专利名称：一种电网现场孤网仿真仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种仿真仪，尤其是涉及一种电网现场孤网仿真仪。
背景技术：
水电机组启动辅助设备相对少，自启动能力强，机组启动快，因此水电机组一般是电网失电后作为黑启动的首选电源。当机组启动成功后为局部电网供电，形成一个孤立的小电网。若孤网运行稳定，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，电网管理部门会根据设备、线路检修安排，有计划地进行机组黑启动以及孤网稳定运行试验。具备黑启动能力的机组自启动成功后形成的小规模电网，仍然是十分薄弱的，转 速稳定问题突出，这与机组的调频特性密切相关。然而，真实的孤立电网现场试验，需要电网管理部门、电站、用户共同参与，耗费不少的人力物力。还经常遇到孤立电网工业用户的原因，孤立电网试验条件无法满足的情况。为此，人们希望能开发一种电网的现场孤网仿真仪，建立电厂引水系统、水轮机、发电机、调速器、孤立电网负荷等部件的数学模型，利用计算机仿真孤立电网的运行特性。但是，真实电厂与数学模型不同，数据会存在误差，并且设备在其寿命期间经受着偶然事故和改进，因此在某些情况下数字计算的质量相对地表现出不足。由于这个原因，希望在真实孤立电网现场试验之前或为代替真实孤立电网现场试验，开发出一个基于“在线孤立电网仿真仪”的中间方法。因此，必须开发研制“电网现场孤网仿真仪”装置。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种电网现场孤网仿真仪，代替实际的孤网，通过现场试验来验证水电机组在孤网条件下频率调节能力，为水电机组黑启动能力评价提供科学依据。解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为一种电网现场孤网仿真仪，其特征是包括依次电连接的功率变换器、第一信号调理模块、A/D转换模块、数字滤波及信号处理计算模块、D/A转换模块、第二信号调理模块和输出接口，所述的数字滤波及信号处理计算模块还外接有显示模块、面板输入模块和通信模块，所述的功率变换器测量发电机的有功出力，输出接口的输出信号作为孤网频率输入机组调速器。有益效果本实用新型的电网现场孤网仿真仪，在仿真的孤立电网工况下，优化调速器调节参数，保证水电机组频率调节的稳定性。同时，通过现场孤网仿真仪，真实录制水电机组在孤网的频率动态响应,验证计算机孤网仿真特性。本仿真仪简单实用，可解决多数水电厂因涉及主设备运行方式的调整、要减少甚至停止对用户供电等，真正的孤网试验条件难以满足，因而，无法定期进行现场孤网试验的问题。
图I为电网现场孤网仿真仪实施例的组成结构示意图；图2为电网现场孤网仿真仪实施例在线仿真测试孤立电网的连接示意图；图3为电网现场孤网仿真仪试验接线图；图4为仿真仪系统启动画面；图5为从仿真仪系统启动画面上选择“Start”后出现的选择菜单画面；图6为选择“Current Parameter”显示当前试验参数出现画面；图7为选择“Simulation”准备仿真出现画面。
具体实施方式
I.电网现场孤网仿真仪组成结构以及在线仿真测试孤立电网的连接示意。如图I所示，本电网现场孤网仿真仪实施例的组成结构，包括依次电连接的功率变换器、第一信号调理、A/D转换、数字滤波及信号处理、功率计算、孤立电网仿真及频率计算、D/A转换、第二信号调理和输出接口，所述的数字滤波及信号处理功率计算孤立电网仿真及频率计算还外接有显示模块、面板输入模块和通信模块，所述的功率变换器测量发电机的有功出力，输出接口的输出信号作为孤网频率输入机组调速器。图2表示出基于在线孤立电网仿真测试仪的水轮机组测试原理简图(变量均以相对值表示)，发电机组以不同的输出功率值(相应于孤立电网运行所希望的不同运行点)与互联电网并列运行。因此机组的转速被电网保持不变，或接近不变。仿真仪的原理如果机组向一个孤立负荷供电，表示转速(频率)变化的信号就会从被测量的发电机电气输出功率通过计算发送出来。然后这个被模拟的转速(频率)信号被送至调速器替代实际转速/频率信号。由输出功率测量值与可调整的功率基准值间的差值(功率初始值和试验信号值之和)的积分便得到被模拟的频率。考虑到机组惯性(机组加速度常数Ta)；负荷惯性(负荷加速度常数Tb，这个常数通常取值为O)；被调节系统自调节系数(en)，它是负荷自调节系数与水轮机自调节系数之差。在线仿真中，包括了水力系统真实部件的动态影响，即引水系统，水轮机(为简便起见，它与转速的关系被水轮机自调节系数考虑进去了)，和非线性的调速器。2仿真试验步骤 2. I试验接线如图3所示将调速器的频率测量信号通过切换开关Kl和K2，分别由电网系统提供和在线孤立电网仿真仪提供，将要录制的主接行程、机组发电有功、机组转速、压力等信号接入TG2000水轮机调速器和机组同期测试系统。