火电厂孤网运行机组动态特性及控制措施分析

陈晓凯

（湖北省电力建设第一工程公司，湖北 武汉 430000）

为有效保障火电厂机组在孤网运行状态下的稳定运转，必须确保各台机组均具备良好的调节性能。在孤网运行状态下，各台机组不仅要对频率进行调节，还需对功率进行调节。因此，对控制系统具有较高要求，要求在较短时间内，实现对控制目标的有效转变，以有效保障孤网呈现较为稳定的运行。因此，有必要对火电厂孤网运行机组动态特性及控制措施进行深入分析。

1 孤网运行概述

在一般情况下，孤网运行阶段可分为以下两个部分。（1）前期孤网运行。在该运行阶段，孤网内部相关功率呈现出显著的不稳定特征，且发电厂侧难以实现对孤网实际运行状态及具体运行区域的深入准确了解。在这种情况下，只能将频率、机组转速以及相关参数作为依据对之进行了解。这就要求孤网各机组均可实现及时有效的调节。（2）孤网运行趋于平稳的阶段。该阶段，孤网运行呈现出显著的平稳状态，此时，可凭借相关调度手段获知孤网运行的具体规模，且可将机组特性作为依据，并与科学合理的调度类相关措施进行结合，增强自动装置设置的科学性，实现对孤网稳定运行的有效保障。

2 孤网运行工况检测

在联网处于正常状态的情况下，机组运行的频率大致50±0.2Hz的范围之内出现波动及变化。在处于孤网运行的状态下，特别是在前期孤网运行的时期，机组频率通常会呈现出幅度较大的变化，此时，可对系统频率及火电机组的转速进行监测，以对孤网运行的实际状态进行判断。当电网频率波动变化超出50±0.2Hz的范围之内时，可判定形成孤网运行的状态。然而，在前期孤网运行时，功率呈现出较大的不平衡时，机组具有较快的转速变化，此时仅凭对机组转速进行检测来判断孤网运行状态，难免出现滞后现象，特别是对于联网运行状态中没有对一次调频进行投入的机组会造成机组转速呈现出过大的超调量变化动态。因此，在功率呈现出较大的不平衡时，为实现对机组转速在最短时间内的有效控制，要求机组具备相应功能，能实现对加速度的有效检测，以及实现对不平衡功率的有效检测。确保能在最短时间内实现对机组转速的有效调节。通过尽快实现调节，并结合相应已经完成启动的控制策略，切实保障对频率变化进行抑制的有效性。

3 孤网运行时发电机组控制方式

在孤网运行情况下，对于协调控制模式控制下的机组，将一次调频对之实施投入的情况下，当功率呈现出较大缺额时，功率控制将出现相应的反调。在孤网运行情况下，对于机械功率，应当设法令其有效减少，但功率由于受到闭环控制造成的影响，反而在实际上造成了功率的增加，由此使得频率也随之呈现出迅速的上升趋势。在这种情况下，抵消了一次调频与功率控制反调的有效作用。在PID控制的影响作用下，积分环节呈现出较大的数值积累，加上功率呈现不平衡状态造成的影响，使频率呈现出较为快速的增加趋势。当机组OPC定值是103%时，OPC动作将反复出现，如下图1所示，孤网将呈现出频率以及功率的反复振荡现象，进而导致系统最终产生停机。如果将OPC对机组的保护取消，将造成机组出现超速保护动作，进而导致停机，如下图2所示。因此，在孤网运行状态下，要对功率控制实施及时退出，并对阀位控制进行采用。

4 一次调频的设置

在孤网运行情况下，附带故障以及负荷波动会造成负荷出现急剧变化，对此，必须进行幅度较大的快速调节，实现对孤网稳定运行的有效保障。另外，部分在国内属于基础性的协调控制及汽轮机调速等相关系统，其内部也存在有相应的一次调频回路，对任意投切持许可态度，特别是具备较小的容量的机组通常会被相关工作人员切除，这就导致对于此类被切除的机组难以充分发挥一次调频的有效作用。其他机组一次调频，其调节的具体幅度受到的限制较大，当功率波动较大时，难以实现一次调频作用的充分发挥。

