孤立電網穩定運行研究

王林

（四川省電力公司自貢電業局，四川 自貢 641000）

孤立電網，簡稱孤網，通常指的是與大型電網整體相分離的容量較小的電網。當孤立電網內部只有一個單獨的供電機組時，這個系統可以被稱為單機帶孤網的工作方式。單機帶孤網方式的顯著特征是把傳統電網對于電荷的控制轉化為對于運行頻率的控制。這就要求電網系統具有調節運行速度的功能、合乎要求的靜態特點、運行的穩定狀態以及敏捷的響應性，只有這樣，才能保證電網運轉頻率不受到用戶用電量變化的干擾。在孤網系統中，機組工作的核心問題由調整負荷量，轉變為調整頻率，將運行頻率保持在特定的頻率數值附近。本文著重探討建立在孤網運行特殊性基礎上的實踐管理方式。

一、保證孤網運行穩定的技術

（一）控制電壓

穩定孤網電壓的技術，首先包括穩定自動控制電壓的技術。AVR在系統中自動控制著電壓，在單機帶孤網工作時，為了滿足電能在負荷端的質量需求以及整個用電體系的穩定需求，應當維持發電機端口的電壓基本穩定。孤網在具體運行時，需要機組使用AVR作為自動調節電壓的手段，AVR可以根據無功電流的數值變化，來調整發電機內部通過的勵磁電流，從而維持端電壓數值的基本穩定。

對于電壓的控制還包括去除勵磁系統部分功能，主要是PSS作用。單機帶孤網工作過程中，由于我們無法掌控負荷端的有功電流改變，如果采用了PSS設備，無功的變化就會與有功相關，這可能會造成端口電壓的波動。因此，最好去掉電網系統中的這種功能，以免它干擾系統正常工作。

（二）控制頻率

穩定運行頻率，是控制孤網運行的重要環節。在發電機組帶動的孤網系統內，孤網自身缺乏調節平衡的能力，因此，發電機的運轉必須依據負載功率的改變而發生改變，這樣才能輸出恒定的頻率數值。當系統的功率變化或者負荷受到干擾時，整個電網的頻率也會相應改變。要保證孤網頻率特定，就要將汽輪的旋轉速度保持在每分鐘3000轉的范圍內，這樣才能實現火電機組帶動孤網的成功運轉。從這樣的控制目標出發，我們應當將控制的重點放在汽輪的旋轉速度上，設置相應的回路。

在火電機組帶動的孤立電網工作時，如果負荷端口甩掉十分之一以上的負荷，那么整個系統的運行周波就會急速增加，汽輪機的旋轉速度可能高達每分鐘3100轉左右，這種情況很嚴重時，機組就會甩掉全部負荷而停止運轉。為了避免這一現象的出現，我們去除了OPC動作，保留機組在每分鐘3000轉的正常速度下所具有的電超速、設備超速維護功能，并維持人工停機回路的暢通。

許多孤網的機組內部都有一個負荷波動的限制，通常為10%左右，但是這樣的限制已經不能滿足孤網幅度調整的需要。我們依據5%的子速不等率來設計修正頻率的函數，取消了一次調節頻率函數的上限。為了確保鍋爐的安全工作，將這種頻率調節函數的下線設置在35%的范圍內。在孤網發生切換時，事先將一次調整頻率的死區設置在每分鐘2轉范圍內，能夠最大限度減少干擾量。在切換完畢之后，可以依據機組工作的穩定程度，對于頻率調節死區再一次進行調整。

在切換孤網之前，要取消協調機組的控制功能，人工控制功率的回路。要將DEH調整到遙控或者閥控的狀態，將系統投入到一次調頻狀態的回路中。孤網工作時，機組旋轉速度受到疊加信號與人工調節命令的限制，這種調整方式為比例調整，其結果存在一定偏差，對于機組旋轉速度的調整是存在靜態差值的。因此，工作人員需要及時觀察機器轉動時穩定點數值的差值變化，如果這一穩定點的變化幅度超過了每分鐘3000轉，且超出程度過大，那么就要手工對汽輪機的調節閥門進行調整。

（三）控制負荷

分析孤網的頻率特征和負荷特征可以知道：為了將電網負荷改變引起的頻率改變數值控制在標準范圍內，就需要管理和組織用電端負荷量，以保證系統運行頻率恒定。首先，負荷量的增加和減少數值都不應當超過5MW。在做出增加或減少負荷量的決定之前，應當將這一決定通知調度人員，由中調人員事先對頻率加以調整，然后再增加或減少系統負荷量。其次，孤網所承受的負荷量上限為120MW，下限為90MW。要準確掌控負荷端在不同狀態下的負荷數值，使這一數值與單機發電峰值的調整相協調。這是確保系統運行正常的重要技術手段之一。