2. 2启动在线孤立电网仿真仪装置，设置好仿真仪试验参数，仿真仪频率输出信号50Hz。调速器频率测量切换开关Kl闭合，K2断开。[0034]2. 3机组开机带预定负荷，待机组运行稳定后，Kl断开，K2闭合。2. 4调速器人工频率死区设为O. IHz，永态转差系数bp=6 %，选择几组调速器并网运行PID参数，设定仿真仪负荷扰动值为当前机组实发功率的± 10 %，按仿真仪在线仿真选择功能，录制波形。挑选一组频率调节动态特性较优的参数作为孤网运行参数。具体试验方式I现场试验接线如图3所示。TG2000水轮机调速器和同期测试系统主要功能是采集机组频率、主接力器行程、发电机输出功率、引水系统钢管压力等信号。录制孤网负荷扰动调速系统的动态响应波形，选择一组频率动态响应较好的一组PID参数作为机组孤网运行参数。机组在这组参数下带电厂厂用电和地区部分用户负荷，通过起停真正孤网的用电设备(如电站的抽水泵、大型风机)，验证机组频率调节的稳定性。试验步骤·I、如图3所示，调速器机频输入切换开关Kl闭合，K2断开，调速器的机频输入由系统的PT输入提供，测量的是系统频率；2、启动在线孤立电网仿真仪；2. I系统启动画面如图4 ;开启电源，出现启动界面图4，按“Start”。2. 2选择“Start”出现如图5的选择菜单；2. 3选择“Current Parameter”输入试验参数，出现如图6画面；画面中Ts :表示水轮机时间参数En:表示机组自调节系数Δ P :表示阶跃功率占当前实发功率的比例，如Λ P=O. I表示10%当前机组发出的功率值，可输入正或者负Pr :表示当前发电机输出的功率值Pfactor :表示功率因子，测得功率值=采样值*功率因子PfactorPlimit :阶跃功率限制值(占实发功率的比例)Flimit :输出频率限制值，限制输出频率变化范围HzStepTo :表示系统从50Hz阶跃到此频率(为减少人为误动作，设置的阶跃频率值在关机后不保存。因此，当需要频率阶跃时，现场需要设置阶跃频率值，且阶跃频率值保持到关机或修改其值)。如果不做频率阶跃试验，就直接设为50Hz按“Help”显示接口帮助信息按“Exit”退出当前画面3、开机带到预定的实发功率值；4、确认孤网仿真仪的输出频率值为预定的实发功率，按试验接线图2所示，Kl断开、K2闭合，调速器的频率输入信号由孤网仿真仪提供；5、调速器人工频率死区设为O. 1Hz，永态转差系数bp=6%，选择几组调速器并网运行PID参数；6、选择“Simulation”准备仿真，出现如图7画面；[0060]在当前画面OutputPower :测量当前输出功率 OutputPower:注其输出值=(采样值-偏移值)*功率因子PfactorMeasureFreq :测量当前系统频率(从仿真仪AC电源获得系统频率)OutputFreq :系统随阶跃功率变化孤网仿真仪输出的频率a)选择“Start”开始仿真功率阶跃Λ P，输出频率将随模型变化b)选择“Return”表示继续仿真返回阶跃前输出功率，即阶跃回原输出功率c)选择“End”表示保持阶跃后的输出功率结束仿真，这时输出频率为50Hzd)选择“Help”显示接口帮助信息选择“Exit”退出当前画面7、重复5、6步骤，上下扰动功率阶跃Λ P，达到挑选一组频率调节性能较优的PID参数的目的。具体试验方式2选定一组机组孤网运行PID调节参数后，机组启动带电站厂用电和附近地区负荷。起停孤网中用电设备，录制机组出力和孤网频率的变化波形，验证机组频率调节的频率稳定性。在线孤立电网仿真仪装置已成功应用于广东省汕尾市南告水电厂3号机组黑启动带孤立电网的试验。
权利要求1. 一种电网现场孤网仿真仪，其特征是包括依次电连接的功率变换器、第一信号调理模块、A/D转换模块、数字滤波及信号处理计算模块、D/A转换模块、第二信号调理模块和输出接口，所述的数字滤波及信号处理计算模块还外接有显示模块、面板输入模块和通信模块，所述的功率变换器测量发电机的有功出力，输出接口的输出信号作为孤网频率输入机组调速器。
专利摘要一种电网现场孤网仿真仪，其特征是包括依次电连接的功率变换器、第一信号调理模块、A/D转换模块、数字滤波及信号处理计算模块、D/A转换模块、第二信号调理模块和输出接口，所述的数字滤波及信号处理计算模块还外接有显示模块、面板输入模块和通信模块，所述的功率变换器测量发电机的有功出力，输出接口的输出信号作为孤网频率输入机组调速器。本在线孤立电网仿真仪结构简单、实用，可解决多数水电厂因涉及主设备运行方式的调整、要减少甚至停止对用户供电等，真正的孤网试验条件难以满足，因而，无法定期进行现场孤网试验的问题。
文档编号G05B17/02GK202735710SQ20122003483
公开日2013年2月13日 申请日期2012年2月3日 优先权日2012年2月3日
发明者黄青松, 李志华, 徐广文, 李玺 申请人:广东电网公司电力科学研究院