胡 龍

（廣西中鋁建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，廣西 百色 531400）

可再生能源的發(fā)展帶動了新能源產(chǎn)業(yè)的格局發(fā)生改變，各個企業(yè)面臨著能源和環(huán)境等方面的問題。當大容量可再生能源并網(wǎng)出現(xiàn)后，為了提高電網(wǎng)的運行能力，以及對能源的利用率，考慮到再生能源的變化及電網(wǎng)故障問題的情況之下，為了維持各企業(yè)的正常運行，提出了一種電站孤網(wǎng)運行模式，可以由單個的可再生能源孤網(wǎng)運行為企業(yè)提供電量[1]。孤網(wǎng)又稱孤立電網(wǎng)，是一種脫離了大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。在孤網(wǎng)運行狀態(tài)下，不具備對電網(wǎng)和電壓的支持條件，同時產(chǎn)生了間隙性的功率波動，負荷出現(xiàn)連續(xù)的動態(tài)變化情況，嚴重降低了孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

1 礦山工程電站孤網(wǎng)運行的安全管理

孤網(wǎng)是孤立電網(wǎng)的簡稱，一般是指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)，通常最大單機容量大于電網(wǎng)總?cè)萘康?%的電網(wǎng)，統(tǒng)稱為小網(wǎng)；孤立運行的小網(wǎng)稱為孤網(wǎng)。

為了保證礦山工程中電站的孤網(wǎng)運行達到安全、穩(wěn)定的效果，在運行過程中對其各項參數(shù)進行管理，包括對發(fā)電機端電壓的管理、電網(wǎng)頻率管理及儲能方式管理。

圖1 孤網(wǎng)運行中發(fā)動機端電壓等效電路圖

圖1 為孤網(wǎng)運行中發(fā)電機端電壓的等效電路圖。在礦山工程電站孤網(wǎng)運行時，根據(jù)負荷端對電能質(zhì)量的要求和礦山企業(yè)對電壓穩(wěn)定性的要求，對發(fā)電機端的電壓控制在上下波動幅度不超過5%。在孤網(wǎng)運行過程中可以通過增加自動電壓控制的穩(wěn)定器裝置對發(fā)電機端的電壓進行管理，是發(fā)電機的勵磁電流隨著無功電流的變化進行自主調(diào)節(jié)，從而保證發(fā)電機端電壓的安全、穩(wěn)定[2]。同時，在對發(fā)電機端的電壓管理時要注意電網(wǎng)無功電流的變化必須小于發(fā)電機穩(wěn)定器自動電壓控制的調(diào)節(jié)范圍，否則將失去對電網(wǎng)電壓的管理，造成發(fā)電機跳閘問題帶來不必要的損失。此外穩(wěn)定器是作為發(fā)電機端附加的控制裝置，會增加發(fā)電機的阻尼作用[3]。因此需要對運行過程中的發(fā)電機進行定期的檢測，觀察發(fā)電機的有功變化情況，從而通過調(diào)節(jié)無功的形式保證電站孤網(wǎng)的安全運行。

采用二次調(diào)頻的方法對電站孤網(wǎng)運行時的頻率進行管理，即通過改變功率給定值的方式對孤網(wǎng)頻率控制，利用調(diào)速設(shè)備的特性，將電站孤網(wǎng)運行頻率維持在穩(wěn)定狀態(tài)。在礦山工程電站孤網(wǎng)運行過程中，發(fā)電機的運動通常時通過恒定頻率控制方式完成，按照頻率的偏差對孤網(wǎng)運行進行調(diào)節(jié)，當頻率偏差為0時，結(jié)束調(diào)節(jié)。由于電站孤網(wǎng)的容量較少，因此，電網(wǎng)通常需要主力機組具備更高的靈敏度以及更低的遲緩率，從而對孤網(wǎng)運行頻率進行快速的動態(tài)響應(yīng)，在滿足用戶負荷需要的條件下，自動調(diào)節(jié)孤網(wǎng)的評率。

針對不同條件下的電站孤網(wǎng)運行的儲能方式也不同，因此需要對還需要對儲能方式進行管理，從而根據(jù)具體需要選擇適合的儲能方式。表1為各儲能方式及對應(yīng)的應(yīng)用條件。

表1 各儲能方式及對應(yīng)的應(yīng)用條件

在礦山工程電站孤網(wǎng)運行過程中，根據(jù)其運行需要可選擇表1中鋰離子電池、抽水儲能、超級電容及飛輪儲能等眾多儲能方式，選擇適當?shù)膬δ芊绞娇梢杂行岣叩V山企業(yè)的功能效率，進而提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

