鎳鐵礦熱爐孤網(wǎng)調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)研究

姜亮++張雙慶

[摘 要]新興鑄管印尼鎳鐵項目一期建設(shè)三套33MW的鎳鐵合金冶煉爐，配套建設(shè)自備電廠，裝備3×35MW純凝汽輪發(fā)電機組。由于印尼小島缺少電網(wǎng)支持，鎳鐵項目及其自備電廠必須尋求孤網(wǎng)運行。與大電網(wǎng)相比，孤網(wǎng)的一次系統(tǒng)不具備穩(wěn)定性，必須通過二次系統(tǒng)的控制和調(diào)整獲得穩(wěn)定性。本研究結(jié)合生產(chǎn)實際，針對孤網(wǎng)中機組數(shù)量少，工業(yè)負荷沖擊大的難題，開發(fā)出具有較高的性能指標的孤網(wǎng)調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]孤網(wǎng)；電力調(diào)度；穩(wěn)控一體

中圖分類號：TM617；X756 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）16-0143-01

一、引言

礦熱爐配套孤網(wǎng)運行風險大：發(fā)電機組數(shù)量較少，其旋轉(zhuǎn)慣量儲存的動能和鍋爐群所具備的熱力勢能均較小，用電負荷的沖擊，對于孤網(wǎng)的頻率、電壓沖擊較大；系統(tǒng)可靠也較低，一旦發(fā)生機組故障就會出現(xiàn)功率缺額，直接影響鎳鐵生產(chǎn)；礦熱爐的數(shù)量少，負荷波動頻繁幅度大，負荷波動疊加的可能性也較大，對于孤網(wǎng)會產(chǎn)生頻繁的大范圍負荷沖擊。嚴重影響孤網(wǎng)安全和主設(shè)備的壽命；孤網(wǎng)缺少大電網(wǎng)的支持，必須獨立進行調(diào)度，維持頻率、電壓、功角的穩(wěn)定。

為了解決孤網(wǎng)運行的難題，同時，為了協(xié)調(diào)控制發(fā)電機組、鎳鐵礦熱爐、電負荷平衡裝置，提高孤網(wǎng)的安全穩(wěn)定和運行經(jīng)濟性，進行了調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)開發(fā)研究。

二、研究內(nèi)容

1、研究思路

與大電網(wǎng)相比，孤網(wǎng)的一次系統(tǒng)不具備穩(wěn)定性，必須通過二次系統(tǒng)的控制和調(diào)整獲得穩(wěn)定性。因此，調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)與大電網(wǎng)中的類似系統(tǒng)相比，需具備以下功能：

（1）功能包括自動發(fā)電控制、自動電壓控制、功角測量、特殊控制系統(tǒng)、低頻低壓減載功能。同時還要包括了礦熱爐負荷管理系統(tǒng)等特殊功能。

（2）孤網(wǎng)中的電壓、頻率、有功功率、無功功率、功角等參數(shù)存在強耦合關(guān)系，為了最大限度地提高孤網(wǎng)穩(wěn)定性和可利用率，相關(guān)控制功能必須相互配合。

（3）對系統(tǒng)的實時性能指標要求高。孤網(wǎng)電氣參數(shù)的過渡時間比大電網(wǎng)短得多，相對應(yīng)的其控制功能的實時性能指標也要有更高的要求。

2、設(shè)備部分

調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)包括機組級控制接口、負荷管控終端和控制中心三個部分。

結(jié)構(gòu)圖如下：

3、控制思路

針對上述的孤網(wǎng)難題，機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)及電負荷平衡裝置的控制思路如下：

（1）一般的發(fā)電機組能夠承受的負荷沖擊為±5%，不能滿足±15%的要求：通過發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)的改進，配置合適的旁路和鍋爐PCV閥，發(fā)電機組能夠?qū)崿F(xiàn)甩負荷帶廠用電的要求。這樣單臺發(fā)電機組能夠承受的負荷沖擊能夠擴大到+8/-100%的范圍；通過增加實時自動發(fā)電控制功能，使得發(fā)電機組能夠同步承擔負荷沖擊，這樣發(fā)電機組就能夠承擔孤網(wǎng)容量+8/-100%的范圍負荷沖擊；通過增加實時自動電壓控制功能，使得孤網(wǎng)母線的電壓受控，而且響應(yīng)速度小于200ms，增加電壓補償功能，當電壓允許波動范圍±5%的條件下，使得發(fā)電機組再獲得±10%的抗負荷沖擊的能力。這樣兩臺發(fā)電機組就能夠承擔孤網(wǎng)容量+18/-100%范圍內(nèi)的負荷沖擊，滿足了±15%的要求。因此，我們認為采用了機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)就能夠控制兩臺發(fā)電機組 承擔±15%的負荷沖擊。

