GE燃?xì)廨啓C(jī)孤網(wǎng)控制策略分析

龍文明

摘 ?要：隨著社會的不斷進(jìn)步，人們對電力的需求日漸增加。電力成為社會生產(chǎn)生活不可或缺的重要能源，而受多方面因素的影響會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行受到影響，進(jìn)而出現(xiàn)停電事故，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還對社會生產(chǎn)生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在進(jìn)行停電恢復(fù)時，恢復(fù)的質(zhì)量在很大程度上受機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行的影響。因此對GE燃?xì)廨啓C(jī)的孤網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)的控制具有重要意義，并且具有必要性。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);孤網(wǎng)運(yùn)行;控制策略

受電力系統(tǒng)自身故障的影響，以及滑坡、泥石流、地震、暴雪等自然災(zāi)害的影響，均會導(dǎo)致大規(guī)模的停電事故出現(xiàn)。此時局部電網(wǎng)與主網(wǎng)相分離，為保障社會供電及時恢復(fù)，應(yīng)保障孤網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。從而對事故進(jìn)行有效處理，及時恢復(fù)供電。

1 研究背景

通常情況下，單機(jī)的容量在電網(wǎng)總?cè)萘恐姓紦?jù)比例在8%以上的電網(wǎng)，可以稱之為小網(wǎng)。而該小網(wǎng)處于孤立運(yùn)行的狀態(tài)，則可以稱之為孤網(wǎng)。一般情況下可將孤網(wǎng)分成以下幾種情況：其一為在其中具有多臺并列運(yùn)行的機(jī)組，其二為其中僅有一臺機(jī)組，處于帶負(fù)荷的狀態(tài)運(yùn)行，其三為甩負(fù)荷帶廠用電運(yùn)行。在GE燃?xì)廨啓C(jī)中，可通過三種方式對孤網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行控制，即控制速度、控制負(fù)荷共享以及備用控制等。

2 GE燃?xì)廨啓C(jī)孤網(wǎng)的運(yùn)行控制策略

2.1 速度的控制

應(yīng)用速度的控制方法通常可應(yīng)用在僅具有一臺燃?xì)廨啓C(jī)的孤網(wǎng)運(yùn)行中，針對燃?xì)廨啓C(jī)類型的不同，可分成變長數(shù)不等率孤網(wǎng)運(yùn)行的速度控制、標(biāo)準(zhǔn)不等率的控制等，該兩種方式均需要借助PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。在燃?xì)廨啓C(jī)的調(diào)速器中不可或缺的重要控制功能便是不等率控制，在眾多的電氣中，均表明通過標(biāo)準(zhǔn)不等率對機(jī)組進(jìn)行控制，使得燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷與燃料的值二者呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。在不等率燃?xì)廨啓C(jī)的調(diào)速器中，其轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)在一定程度上手動燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際的不等率、負(fù)荷設(shè)定值等的影響。若燃?xì)廨啓C(jī)的不等率為4%，而額定的負(fù)荷為100MW，則將負(fù)荷設(shè)為25MW，轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)為101%。實(shí)際的轉(zhuǎn)速會隨著大電網(wǎng)頻率的改變而發(fā)生改變，因此設(shè)大電網(wǎng)頻率為穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)為50赫茲時，實(shí)際轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)。則此時轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)和實(shí)際轉(zhuǎn)速二者的偏差可ton過相應(yīng)的調(diào)節(jié)器運(yùn)算，最終獲得當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率為25MW時，可獲取燃料的基準(zhǔn)沖程。并進(jìn)行相應(yīng)的篩選，最終獲取最佳的燃料基準(zhǔn)沖程。

若大網(wǎng)具有相對較大的波動，則會在一定程度上導(dǎo)致燃機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)波動，此時會導(dǎo)致實(shí)際轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，而轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)則未發(fā)生改變。二者的變差會發(fā)生一定的變化，進(jìn)而導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率發(fā)生一定的改變，從而使大電網(wǎng)的頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過相應(yīng)的分析，發(fā)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)不等率進(jìn)行控制時，則是對速度有差進(jìn)行控制。若在孤網(wǎng)中，單純的采用該方法對回路的單獨(dú)運(yùn)行進(jìn)行控制，則無法使孤網(wǎng)的頻率自動維持在穩(wěn)定狀態(tài)下。當(dāng)孤網(wǎng)中出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不等率燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況和需求進(jìn)行控制，保障選擇的控制策略具有針對性，從而使對速度有差控制轉(zhuǎn)變?yōu)闊o差控制。通過相應(yīng)的對比，可以發(fā)現(xiàn)將孤網(wǎng)運(yùn)行中對基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的控制增加作為偏置值，則孤網(wǎng)的運(yùn)行對速度基準(zhǔn)進(jìn)行控制與實(shí)際的速度間存在的偏差則可作被控量。通過比例調(diào)節(jié)器，可以獲取相應(yīng)的燃料基準(zhǔn)沖程，并與實(shí)時的基本符合的燃料基準(zhǔn)沖程進(jìn)行運(yùn)算，并保障運(yùn)算的快速性，從而獲取相應(yīng)的燃料基準(zhǔn)偏置值。通過該偏置值對不等率進(jìn)行相應(yīng)的控制，或增加或減少，對當(dāng)前保持孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率狀態(tài)需求的實(shí)際燃料的基準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。利用在燃?xì)廨啓C(jī)中調(diào)節(jié)相應(yīng)的燃料量，使機(jī)組轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定狀態(tài)，使孤網(wǎng)的運(yùn)行頻率得以保持。而在變常數(shù)不等率的控制中，變常數(shù)不等率的機(jī)組其燃機(jī)的負(fù)荷、燃料則不一定存在線性關(guān)系。該系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)的不等率控制系統(tǒng)具有一定的差別，將燃機(jī)負(fù)荷引入該參數(shù)中當(dāng)做導(dǎo)前信號并計(jì)算微分。通過將該導(dǎo)前微分的計(jì)算增加，最終獲取TNRL。在此種情況下，盡管輸出功率與燃料量二者間不具有線性關(guān)系，通過相應(yīng)的調(diào)節(jié)器也可將燃料基準(zhǔn)沖程進(jìn)行有效計(jì)算，且保持計(jì)算的準(zhǔn)確性。在電網(wǎng)的頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)時，保障輸出功率的正確性。