（四）控制機組

首先是對于電氣系統的控制。電廠要做好對于單元機組的各項管理工作，包括用電體系管理、保安管理、直流系統管理和公用體系管理，要安排這些系統的檢測和隔離工作，保證在臨近機組或者電網出現運行故障時，孤網機組仍然可以維持正常狀態。孤網無法承受臨近機組切換用電量帶來的沖擊，因此，應當事先準備切換方案，以便在孤網出現跳閘時，保安電源可以切換至臨近的電網系統中。

其次是對于鍋爐系統的控制。電廠使用的燃煤種類不同于設計燃煤，這會降低鍋爐工作的穩定程度。要實現燃油的正常燃燒，通常應當投入兩支油槍，維持燃燒過程的穩定。在發現爐膛不能穩定燃燒時，要及時調整燃燒狀況，可以采用再投入幾支油槍的方式，不能讓鍋爐熄火。要做好燃燒原料的成分搭配工作，確保投入燃煤質量的穩定。嚴格控制制粉系統的工作狀態，在啟動和停止系統之前，穩定好燃燒進程，將煤粉倉庫的料位保持在特定范圍內。

為了實現機組運轉時的負荷要求，一次頻率調整的回路會頻繁調節汽輪機的閥門，這將會造成鍋爐內部的壓力數值浮動，且幅度超過正常范圍。主汽壓力的變化會波及到汽包的水位和系統溫度。為了使主汽壓力保持恒定，降低操作負擔，可以將自動式的協調回路投入系統使用，降低壓力的預設數值，使系統可以自主調整主汽壓力。此外，還可以適當放松對于汽包水位和相關動作數值的限制。

二、實踐管理操作建議

（一）改造發電機組

在設置大中型城市的發電機組時，要充分考慮自動啟動和獨立電網的工作性能。單元機組帶動的孤網，是一種特殊的工作方式。多數電廠的技術人員在控制機組工作狀態時，都沒有顧及到機組的特殊功能，這增大了孤網的設置和運行難度。在研究單機帶動孤網的實施方案時，應當綜合考慮如何保持系統之間的隔離、如何控制汽輪機的旋轉、如何維持鍋爐和相關設備的穩定運轉，這就需要對系統采取大量的試驗措施和應急措施。

機組功能不完整，將會增添對重要城市供電的風險，不利于維持供電可靠性。只有嚴格執行用電體系設置標準、自動啟動電源的安裝標準、熱量控制標準以及監視單獨電網電壓頻率的標準，才能在技術層面上確保單機帶動孤網運行可靠，為城市供電提供保障。

（二）編制供電方案

在管理孤網運行的實踐中，有必要為重要城市編制電量供應的預案。在城市遭遇自然災害等不可抗力作用時，由外部進入城市的電源被全部中斷，這時應急方案能夠確保城市的供電正常。這種方案包括孤網運行方案，負責調整參與運行的電廠設備，隔離并切換電廠用電量，組織管理保安電源，合理控制輸電線路內部產生的電荷量等。在孤網形成之后，供電方案還可以調節系統電壓值和頻率值。

（三）規劃保安電源

我國部分供電重點城市主要依靠外地提供的電源來供電，有些城市沒有自己的保安電源。如果外部送進來的全部輸電網絡中斷，那么只能依靠孤網來提供電量。因此，可以考慮在重點供電城市建設特定規模的保安電源電廠，確保城市供電不受外界因素制約。

（四）制定融冰措施

對于容易發生冰凍災害的城市來說，要加大融冰領域的技術研究力度，制定有針對性的融冰措施體系，應對突發冰災事件。在強化投入使用輸電系統抵抗冰災的能力方面，需要設立三個關鍵步驟：避免接地線路受到冰凍之后和導線接觸產生跳閘、避免導線被冰層覆蓋之后造成線路中斷、保持桿塔的直立狀態。

我們要在研究國內融冰實用技術手段的基礎上，引進國外在融冰方面的先進科技，提升調研水平。要準確把握這一領域技術的發展階段和應用現狀，提出符合當地實際情況的融冰技術方案。要針對電壓級別不同的供電線路系統，設置不同的融冰計劃。在冰凍災害范圍較小、還沒有威脅到城市電網運行的安全時，就采取及時措施消除覆蓋的冰層，可以有效防止冰凍影響范圍的進一步擴展，維持城市供電的及時性和連續性。

結語

孤網運行的穩定性分析，包括電網系統運行流程的設計、電壓穩定性和頻率穩定性數值的計算等等。孤網運行方面的技術，包括穩定電壓的技術、穩定頻率的技術、組織管理機組的技術，以及控制端口電荷量的技術。為了確保單機帶孤網運行流程的穩定，提升城市供電系統工作的可靠程度，大中型城市的發電機組設計應當考慮到可以自主啟動和獨立運行的電網。設計人員要規劃城市供電的基本方案，以及城市重要電源的建設方案。此外，為了防止城市供電系統在遇到冰凍等自然災害時產生孤網現象，應當對融冰等技術手段展開探討，設立有針對性的應對措施技術體系，提升關鍵供電線路的防護標準。

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