机网协调和稳控装置在孤网运行中的配合

机网协调和稳控装置在孤网运行中的配合

韩志成

新疆合盛硅业能管中心 新疆鄯善 838200

摘要：从小型孤立电网整体考虑，合理配置机网协调和稳控装置，且做到互相合理的配合，从而保证了小型孤立电网的安全稳定运行。

关键词：孤立电网；机网协调；稳控；配合

1 引言

孤立小电网由于电源少，负荷波动相对较大，因此在运行时和大型电网在运行时有许多不同之处，需要配备相应的控制系统才可以稳定运行。目前在小型孤立电网中，比较合理的配置有：机网协调和稳控系统，有了这两个系统相互配合，再加上精心调度，孤立小电网完全可以稳定运行。现以新疆吐鲁番市鄯善县某电网为例来说明。

2 机网协调和稳控装置是小型孤立电网的必备配置

该电网容量很小，电源配置为：2台350MW火力机组，1台25MW的背压机组（一直没投运），6台50MW的余热机组。接带的负荷主要是32台33MVA的工业硅炉变（由于电源少，32台硅炉最多运行25台），还有1台60MVA的碳素石墨化电源负荷。从这个配置来看，这个电网容量非常小，但接带的负荷量却不小且负荷波动相对较大，电网运行非常困难，主要困难是电网频率很难控制。为了稳定电网频率，且在负荷或电源跳闸后能及时稳定系统，该电网配置了机网协调和稳控系统，用来控制频率、电压等。同时机网协调并不是控制全部的发电机组，而是只控制2台350MW机组、1台251台25MW的背压机组和2台50MW余热机组。简单说明如下：

机网协调厂家为山西磐控微型电网技术有限公司，而稳控则为北京四方的稳控系统，这两个系统构成了该电网控制和调节系统的核心。从实际运行情况来看，当初上机网协调和稳控系统是正确的，因为该电网容量太小，只用发电机一次调频来调节电网频率难度非常大。如果电网容量再大一些，仅用发电机一次调频就可以了，比较典型的就是位于新疆昌吉市五彩湾地区的某孤立电网。

3机网协调在小型孤立电网中的技术目标

提供源网荷整体运行技术咨询服务，提出对负荷侧、发电侧、黑启动机组、电负荷平衡装置及二次装置等系统总的技术要求，针对项目现状提出改进方案并配合用户逐一落实。提供控制区域电网安全稳定运行的机网协调系统，使得工业硅炉及其自备电厂能够独立运行，供电质量满足用电设备的需求，接近大电网的行业标准要求。具体实现下列目标：

（1）在机网协调控制下，电网内部发电机组能够带工业硅负荷连续稳定运行，控制频率、电压和功角的稳定。系统正常状况下，供电频率的允许偏差为± 0.5 Hz；系统电压允许偏差为额定值的 ±5%；

（2）在单台机组故障跳闸时，要求稳控系统在200ms之内以最小过切原则切除部分工业硅炉，机网协调能够控制剩余发电机组和工业硅负荷快速稳定区域电网频率和电压，恢复稳定运行。在此过程中，供电频率允许偏差不应超过-1.5~+1.0 Hz；系统电压允许偏差为-20%~10%；发电机组功角稳定，发电机组不出现功率振荡。

（3）在出现工业硅炉甩负荷时，机网协调首先控制电平衡装置补偿有功负荷，当工业硅炉甩负荷量大于电平衡装置的容量时，能够控制发电机组共同减负荷，快速稳定区域电网频率和电压。

当工业硅甩负荷量小于电平衡装置容量时，区域电网的频率允许偏差为± 0.5 Hz，电压允许偏差为额定值的 ±5%。

当工业硅甩负荷量大于电平衡容量，且超过容量小于100MW时，区域电网的频率允许偏差为-1.0~+1.5Hz，系统电压允许偏差为±5%。

当工业硅甩负荷量大于电平衡容量，且超过容量大于100MW时，只要锅炉相应地甩负荷保持稳燃，剩余发电机组有功出力大于30%，用电负荷不出现误跳，机网协调仍然能够控制发电机网共同甩负荷，快速稳定区域电网频率和电压，维持区域电网稳定运行。

