火電廠孤網(wǎng)運行機組動態(tài)特性及控制措施分析

陳曉凱

（湖北省電力建設第一工程公司，湖北 武漢 430000）

為有效保障火電廠機組在孤網(wǎng)運行狀態(tài)下的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，必須確保各臺機組均具備良好的調(diào)節(jié)性能。在孤網(wǎng)運行狀態(tài)下，各臺機組不僅要對頻率進行調(diào)節(jié)，還需對功率進行調(diào)節(jié)。因此，對控制系統(tǒng)具有較高要求，要求在較短時間內(nèi)，實現(xiàn)對控制目標的有效轉(zhuǎn)變，以有效保障孤網(wǎng)呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的運行。因此，有必要對火電廠孤網(wǎng)運行機組動態(tài)特性及控制措施進行深入分析。

1 孤網(wǎng)運行概述

在一般情況下，孤網(wǎng)運行階段可分為以下兩個部分。（1）前期孤網(wǎng)運行。在該運行階段，孤網(wǎng)內(nèi)部相關功率呈現(xiàn)出顯著的不穩(wěn)定特征，且發(fā)電廠側(cè)難以實現(xiàn)對孤網(wǎng)實際運行狀態(tài)及具體運行區(qū)域的深入準確了解。在這種情況下，只能將頻率、機組轉(zhuǎn)速以及相關參數(shù)作為依據(jù)對之進行了解。這就要求孤網(wǎng)各機組均可實現(xiàn)及時有效的調(diào)節(jié)。（2）孤網(wǎng)運行趨于平穩(wěn)的階段。該階段，孤網(wǎng)運行呈現(xiàn)出顯著的平穩(wěn)狀態(tài)，此時，可憑借相關調(diào)度手段獲知孤網(wǎng)運行的具體規(guī)模，且可將機組特性作為依據(jù)，并與科學合理的調(diào)度類相關措施進行結(jié)合，增強自動裝置設置的科學性，實現(xiàn)對孤網(wǎng)穩(wěn)定運行的有效保障。

2 孤網(wǎng)運行工況檢測

在聯(lián)網(wǎng)處于正常狀態(tài)的情況下，機組運行的頻率大致50±0.2Hz的范圍之內(nèi)出現(xiàn)波動及變化。在處于孤網(wǎng)運行的狀態(tài)下，特別是在前期孤網(wǎng)運行的時期，機組頻率通常會呈現(xiàn)出幅度較大的變化，此時，可對系統(tǒng)頻率及火電機組的轉(zhuǎn)速進行監(jiān)測，以對孤網(wǎng)運行的實際狀態(tài)進行判斷。當電網(wǎng)頻率波動變化超出50±0.2Hz的范圍之內(nèi)時，可判定形成孤網(wǎng)運行的狀態(tài)。然而，在前期孤網(wǎng)運行時，功率呈現(xiàn)出較大的不平衡時，機組具有較快的轉(zhuǎn)速變化，此時僅憑對機組轉(zhuǎn)速進行檢測來判斷孤網(wǎng)運行狀態(tài)，難免出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，特別是對于聯(lián)網(wǎng)運行狀態(tài)中沒有對一次調(diào)頻進行投入的機組會造成機組轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出過大的超調(diào)量變化動態(tài)。因此，在功率呈現(xiàn)出較大的不平衡時，為實現(xiàn)對機組轉(zhuǎn)速在最短時間內(nèi)的有效控制，要求機組具備相應功能，能實現(xiàn)對加速度的有效檢測，以及實現(xiàn)對不平衡功率的有效檢測。確保能在最短時間內(nèi)實現(xiàn)對機組轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)。通過盡快實現(xiàn)調(diào)節(jié)，并結(jié)合相應已經(jīng)完成啟動的控制策略，切實保障對頻率變化進行抑制的有效性。

3 孤網(wǎng)運行時發(fā)電機組控制方式

在孤網(wǎng)運行情況下，對于協(xié)調(diào)控制模式控制下的機組，將一次調(diào)頻對之實施投入的情況下，當功率呈現(xiàn)出較大缺額時，功率控制將出現(xiàn)相應的反調(diào)。在孤網(wǎng)運行情況下，對于機械功率，應當設法令其有效減少，但功率由于受到閉環(huán)控制造成的影響，反而在實際上造成了功率的增加，由此使得頻率也隨之呈現(xiàn)出迅速的上升趨勢。在這種情況下，抵消了一次調(diào)頻與功率控制反調(diào)的有效作用。在PID控制的影響作用下，積分環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出較大的數(shù)值積累，加上功率呈現(xiàn)不平衡狀態(tài)造成的影響，使頻率呈現(xiàn)出較為快速的增加趨勢。當機組OPC定值是103%時，OPC動作將反復出現(xiàn)，如下圖1所示，孤網(wǎng)將呈現(xiàn)出頻率以及功率的反復振蕩現(xiàn)象，進而導致系統(tǒng)最終產(chǎn)生停機。如果將OPC對機組的保護取消，將造成機組出現(xiàn)超速保護動作，進而導致停機，如下圖2所示。因此，在孤網(wǎng)運行狀態(tài)下，要對功率控制實施及時退出，并對閥位控制進行采用。

