陳一龍

藍(lán)天環(huán)保設(shè)備工程股份有限公司

淺析孤網(wǎng)機組的控制策略

陳一龍

藍(lán)天環(huán)保設(shè)備工程股份有限公司

針對山西太谷恒達(dá)汽輪發(fā)電機組孤網(wǎng)運行的特點，制定了一次調(diào)頻和二次調(diào)頻功能相結(jié)合的控制策略。

孤網(wǎng)機組；一次調(diào)頻；二次調(diào)頻

引言

山西太谷恒達(dá)汽輪發(fā)電機組運行方式是孤網(wǎng)運行，兩臺機組并列運行且?guī)S用電。針對大負(fù)荷沖擊和小負(fù)荷頻繁波動引起發(fā)電機周波波動帶來的風(fēng)險，制定了一次調(diào)頻和二次調(diào)頻功能相結(jié)合的控制策略，增強孤網(wǎng)機組運行的穩(wěn)定性。

1　孤網(wǎng)定義和特點

根據(jù)《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，電網(wǎng)中最大單機容量小于總?cè)萘?%的電網(wǎng)，稱為大電網(wǎng)。反之，最大單機容量大于總?cè)萘?%的電網(wǎng)，稱為小網(wǎng)。孤立運行的小網(wǎng)，簡稱孤網(wǎng)，主要存在以下兩種情況：

（1）電網(wǎng)中有多臺機組并列運行，且最大單機容量大于總?cè)萘?%的，稱為小網(wǎng)。

（2）電網(wǎng)中只有一臺機組單獨運行，稱為單機帶負(fù)荷。

孤網(wǎng)機組最突出的特點，是將負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，從而保持電網(wǎng)的頻率在安全的范圍內(nèi)。

2　控制策略

分析了孤網(wǎng)機組的特點，一方面制定以下控制策略，增強孤網(wǎng)機組運行的穩(wěn)定性；另一方面使用浙江中控ECS-100控制系統(tǒng)作為DEH調(diào)速系統(tǒng)的平臺，滿足孤網(wǎng)機組所要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性，進(jìn)而保證在廠用電負(fù)荷變化的情況下自動保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。

2.1修改超速保護(hù)功能

當(dāng)廠用設(shè)備停止時，機組甩負(fù)荷，轉(zhuǎn)速迅速上升，超速保護(hù)OPC動作，導(dǎo)致主汽調(diào)門迅速關(guān)閉，使機組功率下降盡快接近電網(wǎng)負(fù)荷。由于OPC動作后，液壓系統(tǒng)恢復(fù)需要一定時間，此時機組的轉(zhuǎn)速仍在下降，不但導(dǎo)致電網(wǎng)頻率大幅波動，而且導(dǎo)致機前主汽壓力大幅波動。為了保證機組安全，通過提高OPC保護(hù)定值，盡量避免電網(wǎng)頻率變化時出現(xiàn)OPC動作，動作定值按照功率負(fù)荷不平衡量來調(diào)整，由原來的3090r/min（103%）修改為3150r/min（105%）。

2.2新增一次調(diào)頻功能

一次調(diào)頻是指發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)頻率靜態(tài)特性而增減發(fā)電機的出力所起到的調(diào)頻作用。當(dāng)機組孤網(wǎng)運行時，廠用電負(fù)荷決定著發(fā)電功率，因此要將功率控制轉(zhuǎn)變成頻率控制，目的是穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。同時廠用電負(fù)荷量按照機組不等率轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機組轉(zhuǎn)速量，實現(xiàn)功率控制。

太谷恒達(dá)發(fā)電機組是單閥控制進(jìn)汽，一次調(diào)頻效果取決于調(diào)節(jié)閥流量特性。首先選取具有代表性的額定工況，得到修正系數(shù)，即調(diào)頻幅度與設(shè)定值的比值；其次確定一條修正曲線；最終得到一次調(diào)頻的頻差因子。新增一次調(diào)頻功能，是將調(diào)頻的頻差因子轉(zhuǎn)換成廠用電負(fù)荷信號，直接疊加在調(diào)節(jié)閥控制指令上，改變其開度，迅速增減機組負(fù)荷，快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率要求。

2.3新增二次調(diào)頻功能

二次調(diào)頻是指發(fā)電機組能提供足夠的可調(diào)整容量和調(diào)節(jié)速率，在允許調(diào)節(jié)的偏差下實時跟蹤頻率，實現(xiàn)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的要求。廠用電負(fù)荷和發(fā)電功率不平衡時，電網(wǎng)頻率上升或下降且最終穩(wěn)定在額定頻率上，由于兩者存在偏差，因此增加二次調(diào)頻功能，最終使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在額定頻率。由轉(zhuǎn)速偏差經(jīng)運算以調(diào)整功率定值，平衡廠用電負(fù)荷和發(fā)電功率，為了快速響應(yīng)廠用電負(fù)荷變化和防止超調(diào)，對發(fā)電功率定值的變化速率加以限制，即轉(zhuǎn)速偏差增大時，變化速率增大，反之則變小。

2.4兩臺機組孤網(wǎng)運行方式

為了防止電網(wǎng)頻率變化時出現(xiàn)OPC保護(hù)動作，分別提高兩臺機組的OPC保護(hù)定值且定值各不相同，保護(hù)定值是3150r/min（105%）和3180r/min（106%）。同時為了機組的穩(wěn)定運行，一臺機組處于閥控回路，一次調(diào)頻功能起主要作用，另一臺機組處于功控回路，二次調(diào)頻功能起主要作用。

2.5機組孤網(wǎng)運行的趨勢圖

機組運行過程中，電網(wǎng)發(fā)生6KV大型設(shè)備突然跳閘，功率在1秒內(nèi)由23003KW下降至10930KW，突降12073KW，轉(zhuǎn)速由3002r/ min升至3140r/min，一次調(diào)頻和二次調(diào)頻功能共同起作用，使得轉(zhuǎn)速降至3003r/min，使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在額定頻率允許范圍內(nèi)，最終機組安全運行，見圖1。

圖1　孤網(wǎng)運行中轉(zhuǎn)速和功率的趨勢圖

3　結(jié)束語

山西太谷恒達(dá)汽輪發(fā)電機組孤網(wǎng)改造的成功，說明修改的超速保護(hù)功能、新增的一、二次調(diào)頻功能等控制策略起著關(guān)鍵性的作用。由汽輪機DEH系統(tǒng)自動控制機組負(fù)荷的增減，以適應(yīng)負(fù)荷變化的需要，保證電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定運行，只有這樣，才不會對用電設(shè)備產(chǎn)生損害或者引發(fā)大規(guī)模停電等惡劣后果。

［1］張屹峰，李敏.孤網(wǎng)運行機組控制策略分析與設(shè)計［J］.山西電力，2011（3）.

［2］秦江平.孤網(wǎng)運行系統(tǒng)負(fù)荷控制策略探討［J］.廣西電力，2009（3）.

陳一龍（1981-），男，中級工程師，從事控制系統(tǒng)應(yīng)用方面的工作。