機(jī)組切到孤網(wǎng)運(yùn)行模式時，燃機(jī)調(diào)速系統(tǒng)被控量為透平轉(zhuǎn)速，同樣進(jìn)入轉(zhuǎn)速無差調(diào)節(jié)，一旦轉(zhuǎn)速存在偏差，則PI控制器會調(diào)節(jié)燃機(jī)燃料，以保持燃機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值，保持孤網(wǎng)運(yùn)行時的頻率穩(wěn)定。無論是處于標(biāo)準(zhǔn)的不等率下進(jìn)行運(yùn)行模式，還是變常數(shù)不等率下的孤網(wǎng)運(yùn)行模式，如果只有1臺機(jī)組在孤網(wǎng)上運(yùn)行，那么孤網(wǎng)負(fù)荷和燃機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力就一定要匹配;如果當(dāng)孤網(wǎng)負(fù)荷超出燃機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，那么孤網(wǎng)頻率穩(wěn)定不再能維持。當(dāng)需要多臺機(jī)組并列運(yùn)行在同一孤網(wǎng)上，則需注意以下幾個方面：

其一只能有1臺燃機(jī)允許被投人孤網(wǎng)運(yùn)行速度控制模式。因?yàn)槿绻?臺燃機(jī)同時投人孤網(wǎng)運(yùn)行速度控制模式，那么每臺燃機(jī)PI調(diào)節(jié)器都會起作用去控制孤網(wǎng)轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致2臺機(jī)組互相影響，引起燃機(jī)負(fù)荷擺動。其二被投人孤網(wǎng)運(yùn)行的那臺機(jī)組，將調(diào)整自身的負(fù)荷輸出去匹配當(dāng)前孤網(wǎng)上的負(fù)荷變動來穩(wěn)定孤網(wǎng)頻率。而如果穩(wěn)定運(yùn)行，則要確保孤網(wǎng)運(yùn)行燃機(jī)的調(diào)整能力可以覆蓋孤網(wǎng)運(yùn)行時的負(fù)荷變化，否則需要通過手動調(diào)節(jié)其它機(jī)組負(fù)荷來匹配孤網(wǎng)的負(fù)荷擺動，用來保證孤網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 備用控制

孤網(wǎng)運(yùn)行的備用控制用于2臺并列機(jī)組同時運(yùn)行獨(dú)立孤網(wǎng)上，共同為孤網(wǎng)供電。其中1臺機(jī)組運(yùn)行在孤網(wǎng)速度控制模式，另1臺機(jī)組可以被選擇為備用模式。當(dāng)孤網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組發(fā)生跳閘或者自動停機(jī)等異常情況時，備用機(jī)組可以自動從不等率控制切換到孤網(wǎng)運(yùn)行模式。在控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)此功能時，是通過增加硬接線信號來聯(lián)系2臺機(jī)組，而備用燃機(jī)則通過判斷主燃機(jī)的狀態(tài)來切換“孤網(wǎng)運(yùn)行備用”和“孤網(wǎng)運(yùn)行”兩種狀態(tài)。通過該模式實(shí)現(xiàn)2臺燃機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行功能互為備用，為孤網(wǎng)運(yùn)行提供更高的安全性和可靠性。

2.3 負(fù)荷共享

“負(fù)荷共享”模式是為了解決多機(jī)并列運(yùn)行在孤網(wǎng)上時，僅靠單機(jī)使用速度控制模式帶來的負(fù)荷擺動和手動調(diào)整等弊端。如果投用該功能，所有孤網(wǎng)_上的燃機(jī)機(jī)組可以像同1臺機(jī)組一樣進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)控制，以維持孤網(wǎng)的正常運(yùn)行。該模式下的被控量同樣為轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)和實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差，此偏差經(jīng)過P調(diào)節(jié)器或者PI調(diào)節(jié)器的運(yùn)算處理，去調(diào)節(jié)FSR，同速度控制的運(yùn)算非常相似，所不同的是除此之外在控制回路中還增加了1個經(jīng)過負(fù)荷共享控制器運(yùn)算后負(fù)荷偏差輸人DWS作為FSR的偏置。

3 結(jié)束語

通過對GE燃?xì)廨啓C(jī)孤網(wǎng)的運(yùn)行控制策略進(jìn)行研究和分析，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。機(jī)組孤島具有的調(diào)節(jié)特性具有一定的重要性，對停電事故發(fā)生后的恢復(fù)質(zhì)量和效率具有重要影響。通過相應(yīng)的運(yùn)行控制策略，可保障燃?xì)鈾C(jī)輪孤網(wǎng)的運(yùn)行更具穩(wěn)定性，通過相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制，使整體電網(wǎng)的運(yùn)行得到保障。速度控制、負(fù)荷分享等均具有重要意義，在實(shí)際工作中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況和需求，進(jìn)行合理的選擇，從而保障控制策略的針對性和有效性。

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