（4）在区域电网出现低压侧短路故障（相间短路）时，要求电气保护系统在300ms之内隔离故障，机网协调控制发电机组穿越低压侧短路故障，恢复区域电网的稳定运行。

（5）机网协调统一控制25MW背压机及其后置的2台50MW余热发电机组，使之成为一台125MW的虚拟抽凝机组，作为区域电网独立电源点。125MW 的虚拟抽凝机组能够带相应的工业硅负荷，在一段35kV母线上构成更小规模的小孤网。该小孤网能够独立运行，也能够并入区域电网运行，在区域电网故障时，小孤网能够快速脱离区域电网继续运行。

（6）即使出现220kV母线故障，要求发电组保护快速解列发电机组，机网协调能够控制汽轮发电机组甩100%负荷带厂用电运行，在此过程中，汽轮机最大飞升转速小于150r/min，稳定时间小于30秒。只要锅炉及其辅机和汽轮机旁路能够保证汽轮机机前压力的稳定，实现锅炉的稳燃，机网协调将维持汽轮机发电机组的转速稳定，保证发电机组带厂用电运行。

从上述目标可以看出，机网协调主要任务是快速调整电网频率和电压，保证电网正常运行。也就是说，只要电网设备不跳闸，正常的频率和电压的调节基本由机网协调来实现。

4 稳控装置在小型孤立电网中的作用

稳控装置的基本原理是电源跳闸后切负荷，负荷跳闸后切机，即通常说的高频切机，电频减载；在电网正常运行时，稳控装置不起作用，但在负荷或电源跳闸时，就需要由稳控系统切除相应的发电机或负荷来稳定系统。为了保证电网安全运行，该电网稳控做了非常复杂的稳控策略。

5 机网协调和稳控系统的配合

在该电网中，机网协调既相互独立，又相互配合，通过相互配合，完成电网需要的调节和控制。

（1）在电网设备正常运行的情况下，由机网协调完成电网频率和电压的调节，特别是频率的调节。机网协调AGC属于二次调频，靠控制汽轮机进汽阀门来快速实现频率的调节，同时快速下达指令，调节锅炉的负荷来保证电网的频率。为了提高调节速度，该电网将汽轮机厂家原来配置的汽轮机调节阀进行了改造，实现了阀门的快速调节。该机组改造后高、中压调门全关时间约200ms，全开时间约0.5s。

（2）在电源或负荷跳闸时，稳控快速动作切除相应的负荷或电源，为了满足机网协调的调节可靠性，要求稳控的动作时间在200ms以内。为此，专门组织机网协调厂家和稳控厂家进行了沟通，保证双方在这一关键点互相理解并实现了稳控在200ms内完成动作。同时要求继电保护装置在设备短路时在200ms内完成故障设备的切除，为了做到这一点，对系统内继电保护装置进行了重新整定。

（3）稳控定值里面的发电机上下调节量需按照机网协调的能力来确定。小的负荷或发电机跳闸，并不需要稳控去动作，而是根据机网协调的调节能力来确定是否动作。只有当跳闸的负荷量较大，或跳闸的发电机容量较大，超过了机网协调的调节能力时，稳控才动作。为此在稳控定值单里面设定了机组上下调节量，当负荷跳闸后，发电量发电负荷下调量大于跳闸负荷时，稳控不动作；相应的，当发电机跳闸，网内其余正常运行的发电机上调量大于跳闸发电机的负荷时稳控也不动作。跳闸负荷大，超过了上述规定，则稳控快速动作，按照最小过切原则动作切除相应的负荷或发电机，这样就做到了稳控和机网协调的相互配合。比如一台350MW机组跳闸，当时负荷为200MW，网内其余机组上调量为30MW，则切除大于等于170MW的硅炉负荷即可。在该电网中，350MW发电机上调量为21MW，下调量为157MW,如果仅靠一次调频，发电机组不可能有如此大的调节范围。

6 实践效益

该电网自从2019年3月11日实现孤网运行以来，一直正常运行至今。