4 一次調(diào)頻的設置

在孤網(wǎng)運行情況下，附帶故障以及負荷波動會造成負荷出現(xiàn)急劇變化，對此，必須進行幅度較大的快速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對孤網(wǎng)穩(wěn)定運行的有效保障。另外，部分在國內(nèi)屬于基礎性的協(xié)調(diào)控制及汽輪機調(diào)速等相關系統(tǒng)，其內(nèi)部也存在有相應的一次調(diào)頻回路，對任意投切持許可態(tài)度，特別是具備較小的容量的機組通常會被相關工作人員切除，這就導致對于此類被切除的機組難以充分發(fā)揮一次調(diào)頻的有效作用。其他機組一次調(diào)頻，其調(diào)節(jié)的具體幅度受到的限制較大，當功率波動較大時，難以實現(xiàn)一次調(diào)頻作用的充分發(fā)揮。

圖1 協(xié)調(diào)控制方式下OPC定值為103%時頻率和機械功率變化曲線示意圖

圖2 協(xié)調(diào)控制方式下取消OPC保護時頻率和機械功率的變化曲線示意圖

5 二次調(diào)頻的設置

當頻率呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)時，即會發(fā)生對額定值的相應偏離。當系統(tǒng)采取小于3000MW的容量時，其對應的頻率偏差當保持在50±0.2Hz的范圍之內(nèi)。當要求對合適頻率實施重新回歸時，必須有效保障實施二次調(diào)頻，實現(xiàn)頻率額定值的重新回歸。在孤網(wǎng)運行狀態(tài)下，要對功率控制模式實施及時有效地切除，并通過閥位控制模式對DEH進行控制。當孤網(wǎng)狀態(tài)形成時，對一次調(diào)頻實施投入，同時可將轉(zhuǎn)速控制的相應回路實施有效投入，切實保障對轉(zhuǎn)速控制的有效性。

6 高頻保護的設置

為對OPC定值影響進行分析，將一次調(diào)頻相關的限幅環(huán)節(jié)取消，設置調(diào)差系數(shù)的值為0.05，設置OPC定值為103%，當功率擾動較大時，頻率出現(xiàn)較快上升，難以實現(xiàn)一次調(diào)頻作用的充分有效發(fā)揮，會造成OPC動作出現(xiàn)，進而導致頻率出現(xiàn)反復震蕩，引發(fā)低頻相關問題，甚至造成低頻減載裝置動作的出現(xiàn)，加劇孤網(wǎng)運行的不穩(wěn)定性。因此，對控制策略進行啟動之后，發(fā)揮一次調(diào)頻的作用，對功率呈現(xiàn)出的不平衡進行限制，使之處于超速停機保護的相應范圍之內(nèi)。

7 電力系統(tǒng)自動裝置的設置

（1）低頻減載裝置的設置。在孤網(wǎng)運行情況下，如果負荷量高出火電機組的最大出力時，將造成火電機組在最大出力之后呈現(xiàn)持續(xù)性的頻率下降，且會造成發(fā)電機出現(xiàn)低頻保護動作，并最終造成火電廠出現(xiàn)停電。當孤網(wǎng)運行狀態(tài)形成時，如果負荷量高出火電機組的最大出力時，僅依靠火電機組具備的調(diào)節(jié)功能，難以有效保障孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。因此，需通過低頻減載裝置對部分負荷實施切除，以實現(xiàn)對頻率下降的有效抑制。另外，低頻減載裝置具有科學合理的具體配置，能切實保障電網(wǎng)運行呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，且能切實保障孤網(wǎng)運行呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

（2）低頻解列裝置的設置。當火電廠存在較重負荷，造成孤網(wǎng)運行狀態(tài)時，電網(wǎng)內(nèi)部具備的低頻減載相關反應難以實現(xiàn)對頻率下降的有效抑制，在這種情況下，應將低頻解列設置在合適區(qū)域，并設法使之成為對于低頻減壓的備用性方案，切實保障局部電網(wǎng)運行呈現(xiàn)良好的安全性。在相關解列點的具體要求下，對機組實施解列，其附帶負電荷低于機組發(fā)出的實際功率。為頻率回歸提供了極大的便利性，此時，低頻解列呈現(xiàn)的具體整定值相對小于片網(wǎng)內(nèi)部低頻減載呈現(xiàn)的最低數(shù)值。此時，應對低頻減載的方案實施情況進行實時關注，并盡力實現(xiàn)對解列區(qū)域內(nèi)部低頻減載的有效減小，避免解列區(qū)域內(nèi)負荷被過多切除而導致不平衡功率的加重。

8 結(jié)語

綜上所述，可將轉(zhuǎn)速及加速度作為依據(jù)對孤網(wǎng)運行工況進行檢測，在單機帶孤網(wǎng)運行狀態(tài)下，對相應控制策略進行啟動，要迅速實施閥門控制，切實保障DEH側(cè)對OPC動作特性的有效調(diào)整，在不平衡功率呈現(xiàn)較少狀態(tài)時，實現(xiàn)對OPC定值的適當提高，以確保一次調(diào)頻有效發(fā)揮其功能，并避免OPC動作對孤網(wǎng)造成沖擊；在不平衡功率呈現(xiàn)較大狀態(tài)時，一次調(diào)頻難以實現(xiàn)對頻率上升的有效抑制，會造成機組出現(xiàn)超速保護動作，此時，可實現(xiàn)對功率差額的有效減少，并通過調(diào)速系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速進行控制，使之保持3000r/min的轉(zhuǎn)速。

[1]張學金. 火電廠孤網(wǎng)運行機組動態(tài)特性與控制策略研究[J]. 科技與企業(yè), 2014(18):166-166.

[2]付軻. 孤網(wǎng)運行時發(fā)電機組動態(tài)特性與控制策略研究[D]. 華南理工大學, 2010.