孤网运行机组控制策略分析与设计

张屹峰，李 敏

（1.山西电力科学研究院，山西 太原 030001；2.太原理工大学，山西 太原 030024；3.三峡大学，湖北 宜昌 443002）

孤网运行机组控制策略分析与设计

张屹峰1，2，李 敏3

（1.山西电力科学研究院，山西 太原 030001；2.太原理工大学，山西 太原 030024；3.三峡大学，湖北 宜昌 443002）

针对中电投漳泽电力蒲州电厂机组存在孤网运行的风险，制定了机组孤网运行应急控制策略。文章分析了孤网机组运行的特点，结合中电投漳泽电力蒲州电厂机组设备特性，提出了全新的负荷转速控制，并加以分析，对今后处理同类机组具有一定的参考价值。

孤网；数字电液控制系统；负荷转速控制

0 引言

根据山西省电力公司电力调度通信中心调系字［2010］44号文件精神，对网内部分厂站与主系统联系薄弱，存在孤立电网运行（简称“孤网”运行）、系统崩溃风险的电厂，必须进行数字电液控制系统DEH（Digital Electric Hydraulic Control System）改造，增强了孤网运行逻辑，实现孤网方式下发电机转速稳定。

中电投漳泽电力蒲州电厂为2×300MW单元机组，通过蒲杏双回线与杏园200 kV变电站相连接。在线路检修期间，机组存在孤网运行的风险，需要进行控制策略改造。

1 孤网运行的特点与分析

孤网，一般泛指脱离大电网的小容量电网。根据《中华人民共和国电力行业标准》规定，电网中单机容量应小于电网总容量的8%，以保证当该机发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。

电网中的各机组，一般都有10%～15%的过载余量，如果电网中的机组调速系统都正常投入，一旦某机组发生甩负荷，并且该机组的容量为电网总容量的8%，则电网所失去的功率可暂时由电网中其他机组的过载余量承担，电网频率下降0.2 Hz，相当于机组转速下降12 r/min，对供电质量的影响仍在运行规程规定的范围内。最大单机容量小于电网总容量8%的电网，可以称为大电网。目前，我国各大地区电网的机网容量比已经小于8%，可以看作无限大电网。相比之下，机网容量比大于8%的电网，统称为小网；孤立运行的小网，称为孤网，孤网可以分为下列几种情况。

a）网中有几台并列运行，单机与电网容量比超过8%，称为小网。

b）网中只有1台机组供电，称为单机带负荷。

c）甩负荷带厂用电，称为小岛运行工况，是单机带负荷的一种特例。

孤网运行机组最突出的特点是DEH由负荷控制转变为频率控制，它要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在用户负荷经常变化的情况下自动保持电网频率的稳定，这就是通常所说的一次调频功能。因此，一次调频是孤网运行机组面临的主要问题。一次调频是有差调节，为了维持在额定频率的附近，需要通过操作调速系统的给定机构增加机组出力来完成。由于孤网的容量较小，且汽轮机旋转惯量储能和锅炉所具备的能力势能均较小，所以要求孤网运行机组的调速系统具有更高的灵敏度、更小的迟缓率和更快的动态的响应特性[1]。

2 控制策略设计

分析中电投漳泽电力蒲州电厂的运行方式和DEH逻辑，提出如下改造方案。

2.1 修改和完善功率负荷不平衡功能

当电网转为孤网运行时，如果孤网机组的瞬时功率与电网的负荷偏差较大，机组甩负荷，使机组转速迅速上升，则超速保护控制OPC（Overspeed Protection Control）触发。由于孤网负荷的反向作用，孤网机组的转速迅速下降，造成孤网频率大幅波动。OPC触发容易造成机组主汽压力大幅波动，不利于锅炉稳定运行。

发电机组由正常大网运行转为孤网运行时，为了保证机组安全，防止汽轮机超速，OPC触发定值应按照功率负荷不平衡量来调整。该机组的转速不等率为5%，故机组在孤网运行时允许最高负荷转速为3 150 r/min。当功率负荷不平衡量为60%以上时，对应OPC触发定值是3 090 r/min；功率负荷不平衡量为30%时，对应OPC触发定值是3 180 r/min[2]。

