镍铁矿热炉孤网调度和稳控一体化系统研究

[摘 要]新兴铸管印尼镍铁项目一期建设三套33MW的镍铁合金冶炼炉，配套建设自备电厂，装备3×35MW纯凝汽轮发电机组。由于印尼小岛缺少电网支持，镍铁项目及其自备电厂必须寻求孤网运行。与大电网相比，孤网的一次系统不具备稳定性，必须通过二次系统的控制和调整获得稳定性。本研究结合生产实际，针对孤网中机组数量少，工业负荷冲击大的难题，开发出具有较高的性能指标的孤网调度和稳控一体化系统。

[关键词]孤网；电力调度；稳控一体

中图分类号：TM617；X756 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0143-01

一、引言

矿热炉配套孤网运行L险大：发电机组数量较少，其旋转惯量储存的动能和锅炉群所具备的热力势能均较小，用电负荷的冲击，对于孤网的频率、电压冲击较大；系统可靠也较低，一旦发生机组故障就会出现功率缺额，直接影响镍铁生产；矿热炉的数量少，负荷波动频繁幅度大，负荷波动叠加的可能性也较大，对于孤网会产生频繁的大范围负荷冲击。严重影响孤网安全和主设备的寿命；孤网缺少大电网的支持，必须独立进行调度，维持频率、电压、功角的稳定。

为了解决孤网运行的难题，同时，为了协调控制发电机组、镍铁矿热炉、电负荷平衡装置，提高孤网的安全稳定和运行经济性，进行了调度和稳控一体化系统开发研究。

二、研究内容

1、研究思路

与大电网相比，孤网的一次系统不具备稳定性，必须通过二次系统的控制和调整获得稳定性。因此，调度和稳控一体化系统与大电网中的类似系统相比，需具备以下功能：

（1）功能包括自动发电控制、自动电压控制、功角测量、特殊控制系统、低频低压减载功能。同时还要包括了矿热炉负荷管理系统等特殊功能。

（2）孤网中的电压、频率、有功功率、无功功率、功角等参数存在强耦合关系，为了最大限度地提高孤网稳定性和可利用率，相关控制功能必须相互配合。

（3）对系统的实时性能指标要求高。孤网电气参数的过渡时间比大电网短得多，相对应的其控制功能的实时性能指标也要有更高的要求。

2、设备部分

调度和稳控一体化系统包括机组级控制接口、负荷管控终端和控制中心三个部分。

结构图如下：

3、控制思路

针对上述的孤网难题，机网协调系统及电负荷平衡装置的控制思路如下：

（1）一般的发电机组能够承受的负荷冲击为±5%，不能满足±15%的要求：通过发电机组的调速系统和励磁系统的改进，配置合适的旁路和锅炉PCV阀，发电机组能够实现甩负荷带厂用电的要求。这样单台发电机组能够承受的负荷冲击能够扩大到+8/-100%的范围；通过增加实时自动发电控制功能，使得发电机组能够同步承担负荷冲击，这样发电机组就能够承担孤网容量+8/-100%的范围负荷冲击；通过增加实时自动电压控制功能，使得孤网母线的电压受控，而且响应速度小于200ms，增加电压补偿功能，当电压允许波动范围±5%的条件下，使得发电机组再获得±10%的抗负荷冲击的能力。这样两台发电机组就能够承担孤网容量+18/-100%范围内的负荷冲击，满足了±15%的要求。因此，我们认为采用了机网协调系统就能够控制两台发电机组 承担±15%的负荷冲击。

（2）发电机组的数量较小，一旦发生机组故障就会出现功率缺额，直接影响下游生产，甚至造成孤网崩溃解决方案：对于单台机组的燃烧率下降，可以通过AGC功能增加另一台机组出力来缓解有功出力的不足。可以通过AVC和电压补偿功能来快速降低用电侧的功率需求。可以通过负荷管理（DMS）功能来降低用电侧的功率需求；对于单台机组的非停，通过稳控（SCS）功能来快速联锁切除相对应的负荷，以保证孤网的稳定，减少频率和电压的动态偏差。合理整定低频低压减载，作为SCS的后备保护。

（3）大规模的负荷跳闸影响孤网的稳定和发电机组的寿命，可行的解决方案：用电侧负荷的跳闸，通过AGC、AVC和电压补偿功能，来维持孤网的频率、电压的稳定；更大规模的负荷跳闸，可能造成发电机组负荷过低，影响锅炉稳燃，通过AGC功能，降低某一台机组的出力，保障另一台机组的燃烧稳定性；孤网缺少大电网的支持，必须独立进行调度，维持频率、电压、功角的稳定，同时由于孤网的特殊性，其实时性要求高于大网，保护策略有较大区别。此系统本质上是按照孤网要求开发的调度和稳控一体系统，以维持孤网的动态和暂态稳定，减少发电机组的寿命损耗，涵盖了电网调度和保护各种功能。

三、目标实现

自动发电控制（AGC），与DCS和DEH通讯，快速合理分配有功功率，维持孤网频率在50Hz。自动电压控制（AVC），与励磁系统通讯，快速合理分配无功功率，维持孤网电压在额定值。功角测量和调整，协调无功补偿和机组有功、无功负荷，调节功角/功素因素平衡，维持暂态稳定裕量最大化。负荷管理，根据有功无功备用计算，向大负荷发出增减负荷允许条件和联锁降负荷指令。稳定性控制，监测孤网故障，根据有功无功备用计算和孤网参数监测，发出切负荷和机组降负荷指令。调度平台，为调度人员提供监控发电和用电的数据平台，可以作为工业园区的调度平台。

四、结束语

调度和稳控一体化系统是孤网运行的调度和控制中心，通过对发电机组和用电负荷的综合协调管理，来实现孤网的安全稳定运行。如果不采用调度和稳控一体化系统系统，可以采用大网的调度、稳控等通用产品来实现部分功能。但大网中类似产品的性能指标较低，功能不全，缺乏技术可靠性，不能保障孤网的安全可靠运行。 负荷平衡装置能够减少对于发电机组的负荷冲击，从而减少发电机组的寿命损耗，减小频率波动的幅度。本项目的矿热炉数量较少，负荷冲击叠加效应较多，10%以上的负荷冲击较多，在这种条件下，电负荷平衡装置是唯一具有业绩的解决方案。在孤网大规模甩负荷的条件下，能够作为将发电机组负荷迅速提升到30%左右，使机组能够长期运行。