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(xiàng)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(jī)組。由于印尼小島缺少電網(wǎng)支持，鎳鐵項(xiàng)目及其自備電廠必須尋求孤網(wǎng)運(yùn)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(shí)際，針對(duì)孤網(wǎng)中機(jī)組數(shù)量少，工業(yè)負(fù)荷沖擊大的難題，開發(fā)出具有較高的性能指標(biāo)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(hào)：TM617；X756 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）16-0143-01

一、引言

礦熱爐配套孤網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大：發(fā)電機(jī)組數(shù)量較少，其旋轉(zhuǎn)慣量?jī)?chǔ)存的動(dòng)能和鍋爐群所具備的熱力勢(shì)能均較小，用電負(fù)荷的沖擊，對(duì)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(jī)組故障就會(huì)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(fù)荷波動(dòng)頻繁幅度大，負(fù)荷波動(dòng)疊加的可能性也較大，對(duì)于孤網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生頻繁的大范圍負(fù)荷沖擊。嚴(yán)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(dú)立進(jìn)行調(diào)度，維持頻率、電壓、功角的穩(wěn)定。

為了解決孤網(wǎng)運(yùn)行的難題，同時(shí)，為了協(xié)調(diào)控制發(fā)電機(jī)組、鎳鐵礦熱爐、電負(fù)荷平衡裝置，提高孤網(wǎng)的安全穩(wěn)定和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行了調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)開發(fā)研究。

二、研究?jī)?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(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制、功角測(cè)量、特殊控制系統(tǒng)、低頻低壓減載功能。同時(shí)還要包括了礦熱爐負(fù)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(wú)功功率、功角等參數(shù)存在強(qiáng)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(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能指標(biāo)要求高。孤網(wǎng)電氣參數(shù)的過渡時(shí)間比大電網(wǎng)短得多，相對(duì)應(yīng)的其控制功能的實(shí)時(shí)性能指標(biāo)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(jī)組級(jí)控制接口、負(fù)荷管控終端和控制中心三個(gè)部分。

結(jié)構(gòu)圖如下：

3、控制思路

針對(duì)上述的孤網(wǎng)難題，機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)及電負(fù)荷平衡裝置的控制思路如下：

（1）一般的發(fā)電機(jī)組能夠承受的負(fù)荷沖擊為±5%，不能滿足±15%的要求：通過發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)的改進(jìn)，配置合適的旁路和鍋爐PCV閥，發(fā)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)甩負(fù)荷帶廠用電的要求。這樣單臺(tái)發(fā)電機(jī)組能夠承受的負(fù)荷沖擊能夠擴(kuò)大到+8/-100%的范圍；通過增加實(shí)時(shí)自動(dòng)發(fā)電控制功能，使得發(fā)電機(jī)組能夠同步承擔(dān)負(fù)荷沖擊，這樣發(fā)電機(jī)組就能夠承擔(dān)孤網(wǎng)容量+8/-100%的范圍負(fù)荷沖擊；通過增加實(shí)時(shí)自動(dòng)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(bǔ)償功能，當(dāng)電壓允許波動(dòng)范圍±5%的條件下，使得發(fā)電機(jī)組再獲得±10%的抗負(fù)荷沖擊的能力。這樣兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組就能夠承擔(dān)孤網(wǎng)容量+18/-100%范圍內(nèi)的負(fù)荷沖擊，滿足了±15%的要求。因此，我們認(rèn)為采用了機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)就能夠控制兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組 承擔(dān)±15%的負(fù)荷沖擊。

（2）發(fā)電機(jī)組的數(shù)量較小，一旦發(fā)生機(jī)組故障就會(huì)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(duì)于單臺(tái)機(jī)組的燃燒率下降，可以通過AGC功能增加另一臺(tái)機(jī)組出力來緩解有功出力的不足?？梢酝ㄟ^AVC和電壓補(bǔ)償功能來快速降低用電側(cè)的功率需求?？梢酝ㄟ^負(fù)荷管理（DMS）功能來降低用電側(cè)的功率需求；對(duì)于單臺(tái)機(jī)組的非停，通過穩(wěn)控（SCS）功能來快速聯(lián)鎖切除相對(duì)應(yīng)的負(fù)荷，以保證孤網(wǎng)的穩(wěn)定，減少頻率和電壓的動(dòng)態(tài)偏差。合理整定低頻低壓減載，作為SCS的后備保護(hù)。

（3）大規(guī)模的負(fù)荷跳閘影響孤網(wǎng)的穩(wěn)定和發(fā)電機(jī)組的壽命，可行的解決方案：用電側(cè)負(fù)荷的跳閘，通過AGC、AVC和電壓補(bǔ)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(fù)荷跳閘，可能造成發(fā)電機(jī)組負(fù)荷過低，影響鍋爐穩(wěn)燃，通過AGC功能，降低某一臺(tái)機(jī)組的出力，保障另一臺(tái)機(jī)組的燃燒穩(wěn)定性；孤網(wǎng)缺少大電網(wǎng)的支持，必須獨(dú)立進(jìn)行調(diào)度，維持頻率、電壓、功角的穩(wěn)定，同時(shí)由于孤網(wǎng)的特殊性，其實(shí)時(shí)性要求高于大網(wǎng)，保護(hù)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(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定，減少發(fā)電機(jī)組的壽命損耗，涵蓋了電網(wǎng)調(diào)度和保護(hù)各種功能。

三、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)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(dòng)電壓控制（AVC），與勵(lì)磁系統(tǒng)通訊，快速合理分配無(wú)功功率，維持孤網(wǎng)電壓在額定值。功角測(cè)量和調(diào)整，協(xié)調(diào)無(wú)功補(bǔ)償和機(jī)組有功、無(wú)功負(fù)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(fù)荷管理，根據(jù)有功無(wú)功備用計(jì)算，向大負(fù)荷發(fā)出增減負(fù)荷允許條件和聯(lián)鎖降負(fù)荷指令。穩(wěn)定性控制，監(jiān)測(cè)孤網(wǎng)故障，根據(jù)有功無(wú)功備用計(jì)算和孤網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)，發(fā)出切負(fù)荷和機(jī)組降負(fù)荷指令。調(diào)度平臺(tái)，為調(diào)度人員提供監(jiān)控發(fā)電和用電的數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以作為工業(yè)園區(qū)的調(diào)度平臺(tái)。

四、結(jié)束語(yǔ)

調(diào)度和穩(wěn)控一體化系統(tǒng)是孤網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度和控制中心，通過對(duì)發(fā)電機(jī)組和用電負(fù)荷的綜合協(xié)調(diào)管理，來實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(shí)現(xiàn)部分功能。但大網(wǎng)中類似產(chǎn)品的性能指標(biāo)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(yùn)行。 負(fù)荷平衡裝置能夠減少對(duì)于發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷沖擊，從而減少發(fā)電機(jī)組的壽命損耗，減小頻率波動(dòng)的幅度。本項(xiàng)目的礦熱爐數(shù)量較少，負(fù)荷沖擊疊加效應(yīng)較多，10%以上的負(fù)荷沖擊較多，在這種條件下，電負(fù)荷平衡裝置是唯一具有業(yè)績(jī)的解決方案。在孤網(wǎng)大規(guī)模甩負(fù)荷的條件下，能夠作為將發(fā)電機(jī)組負(fù)荷迅速提升到30%左右，使機(jī)組能夠長(zhǎng)期運(yùn)行。