火電廠孤網運行機組動態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運行狀態下的穩定運轉，必須確保各臺機組均具備良好的調節性能。在孤網運行狀態下，各臺機組不僅要對頻率進行調節，還需對功率進行調節。因此，對控制系統具有較高要求，要求在較短時間內，實現對控制目標的有效轉變，以有效保障孤網呈現較為穩定的運行。因此，有必要對火電廠孤網運行機組動態特性及控制措施進行深入分析。

1 孤網運行概述

在一般情況下，孤網運行階段可分為以下兩個部分。（1）前期孤網運行。在該運行階段，孤網內部相關功率呈現出顯著的不穩定特征，且發電廠側難以實現對孤網實際運行狀態及具體運行區域的深入準確了解。在這種情況下，只能將頻率、機組轉速以及相關參數作為依據對之進行了解。這就要求孤網各機組均可實現及時有效的調節。（2）孤網運行趨于平穩的階段。該階段，孤網運行呈現出顯著的平穩狀態，此時，可憑借相關調度手段獲知孤網運行的具體規模，且可將機組特性作為依據，并與科學合理的調度類相關措施進行結合，增強自動裝置設置的科學性，實現對孤網穩定運行的有效保障。

2 孤網運行工況檢測

在聯網處于正常狀態的情況下，機組運行的頻率大致50±0.2Hz的范圍之內出現波動及變化。在處于孤網運行的狀態下，特別是在前期孤網運行的時期，機組頻率通常會呈現出幅度較大的變化，此時，可對系統頻率及火電機組的轉速進行監測，以對孤網運行的實際狀態進行判斷。當電網頻率波動變化超出50±0.2Hz的范圍之內時，可判定形成孤網運行的狀態。然而，在前期孤網運行時，功率呈現出較大的不平衡時，機組具有較快的轉速變化，此時僅憑對機組轉速進行檢測來判斷孤網運行狀態，難免出現滯后現象，特別是對于聯網運行狀態中沒有對一次調頻進行投入的機組會造成機組轉速呈現出過大的超調量變化動態。因此，在功率呈現出較大的不平衡時，為實現對機組轉速在最短時間內的有效控制，要求機組具備相應功能，能實現對加速度的有效檢測，以及實現對不平衡功率的有效檢測。確保能在最短時間內實現對機組轉速的有效調節。通過盡快實現調節，并結合相應已經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 孤網運行時發電機組控制方式

在孤網運行情況下，對于協調控制模式控制下的機組，將一次調頻對之實施投入的情況下，當功率呈現出較大缺額時，功率控制將出現相應的反調。在孤網運行情況下，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出迅速的上升趨勢。在這種情況下，抵消了一次調頻與功率控制反調的有效作用。在PID控制的影響作用下，積分環節呈現出較大的數值積累，加上功率呈現不平衡狀態造成的影響，使頻率呈現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，如下圖1所示，孤網將呈現出頻率以及功率的反復振蕩現象，進而導致系統最終產生停機。如果將OPC對機組的保護取消，將造成機組出現超速保護動作，進而導致停機，如下圖2所示。因此，在孤網運行狀態下，要對功率控制實施及時退出，并對閥位控制進行采用。

4 一次調頻的設置

在孤網運行情況下，附帶故障以及負荷波動會造成負荷出現急劇變化，對此，必須進行幅度較大的快速調節，實現對孤網穩定運行的有效保障。另外，部分在國內屬于基礎性的協調控制及汽輪機調速等相關系統，其內部也存在有相應的一次調頻回路，對任意投切持許可態度，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揮一次調頻的有效作用。其他機組一次調頻，其調節的具體幅度受到的限制較大，當功率波動較大時，難以實現一次調頻作用的充分發揮。

圖1 協調控制方式下OPC定值為103%時頻率和機械功率變化曲線示意圖

圖2 協調控制方式下取消OPC保護時頻率和機械功率的變化曲線示意圖

5 二次調頻的設置

當頻率呈現出穩定狀態時，即會發生對額定值的相應偏離。當系統采取小于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。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頻，實現頻率額定值的重新回歸。在孤網運行狀態下，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。當孤網狀態形成時，對一次調頻實施投入，同時可將轉速控制的相應回路實施有效投入，切實保障對轉速控制的有效性。

6 高頻保護的設置

為對OPC定值影響進行分析，將一次調頻相關的限幅環節取消，設置調差系數的值為0.05，設置OPC定值為103%，當功率擾動較大時，頻率出現較快上升，難以實現一次調頻作用的充分有效發揮，會造成OPC動作出現，進而導致頻率出現反復震蕩，引發低頻相關問題，甚至造成低頻減載裝置動作的出現，加劇孤網運行的不穩定性。因此，對控制策略進行啟動之后，發揮一次調頻的作用，對功率呈現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。

7 電力系統自動裝置的設置

（1）低頻減載裝置的設置。在孤網運行情況下，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持續性的頻率下降，且會造成發電機出現低頻保護動作，并最終造成火電廠出現停電。當孤網運行狀態形成時，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節功能，難以有效保障孤網運行的穩定性。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，能切實保障電網運行呈現出良好的穩定性，且能切實保障孤網運行呈現出良好的穩定性。

（2）低頻解列裝置的設置。當火電廠存在較重負荷，造成孤網運行狀態時，電網內部具備的低頻減載相關反應難以實現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，切實保障局部電網運行呈現良好的安全性。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，低頻解列呈現的具體整定值相對小于片網內部低頻減載呈現的最低數值。此時，應對低頻減載的方案實施情況進行實時關注，并盡力實現對解列區域內部低頻減載的有效減小，避免解列區域內負荷被過多切除而導致不平衡功率的加重。

8 結語

綜上所述，可將轉速及加速度作為依據對孤網運行工況進行檢測，在單機帶孤網運行狀態下，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側對OPC動作特性的有效調整，在不平衡功率呈現較少狀態時，實現對OPC定值的適當提高，以確保一次調頻有效發揮其功能，并避免OPC動作對孤網造成沖擊；在不平衡功率呈現較大狀態時，一次調頻難以實現對頻率上升的有效抑制，會造成機組出現超速保護動作，此時，可實現對功率差額的有效減少，并通過調速系統對轉速進行控制，使之保持3000r/min的轉速。

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

[2]付軻. 孤網運行時發電機組動態特性與控制策略研究[D]. 華南理工大學, 2010.