（2）發(fā)電機組的數(shù)量較小，一旦發(fā)生機組故障就會出現(xiàn)功率缺額，直接影響下游生產(chǎn)，甚至造成孤網(wǎng)崩潰解決方案：對于單臺機組的燃燒率下降，可以通過AGC功能增加另一臺機組出力來緩解有功出力的不足。可以通過AVC和電壓補償功能來快速降低用電側(cè)的功率需求。可以通過負荷管理（DMS）功能來降低用電側(cè)的功率需求；對于單臺機組的非停，通過穩(wěn)控（SCS）功能來快速聯(lián)鎖切除相對應(yīng)的負荷，以保證孤網(wǎng)的穩(wěn)定，減少頻率和電壓的動態(tài)偏差。合理整定低頻低壓減載，作為SCS的后備保護。

（3）大規(guī)模的負荷跳閘影響孤網(wǎng)的穩(wěn)定和發(fā)電機組的壽命，可行的解決方案：用電側(cè)負荷的跳閘，通過AGC、AVC和電壓補償功能，來維持孤網(wǎng)的頻率、電壓的穩(wěn)定；更大規(guī)模的負荷跳閘，可能造成發(fā)電機組負荷過低，影響鍋爐穩(wěn)燃，通過AGC功能，降低某一臺機組的出力，保障另一臺機組的燃燒穩(wěn)定性；孤網(wǎng)缺少大電網(wǎng)的支持，必須獨立進行調(diào)度，維持頻率、電壓、功角的穩(wěn)定，同時由于孤網(wǎng)的特殊性，其實時性要求高于大網(wǎng)，保護策略有較大區(qū)別。此系統(tǒng)本質(zhì)上是按照孤網(wǎng)要求開發(fā)的調(diào)度和穩(wěn)控一體系統(tǒng)，以維持孤網(wǎng)的動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定，減少發(fā)電機組的壽命損耗，涵蓋了電網(wǎng)調(diào)度和保護各種功能。

三、目標實現(xiàn)

自動發(fā)電控制（AGC），與DCS和DEH通訊，快速合理分配有功功率，維持孤網(wǎng)頻率在50Hz。自動電壓控制（AVC），與勵磁系統(tǒng)通訊，快速合理分配無功功率，維持孤網(wǎng)電壓在額定值。功角測量和調(diào)整，協(xié)調(diào)無功補償和機組有功、無功負荷，調(diào)節(jié)功角/功素因素平衡，維持暫態(tài)穩(wěn)定裕量最大化。負荷管理，根據(jù)有功無功備用計算，向大負荷發(fā)出增減負荷允許條件和聯(lián)鎖降負荷指令。穩(wěn)定性控制，監(jiān)測孤網(wǎng)故障，根據(jù)有功無功備用計算和孤網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測，發(fā)出切負荷和機組降負荷指令。調(diào)度平臺，為調(diào)度人員提供監(jiān)控發(fā)電和用電的數(shù)據(jù)平臺，可以作為工業(yè)園區(qū)的調(diào)度平臺。

四、結(jié)束語

調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)是孤網(wǎng)運行的調(diào)度和控制中心，通過對發(fā)電機組和用電負荷的綜合協(xié)調(diào)管理，來實現(xiàn)孤網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。如果不采用調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)系統(tǒng)，可以采用大網(wǎng)的調(diào)度、穩(wěn)控等通用產(chǎn)品來實現(xiàn)部分功能。但大網(wǎng)中類似產(chǎn)品的性能指標較低，功能不全，缺乏技術(shù)可靠性，不能保障孤網(wǎng)的安全可靠運行。 負荷平衡裝置能夠減少對于發(fā)電機組的負荷沖擊，從而減少發(fā)電機組的壽命損耗，減小頻率波動的幅度。本項目的礦熱爐數(shù)量較少，負荷沖擊疊加效應(yīng)較多，10%以上的負荷沖擊較多，在這種條件下，電負荷平衡裝置是唯一具有業(yè)績的解決方案。在孤網(wǎng)大規(guī)模甩負荷的條件下，能夠作為將發(fā)電機組負荷迅速提升到30%左右，使機組能夠長期運行。