2 礦山工程孤網(wǎng)運行算法

礦山電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可以用以下微分代數(shù)方程組來表述。

式中，x 變量為節(jié)點電壓，y 為節(jié)點功率，u 為同步發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)及空載頻率。式（1）為發(fā)電機組調(diào)節(jié)的動態(tài)方程，表征了同步發(fā)電機組的動態(tài)過程；式（2）為網(wǎng)絡(luò)方程，表征了網(wǎng)絡(luò)的運行約束。完成一次電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)之后，系統(tǒng)將處于穩(wěn)定運行點，因此，發(fā)電機組動態(tài)方程達到平衡點，即發(fā)電機組的有功頻率、無功電壓靜態(tài)特性曲線與負荷功率特性曲線交流。從計算結(jié)果可以看出，各臺電機組的運行都發(fā)生變化，表明各臺機組均分擔了負荷變化，消除了常規(guī)系統(tǒng)模型中只有一臺機組承擔負荷變化的弊端。

3 礦山工程電站孤網(wǎng)安全運行操作

在礦山工程電站孤網(wǎng)運行前，首先要根據(jù)礦山工程的需要，對電站孤網(wǎng)的穩(wěn)定性進行分析和計算，并制定出完善的電站孤網(wǎng)運行預(yù)案。在操作過程中應(yīng)嚴格按照預(yù)案中的各個環(huán)節(jié)進行，實施統(tǒng)一的調(diào)配，使各個節(jié)點得到通力協(xié)作[4]。對于電站孤網(wǎng)頻率波動問題，可通過電池系統(tǒng)穩(wěn)定評率，在孤網(wǎng)運行過程中，頻率突然出現(xiàn)增加，可通過將多余的有功功率由充電控制系統(tǒng)吸收降低，；頻率突然出現(xiàn)降低，可通過放電控制系統(tǒng)將確實部分的有用功率補充。對于電站孤網(wǎng)電壓易受干擾的問題，可通過相應(yīng)的無功功率控制，降低負荷對電壓的干擾。當孤網(wǎng)電站的電壓突然增加時，多余的無功功率可通過電池系統(tǒng)控制吸收；當孤網(wǎng)電站的電壓突然降低時，可通過控制系統(tǒng)將確實的無功功率補充。

礦山工程電站孤網(wǎng)的用電負荷性質(zhì)較為平穩(wěn)，但由于在大型電動機啟動和停止過程中對供電系統(tǒng)會造成較為嚴重而沖擊[5]。因此，對于大功率電機在啟動過程中應(yīng)當采用軟起或變頻啟動的操作，并在10kV饋線回路中增設(shè)電抗器裝置，穩(wěn)定母線的電壓，以此降低電機在啟動過程中對供電系統(tǒng)的電壓造成沖擊[6]。為了進一步保證孤網(wǎng)安全、穩(wěn)定的運行，在操作過程中應(yīng)取消對部分設(shè)備的低電壓保護操作，從而防止電壓在波動過程中導(dǎo)致設(shè)備的跳閘現(xiàn)象，影響供電系統(tǒng)的正常運行。

礦山工程生產(chǎn)連續(xù)性強 ，個別設(shè)備停止運行時間較長將會造成局部設(shè)備損壞 ，影響整個工程生產(chǎn)系統(tǒng)的運行。但是 ，礦山施工用電設(shè)備比較分散 ，多數(shù)為電機和加熱設(shè)備 ，重要用電設(shè)備的容量不是很大，因此，在進行礦山工程孤網(wǎng)運行設(shè)計時，針對礦山開采的一級及重要的二級用電負荷，為防止因突然停電或者較長時間停電導(dǎo)致人身傷害、損壞或者難以恢復(fù)生產(chǎn)的設(shè)備，比如 ：分解槽 、電氣站，在這些重要區(qū)域設(shè)置柴油發(fā)電機組 ，在礦山工作區(qū)域內(nèi)短時停電的情況下采用柴油發(fā) 電機為其局部短時應(yīng)急供電，可以減少因停電造成的損失，并為盡快恢復(fù)生產(chǎn)創(chuàng)造條件，這樣就能夠盡最大限度的彌補由于自備電站孤網(wǎng)運行礦山工作區(qū)停電的影響。

4 結(jié)語

有效利用資源在當前礦山工程的發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位，而電站孤網(wǎng)作為能源的先行者，配備了儲備能源的環(huán)節(jié)，可以有效提高對能源的利用率，符合礦山企業(yè)的發(fā)展需要。本文針對礦山工程電站孤網(wǎng)運行的安全管理和操作開展了詳細的研究，下一步將針對電站孤網(wǎng)的經(jīng)濟性運行及保護控制等方面進行更加深入的研究，擴大礦山企業(yè)對電站孤網(wǎng)的應(yīng)用范圍。