火電廠孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組動(dòng)態(tài)特性及控制措施分析

陳曉凱

（湖北省電力建設(shè)第一工程公司，湖北 武漢 430000）

為有效保障火電廠機(jī)組在孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必須確保各臺(tái)機(jī)組均具備良好的調(diào)節(jié)性能。在孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，各臺(tái)機(jī)組不僅要對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，還需對(duì)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，對(duì)控制系統(tǒng)具有較高要求，要求在較短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)的有效轉(zhuǎn)變，以有效保障孤網(wǎng)呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，有必要對(duì)火電廠孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組動(dòng)態(tài)特性及控制措施進(jìn)行深入分析。

1 孤網(wǎng)運(yùn)行概述

在一般情況下，孤網(wǎng)運(yùn)行階段可分為以下兩個(gè)部分。（1）前期孤網(wǎng)運(yùn)行。在該運(yùn)行階段，孤網(wǎng)內(nèi)部相關(guān)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(shí)現(xiàn)對(duì)孤網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及具體運(yùn)行區(qū)域的深入準(zhǔn)確了解。在這種情況下，只能將頻率、機(jī)組轉(zhuǎn)速以及相關(guān)參數(shù)作為依據(jù)對(duì)之進(jìn)行了解。這就要求孤網(wǎng)各機(jī)組均可實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效的調(diào)節(jié)。（2）孤網(wǎng)運(yùn)行趨于平穩(wěn)的階段。該階段，孤網(wǎng)運(yùn)行呈現(xiàn)出顯著的平穩(wěn)狀態(tài)，此時(shí)，可憑借相關(guān)調(diào)度手段獲知孤網(wǎng)運(yùn)行的具體規(guī)模，且可將機(jī)組特性作為依據(jù)，并與科學(xué)合理的調(diào)度類相關(guān)措施進(jìn)行結(jié)合，增強(qiáng)自動(dòng)裝置設(shè)置的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的有效保障。

2 孤網(wǎng)運(yùn)行工況檢測(cè)

在聯(lián)網(wǎng)處于正常狀態(tài)的情況下，機(jī)組運(yùn)行的頻率大致50±0.2Hz的范圍之內(nèi)出現(xiàn)波動(dòng)及變化。在處于孤網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)下，特別是在前期孤網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)期，機(jī)組頻率通常會(huì)呈現(xiàn)出幅度較大的變化，此時(shí)，可對(duì)系統(tǒng)頻率及火電機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行判斷。當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)變化超出50±0.2Hz的范圍之內(nèi)時(shí)，可判定形成孤網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)。然而，在前期孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，功率呈現(xiàn)出較大的不平衡時(shí)，機(jī)組具有較快的轉(zhuǎn)速變化，此時(shí)僅憑對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)來(lái)判斷孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，難免出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，特別是對(duì)于聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)中沒(méi)有對(duì)一次調(diào)頻進(jìn)行投入的機(jī)組會(huì)造成機(jī)組轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出過(guò)大的超調(diào)量變化動(dòng)態(tài)。因此，在功率呈現(xiàn)出較大的不平衡時(shí)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速在最短時(shí)間內(nèi)的有效控制，要求機(jī)組具備相應(yīng)功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度的有效檢測(cè)，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)不平衡功率的有效檢測(cè)。確保能在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)。通過(guò)盡快實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，并結(jié)合相應(yīng)已經(jīng)完成啟動(dòng)的控制策略，切實(shí)保障對(duì)頻率變化進(jìn)行抑制的有效性。

3 孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)組控制方式

在孤網(wǎng)運(yùn)行情況下，對(duì)于協(xié)調(diào)控制模式控制下的機(jī)組，將一次調(diào)頻對(duì)之實(shí)施投入的情況下，當(dāng)功率呈現(xiàn)出較大缺額時(shí)，功率控制將出現(xiàn)相應(yīng)的反調(diào)。在孤網(wǎng)運(yùn)行情況下，對(duì)于機(jī)械功率，應(yīng)當(dāng)設(shè)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(shí)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(shì)。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(shì)。當(dāng)機(jī)組OPC定值是103%時(shí)，OPC動(dòng)作將反復(fù)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(fù)振蕩現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)最終產(chǎn)生停機(jī)。如果將OPC對(duì)機(jī)組的保護(hù)取消，將造成機(jī)組出現(xiàn)超速保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致停機(jī)，如下圖2所示。因此，在孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，要對(duì)功率控制實(shí)施及時(shí)退出，并對(duì)閥位控制進(jìn)行采用。

4 一次調(diào)頻的設(shè)置

在孤網(wǎng)運(yùn)行情況下，附帶故障以及負(fù)荷波動(dòng)會(huì)造成負(fù)荷出現(xiàn)急劇變化，對(duì)此，必須進(jìn)行幅度較大的快速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的有效保障。另外，部分在國(guó)內(nèi)屬于基礎(chǔ)性的協(xié)調(diào)控制及汽輪機(jī)調(diào)速等相關(guān)系統(tǒng)，其內(nèi)部也存在有相應(yīng)的一次調(diào)頻回路，對(duì)任意投切持許可態(tài)度，特別是具備較小的容量的機(jī)組通常會(huì)被相關(guān)工作人員切除，這就導(dǎo)致對(duì)于此類被切除的機(jī)組難以充分發(fā)揮一次調(diào)頻的有效作用。其他機(jī)組一次調(diào)頻，其調(diào)節(jié)的具體幅度受到的限制較大，當(dāng)功率波動(dòng)較大時(shí)，難以實(shí)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(shí)頻率和機(jī)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(hù)時(shí)頻率和機(jī)械功率的變化曲線示意圖

