔽，条件成熟时发生的后果特别严重（事故停机），因此，该成果的成功应用为国内同类水轮机调速器在设计制造及运行维护中均能予以借鉴。

本电站装设4台单机容量为280MW的混流式水轮发电机组，采用220kV电压等级送出，电气主接线发电机电压侧采用一机一变单元接线、升高电压侧220kV采用双母线接线，220ky出线总计5回；电站主辅机及电气系统构成包括：水轮发电机组及其相关系统（水轮机本体、发电机本体、励磁系统、调速系统、0技术供水系统、制动系统、推力外循环油系统、机组油压装置、顶盖排水装置、过速保护系统、进水口快速闸门、机组自动化监测与保护、机组状态监测系统、发电机消防系统、发电机断路器、电气控制系统、操作电源等。）辅机系统：（中压空压机系统、低压空压机系统、厂房渗漏排水系统、机组检修排C水系统、厂区排水沟系统、全厂水力量测系统、通风空调系统、泄洪系统等。）消防系统：（生活及消防给排水系统、火灾监测报警系统、灭火系统、防排烟系统0等。电气系统：包括主变及其附属设备、220kV-GIS设备、220kV出线站设备、厂用电系统、柴油发电机组、照明系统、防雷及接地系统、自动化监控系统、继电保护及安全自动装置、通信系统、操作电源系统等。）安保系统：（工业电视系统、门禁及安保系统等。)