技术贴｜基于PMU数据的300MW水电机组并网暂态分析-北极星水力发电网

投稿

我要投稿

摘要：湖北清江水电开发有限责任公司的研究人员吴凡、匡蕾，在2018年第12期《电气技术》杂志上撰文指出，根据华中电力调控分中心2016年36号文件要求，隔河岩电厂于2016年底完成了同步相量测量装置的升级改造，基于该装置采集的机组并网过程毫秒级特征电气量数据，对并网瞬间有功功率及无功功率的暂态过渡过程进行分析，涉及有功功率的低频振荡及收敛过程，励磁调节器的电压阶跃响应过程，以及机组发出无功功率和吸收无功功率的平衡过程等，对大型水电机组并网过程的特征电气量数据分析有一定的参考意义。

湖北清江隔河岩水力发电厂位于湖北省宜昌市长阳土家族自治县境内，安装2台300MW和2台306MW共计4台混流式水轮发电机组，总装机1212MW，设计年发电量30.4亿kW•h，是华中电网骨干调峰调频电厂。隔河岩水利枢纽控制流域面积14430km2，多年平均降水量1380ms，多年平均流量383m3/s，多年平均径流量120.76亿m3。

隔河岩大坝为混凝土重力拱坝，坝顶高程206m，坝长653.50m，正常蓄水位200m，总库容30.18亿m3，属年调节水库。隔河岩电厂1993年6月首台机组投产发电，1994年11月4台机组全部投产发电。

隔河岩电厂调速系统改造完成于2010—2012年，励磁系统改造完成于2011—2013年，监控系统改造完成于2013—2016年，自动化辅控系统改造完成于 2014—2017年，改造后的调速设备为ANDRITZ的TC 1703系统，励磁设备为ABB的Unitrol 6800系统，计算机监控设备为南瑞的NC3.0系统，自动化辅控统一采用Siemens的S7 300系统，根据系统设计，隔河岩电厂机组并网前，励磁系统自动跟踪系统电压，调速系统自动跟踪系统频率，由同期装置判断同期点并发出合闸脉冲至机组出口断路器。

大型水电机组并网瞬时过程主要受同期装置对同期点的计算和捕捉，导前时间的合理配置，主断路器的合闸响应速度，以及并网瞬间励磁系统对机端电压的自适应调节和调速系统对导水机构导叶开度的自适应调节等环节影响，鉴于同期装置、励磁系统、调速系统的更新改造直接影响了机组并网瞬间的暂态过渡过程。

为综合评估隔河岩电厂水电动机组主要电气控制系统的实际工作性能以及二次系统间的协调配合关系，本研究在计算机监控系统秒级分辨率历史数据的基础之上，利用PMU毫秒级分辨率录波数据完成了相关分析工作。

1 系统硬件

1.1 同步相量测量装置

电力系统实时动态监测系统（WAMS）是基于同步相量测量以及现代通信技术，对地域广阔的电力系统进行动态过程监测和分析的系统，同步相量测量装置（PMU）用于同步相量的测量、记录和输出，所有接入华中电网调度端WAMS系统的PMU装置需满足华中电网对PMU装置的技术要求，配置于发电厂端的PMU装置需采集该厂所有机组及出线信息，交流电流和交流电压采集需接入测量CT/ PT回路。

国家电力调度控制中心2014年依据《电网运行准则》印发了国调中心调运（2014）32号《国调中心关于印发源网动态性能在线监测技术规范（试行）的通知》，华中电力调控分中心2016年依据上述文件印发了华中电调（2016）36号《关于进一步完善直调电厂并网机组源网动态性能在线监测信息接入PMU的通知》，要求直调电厂百万千瓦级机组于2016年10月1日前完成信息接入工作，其他机组于2016年12月底前全面完成信息接入工作，各直调厂站需加强PMU装置的现场运行管理，根据《源网动态性能在线监测技术规范》和《华中电网PMU接入规范》完善PMU相关信息接入工作。

隔河岩电厂原PMU装置于2008年10月投入运行，包含主机处理屏和数据采集屏共计2面盘柜，采集屏安装在3、4号机组单元控制室，主机处理屏安装在继电保护室。主机处理屏配置2台CSS200/1P处理单元与华中电网调度端通信，配置1台CSS200/1A采集单元采集清长Ⅰ线、清长Ⅱ线、清葛线三相电压、电流量；采集屏配置2台CSS200/1A测量单元采集4台机组机端电压、电流量以及励磁系统、调速系统相关模拟量及开关量信号。

根据华中电调（2016）36号文件要求，隔河岩电厂于2016年11月完成了PMU装置的升级改造工作，新装置按照双主处理主机和双网冗余模式规划，配置1面数据处理屏和2面数据采集屏共计3面屏柜，数据处理屏安装在原位置，在1、2号机组单元控制室新增位置安装1号数据采集屏，2号数据采集屏安装在3、4号机组单元控制室原位置，系统结构如图1所示。

主机处理屏配置2台PCS-996G处理单元与华中电网调度端通信[10]，配置1台PCS-996A采集单元采集线路信息，详细测点见表1。每面数据采集屏分别配置2台PCS-996B测量单元采集机组模拟量及开关量信号，详细测点见表2。

图1 隔河岩电厂PMU系统结构图

表1 隔河岩电厂机组出线PMU接入信息

表2 隔河岩电厂4台机组PMU接入信息

1.2 同期装置

隔河岩电厂于2013年实施了计算机监控系统升级改造，随同机组现地控制单元整体更换了同期装置，新设备选用西门子7VE61发电机自动同期装置[11]，底层采用一个半通道设计，由同步检查判据和并列检查判据冗余产生合闸命令，同步检查判据用于判别主断路器两侧的压差、频差和角差是否在定值范围之内，并列检查判据用于判别主断路器两侧的压差、频差以及装置预测的相角重合时间是否在定值范围之内，系统结构如图2所示。

7VE61装置仅在同步检查判据满足的前提下，开放并列检查判据，装置可根据整定值自动平衡由于接线方式带来的电压不平衡以及固定转角差，而无需在电压回路中串接中间变压器。此外，隔河岩电厂在同期合闸回路中冗余增加了独立的机械同步检查继电器以增加系统可靠性，同期装置相关参数设置见表3。