5 二次調(diào)頻的設(shè)置

當(dāng)頻率呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，即會(huì)發(fā)生對(duì)額定值的相應(yīng)偏離。當(dāng)系統(tǒng)采取小于3000MW的容量時(shí)，其對(duì)應(yīng)的頻率偏差當(dāng)保持在50±0.2Hz的范圍之內(nèi)。當(dāng)要求對(duì)合適頻率實(shí)施重新回歸時(shí)，必須有效保障實(shí)施二次調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)頻率額定值的重新回歸。在孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，要對(duì)功率控制模式實(shí)施及時(shí)有效地切除，并通過(guò)閥位控制模式對(duì)DEH進(jìn)行控制。當(dāng)孤網(wǎng)狀態(tài)形成時(shí)，對(duì)一次調(diào)頻實(shí)施投入，同時(shí)可將轉(zhuǎn)速控制的相應(yīng)回路實(shí)施有效投入，切實(shí)保障對(duì)轉(zhuǎn)速控制的有效性。

6 高頻保護(hù)的設(shè)置

為對(duì)OPC定值影響進(jìn)行分析，將一次調(diào)頻相關(guān)的限幅環(huán)節(jié)取消，設(shè)置調(diào)差系數(shù)的值為0.05，設(shè)置OPC定值為103%，當(dāng)功率擾動(dòng)較大時(shí)，頻率出現(xiàn)較快上升，難以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻作用的充分有效發(fā)揮，會(huì)造成OPC動(dòng)作出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致頻率出現(xiàn)反復(fù)震蕩，引發(fā)低頻相關(guān)問(wèn)題，甚至造成低頻減載裝置動(dòng)作的出現(xiàn)，加劇孤網(wǎng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性。因此，對(duì)控制策略進(jìn)行啟動(dòng)之后，發(fā)揮一次調(diào)頻的作用，對(duì)功率呈現(xiàn)出的不平衡進(jìn)行限制，使之處于超速停機(jī)保護(hù)的相應(yīng)范圍之內(nèi)。

7 電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置的設(shè)置

（1）低頻減載裝置的設(shè)置。在孤網(wǎng)運(yùn)行情況下，如果負(fù)荷量高出火電機(jī)組的最大出力時(shí)，將造成火電機(jī)組在最大出力之后呈現(xiàn)持續(xù)性的頻率下降，且會(huì)造成發(fā)電機(jī)出現(xiàn)低頻保護(hù)動(dòng)作，并最終造成火電廠出現(xiàn)停電。當(dāng)孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)形成時(shí)，如果負(fù)荷量高出火電機(jī)組的最大出力時(shí)，僅依靠火電機(jī)組具備的調(diào)節(jié)功能，難以有效保障孤網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，需通過(guò)低頻減載裝置對(duì)部分負(fù)荷實(shí)施切除，以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率下降的有效抑制。另外，低頻減載裝置具有科學(xué)合理的具體配置，能切實(shí)保障電網(wǎng)運(yùn)行呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，且能切實(shí)保障孤網(wǎng)運(yùn)行呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

（2）低頻解列裝置的設(shè)置。當(dāng)火電廠存在較重負(fù)荷，造成孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電網(wǎng)內(nèi)部具備的低頻減載相關(guān)反應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率下降的有效抑制，在這種情況下，應(yīng)將低頻解列設(shè)置在合適區(qū)域，并設(shè)法使之成為對(duì)于低頻減壓的備用性方案，切實(shí)保障局部電網(wǎng)運(yùn)行呈現(xiàn)良好的安全性。在相關(guān)解列點(diǎn)的具體要求下，對(duì)機(jī)組實(shí)施解列，其附帶負(fù)電荷低于機(jī)組發(fā)出的實(shí)際功率。為頻率回歸提供了極大的便利性，此時(shí)，低頻解列呈現(xiàn)的具體整定值相對(duì)小于片網(wǎng)內(nèi)部低頻減載呈現(xiàn)的最低數(shù)值。此時(shí)，應(yīng)對(duì)低頻減載的方案實(shí)施情況進(jìn)行實(shí)時(shí)關(guān)注，并盡力實(shí)現(xiàn)對(duì)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(fù)荷被過(guò)多切除而導(dǎo)致不平衡功率的加重。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可將轉(zhuǎn)速及加速度作為依據(jù)對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行工況進(jìn)行檢測(cè)，在單機(jī)帶孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)相應(yīng)控制策略進(jìn)行啟動(dòng)，要迅速實(shí)施閥門(mén)控制，切實(shí)保障DEH側(cè)對(duì)OPC動(dòng)作特性的有效調(diào)整，在不平衡功率呈現(xiàn)較少狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)OPC定值的適當(dāng)提高，以確保一次調(diào)頻有效發(fā)揮其功能，并避免OPC動(dòng)作對(duì)孤網(wǎng)造成沖擊；在不平衡功率呈現(xiàn)較大狀態(tài)時(shí)，一次調(diào)頻難以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率上升的有效抑制，會(huì)造成機(jī)組出現(xiàn)超速保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)功率差額的有效減少，并通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使之保持3000r/min的轉(zhuǎn)速。

[1]張學(xué)金. 火電廠孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組動(dòng)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(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)特性與控制策略研究[D]. 華南理工大學(xué), 2010.