图1 协调控制方式下OPC定值为103%时频率和机械功率变化曲线示意图

图2 协调控制方式下取消OPC保护时频率和机械功率的变化曲线示意图

5 二次调频的设置

当频率呈现出稳定状态时，即会发生对额定值的相应偏离。当系统采取小于3000MW的容量时，其对应的频率偏差当保持在50±0.2Hz的范围之内。当要求对合适频率实施重新回归时，必须有效保障实施二次调频，实现频率额定值的重新回归。在孤网运行状态下，要对功率控制模式实施及时有效地切除，并通过阀位控制模式对DEH进行控制。当孤网状态形成时，对一次调频实施投入，同时可将转速控制的相应回路实施有效投入，切实保障对转速控制的有效性。

6 高频保护的设置

为对OPC定值影响进行分析，将一次调频相关的限幅环节取消，设置调差系数的值为0.05，设置OPC定值为103%，当功率扰动较大时，频率出现较快上升，难以实现一次调频作用的充分有效发挥，会造成OPC动作出现，进而导致频率出现反复震荡，引发低频相关问题，甚至造成低频减载装置动作的出现，加剧孤网运行的不稳定性。因此，对控制策略进行启动之后，发挥一次调频的作用，对功率呈现出的不平衡进行限制，使之处于超速停机保护的相应范围之内。

7 电力系统自动装置的设置

（1）低频减载装置的设置。在孤网运行情况下，如果负荷量高出火电机组的最大出力时，将造成火电机组在最大出力之后呈现持续性的频率下降，且会造成发电机出现低频保护动作，并最终造成火电厂出现停电。当孤网运行状态形成时，如果负荷量高出火电机组的最大出力时，仅依靠火电机组具备的调节功能，难以有效保障孤网运行的稳定性。因此，需通过低频减载装置对部分负荷实施切除，以实现对频率下降的有效抑制。另外，低频减载装置具有科学合理的具体配置，能切实保障电网运行呈现出良好的稳定性，且能切实保障孤网运行呈现出良好的稳定性。

（2）低频解列装置的设置。当火电厂存在较重负荷，造成孤网运行状态时，电网内部具备的低频减载相关反应难以实现对频率下降的有效抑制，在这种情况下，应将低频解列设置在合适区域，并设法使之成为对于低频减压的备用性方案，切实保障局部电网运行呈现良好的安全性。在相关解列点的具体要求下，对机组实施解列，其附带负电荷低于机组发出的实际功率。为频率回归提供了极大的便利性，此时，低频解列呈现的具体整定值相对小于片网内部低频减载呈现的最低数值。此时，应对低频减载的方案实施情况进行实时关注，并尽力实现对解列区域内部低频减载的有效减小，避免解列区域内负荷被过多切除而导致不平衡功率的加重。

8 结语

综上所述，可将转速及加速度作为依据对孤网运行工况进行检测，在单机带孤网运行状态下，对相应控制策略进行启动，要迅速实施阀门控制，切实保障DEH侧对OPC动作特性的有效调整，在不平衡功率呈现较少状态时，实现对OPC定值的适当提高，以确保一次调频有效发挥其功能，并避免OPC动作对孤网造成冲击；在不平衡功率呈现较大状态时，一次调频难以实现对频率上升的有效抑制，会造成机组出现超速保护动作，此时，可实现对功率差额的有效减少，并通过调速系统对转速进行控制，使之保持3000r/min的转速。

[1]张学金. 火电厂孤网运行机组动态特性与控制策略研究[J]. 科技与企业, 2014(18):166-166.

[2]付轲. 孤网运行时发电机组动态特性与控制策略研究[D]. 华南理工大学, 2010.