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摘要 针对孤网运行的风险，以提高孤网运行可靠性为目标，对发电机的励磁调节系统、汽轮机的调速控制系统、配电智能稳控系统进行改造，并成功运用在济钢二降压区域电网中。
关键词 孤网；励磁系统；调速控制系统；配电智能稳控系统
中图分类号 TM732 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0094-01
孤网是孤立电网的简称，一般泛指脱离大电网的小容量电网。最大单机容量小于电网总容量的8%的电网，可以称为大电网；机网容量比大于8%的电网，统称为小网；孤立运行的小网，称为孤网，孤网可分为以下几种情況。网中有几台机组并列运行，单机与电网容量之比超过8%，称为小网。网中只有一台机组供电，成为单机带负荷。甩负荷带厂用电，称为孤岛运行工况，是单机带负荷的一种特例。
企业自备发电厂孤网运行的要点是50Hz频率稳定，发电机端电压稳定，这是孤网运行可靠性的根本保证。为实现频率和机端电压的稳定，下面将从发电机的励磁调节控制系统、汽轮机的调速控制系统、配电智能稳控系统三个方面的改造分别进行简要阐述。
1 发电机的励磁控制系统改造
孤网运行对发电机的励磁调节系统响应速度、调节精度、控制功能和检测方式要求越来越高，其目的就是保证当孤网的负荷突变时，励磁系统调节快、特性硬、精度高，将发电机的端电压维持在额定值实现发电机端电压的稳定。为此将原来的DVR-2000A升级改造为DVR-2000B。
1）只能选择自动励磁方式。自动励磁方式是发电机输出闭环运行方式，具有强励、强减功能。当孤网的负荷突增时，尤其是重负荷起来时，发电机的外特性必然是电压和频率下降，DVR-2000B靠快速响应，瞬间增磁，提高发电机端电压至给定值（额定值），并维持稳定。当孤网的负荷突减时，尤其是重负荷故障被甩掉时，发电机的外特性必然是电压和频率快速上升，DVR-2000B靠快速响应，瞬间减磁，降发电机端电压至给定值（额定值），并维持稳定。如果没有重负荷，孤网运行会稳定，简单许多。
2）DVR-2000B励磁控制方式只能选择恒电压控制。孤网运行时，发电机的功率因数是由负荷决定的，发电机通常带感性负荷，负荷的增加减少直接影响发电机的功率因数，所以不可选择恒功率因数控制。
3）调差极性为正，调差系数≤5%。根据发电机组运行方式的不同，调差系数的设置也会有所不同。如果发电机是单台机带负荷运行，建议将参数设定里面的调差系数改为0；如果两台机组或者是多台机组并列运行，参数设定里面的调差系数可更加现场带负荷情况设定，一般不超过5%；如果是两台发变组或者多台发变组并列运行，参数设定里面的调差系数设为0或1%，这是因为变压器本身存在自然调差。
2 汽轮机的调速控制系统的优化
孤网运行最突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。这就是通常所说的一次调频功能。运行人员关注的问题不再是负荷调整，而是调整孤网频率，使之维持在额定频率的附近。这种调整通过操作调速系统的给定机构来完成，成为二次调频。由于孤网容量较小，其中旋转惯量储存的动能和锅炉群所具备的热力势能均较小，要求机组的调速系统具有更高的灵敏度，更小的迟缓率和更快的动态响应。为此，对汽轮机的调速系统进行如下优化。
1）优化DEH（数字电液控制系统）控制逻辑，在DEH中引入孤网运行控制状态，当转速偏差超过一定范围时，DEH自动进入孤网控制状态。
2）在DEH中将与一次调频相关的转速采样、转速三值优选、一次调频计算、调速指令输出都设置为快速运行，运行周期约50ms，转速采样和模拟量输出模块采用高速硬件，使控制周期小于100ms。