因此，当机组处于孤网运行时，为了机组与孤网的稳定运行，OPC动作最高定值由3 090 r/min（103%） 改为3 180 r/min （106%）[2]。

2.2 新增转速负荷控制功能

发电机组处于孤网运行时，机组负荷由电网需求决定，DEH由负荷控制转变为频率控制，它要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。因此，DEH控制策略中增加了采用转速控制方式的负荷控制功能，见图1，即将负荷量按照机组不等率转化为相应的转速量来实现负荷控制。此时，机组控制以稳定电网频率为目的，这样可及时反映实际负荷需求的变化，配合二次调频功能，最终使电网频率稳定在额定频率。当电网故障消除，小网与大网并列运行时，可通过设定值偏置调整机组转速使小网与大网同步。

图1 转速负荷控制功能

2.3 新增二次调频回路

机组在转速负荷控制功能方式下，发电量和用电量不平衡时，网频上升或下降并稳定在新的平衡点上，此时网频与额定频率存在偏差。因此，在DEH控制逻辑中，增加二次调频回路，见图2。由转速偏差经运算以调整功率定值，平衡发电量和用电量，最终使电网频率稳定在额定频率。

调整功率定值时，为了快速适应负荷变化并防止超调，对功率定值的变化速率加以限制，即转差大时，变化速率大，随着转差变小相应的降低功率定值变化速率。

图2 二次调频回路

2.4 新增孤网运行工况判断逻辑

由于电气并网回路复杂，运行方式多样，一般在机组设计中均未提供机组带大网、孤网运行工况的状态信息。因此，在DEH逻辑中增加孤网运行工况判断逻辑。

a)并网情况下，汽轮机转速偏差≥±30 r/min。

b)手动投入。

机组处于孤网运行时，DEH自动切为转速负荷控制方式并投入二次调频，协调控制系统CCS（Coordination Control System） 退出。重新并网运行后，由运行人员手动操作“孤网手动退出”按钮退出孤网运行状态。

2.5 增加燃烧系统联动逻辑

机组处于孤网运行时，当实际功率大于200MW，保留3台磨运行；当实际负荷小于200MW，保留2台磨运行。同时，根据锅炉的最低稳燃负荷，投入底层油枪，保证锅炉燃烧稳定，使锅炉压力满足当前机组运行需求。

3 同一小网下2台机组孤网运行工况方式下的配合

机组处于孤网运行时，为了避免2台机组OPC同时触发使频率波动增大，2台机组的OPC触发最高定值不同，1号机组OPC触发最高定值为3150 r/min（105%），2号机组OPC触发最高定值为3 180 r/min（106%）。为了保证机组的稳定运行，待孤网机组切换过程结束后，一台机组DEH改为阀控方式，完成孤网运行方式下的一次调频功能，另一台机组处于孤网运行方式，完成孤网运行方式下的二次调频功能。

4 结束语

中电投漳泽电力蒲州电厂机组孤网运行得以安全稳定运行，转速负荷控制起了关键性的作用。在未来电网出现孤网运行情况下，可以根据电网的具体情况及时调整负荷控制方案，保障地区电网的安全稳定。如何加强机组孤网运行负荷控制工作，从容应对各种可能出现的电网运行状况，仍是热控专业今后应该继续研究的课题。

［1］ 秦江平.孤网运行系统负荷控制策略探讨［J］.广西电力，2009（6）：31-38.

［2］ 李亚麟.孤网控制技术在梅兰热电厂的应用［J］.自动化与仪表，2010（6）：32-35.

Analysis and Design on the Control Strategy of Isolated Power System Unit

ZHANG Yi-feng1，2，LIM in3
（1.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China；
2.Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China；3.Three Gorges Universiy，Yichang，Hubei 443002，China）

Since there is a risk of isolated network operating on the unit of Puzhou Power Plant，emergent control strategy on isolated network operation is thus formulated.In this paper，the characteristics of the isolated unit in operation are analyzed，and the new method of load speed control is put forward，which provides reference for dealingwith the similar problems in the future.

isolated power system；DEH control system；load speed control

TM761

A

1671-0320-（2011）03-0050-03

2011-01-22，

2011-04-11

张屹峰（1981-），男，山西河津人，2009级太原理工大学控制工程专业在读硕士研究生，工程师，从事热控自动化工作；

李 敏（1989-），男，山西太原人，2008级三峡大学电气与新能源学院电气工程及其自动化专业在读，主要研究方向为电力系统安全和可靠性分析和微电网分布式电源。