3）增加快速二次调频功能。主要是为了保证电网的频率维持在恒定值，属于动态调频。一次调频是有差调频，不能完全消除孤网频率的偏差，为此，DEH系统设计了二次调频功能，当出现孤网运行或快速减负荷（FCB）时，能迅速稳定电网频率。
4）提高一次调频速度。按照负荷需求变化率做前馈，实现调门的开度。在非孤网状态时，前馈取负荷需求延时两秒，当孤网调节器进入自动方式时，延时取消，前馈取当前负荷需求。实现进入孤网时的调门快速动作。
3 增加配电智能稳控系统
在孤网方式下运行时，若发生发电机故障跳机，发电机随之将急剧减少，而DEH由于调节机构的限制，无法在很短时间内将其他发电机的负荷增加上来，此时电网的负荷需求却未发生变化，如不对负荷进行快速控制，电网频率将迅速降低，甚至引起电网崩溃。因此，配电负荷控制系统必须有效解决这一问题。在发电机故障跳机瞬间，负荷快切系统采集到系统故障后，主控系统在100-200ms内快速下达切除负荷指令，在300ms内切除相应负荷，在电网频率恶化前迅速完成发、用电平衡调节，从而维持电网持续稳定运行。除进行负荷快切之外，增加低频减载装置，作为负荷快切的后备保护，两套保护独立运行，以保证孤网在异常状况下不至于崩溃。
低周减载系统是负荷快切系统的后备系统，与负荷快切系统同时运行。当负荷快切系统失效，且系统的频率降到设定值时，低周减载系统启动，按预案切除相应的负荷，使系统的频率能尽快恢复到正常状态。
4 应用效果
济钢孤网运行系统改造成功应用于济钢二降压区域电网中，自2011年12月1日正式上线运行以来，各项运行性能参数稳定，成功处置多次发电机非计划停机严重故障。在实现了快速、智能稳定区域电网的基础上，还基本避免了电力中断供应情况的发生，确保了改造后的二降压区域电网始终运行在安全、连续、可控的状态下运行，获得了显著的经济效益。
参考文献
[1]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用.中国电力出版社，2002.
[2]上海新华控制技术有限公司.电站汽轮机数字电液控制系统—DEH.中国电力出版社，2005.
[3]汽轮机调速安装.中国电力出版社.2012-01.
关键词 孤网；励磁系统；调速控制系统；配电智能稳控系统
中图分类号 TM732 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0094-01
孤网是孤立电网的简称，一般泛指脱离大电网的小容量电网。最大单机容量小于电网总容量的8%的电网，可以称为大电网；机网容量比大于8%的电网，统称为小网；孤立运行的小网，称为孤网，孤网可分为以下几种情況。网中有几台机组并列运行，单机与电网容量之比超过8%，称为小网。网中只有一台机组供电，成为单机带负荷。甩负荷带厂用电，称为孤岛运行工况，是单机带负荷的一种特例。
企业自备发电厂孤网运行的要点是50Hz频率稳定，发电机端电压稳定，这是孤网运行可靠性的根本保证。为实现频率和机端电压的稳定，下面将从发电机的励磁调节控制系统、汽轮机的调速控制系统、配电智能稳控系统三个方面的改造分别进行简要阐述。
1 发电机的励磁控制系统改造
孤网运行对发电机的励磁调节系统响应速度、调节精度、控制功能和检测方式要求越来越高，其目的就是保证当孤网的负荷突变时，励磁系统调节快、特性硬、精度高，将发电机的端电压维持在额定值实现发电机端电压的稳定。为此将原来的DVR-2000A升级改造为DVR-2000B。
1）只能选择自动励磁方式。自动励磁方式是发电机输出闭环运行方式，具有强励、强减功能。当孤网的负荷突增时，尤其是重负荷起来时，发电机的外特性必然是电压和频率下降，DVR-2000B靠快速响应，瞬间增磁，提高发电机端电压至给定值（额定值），并维持稳定。当孤网的负荷突减时，尤其是重负荷故障被甩掉时，发电机的外特性必然是电压和频率快速上升，DVR-2000B靠快速响应，瞬间减磁，降发电机端电压至给定值（额定值），并维持稳定。如果没有重负荷，孤网运行会稳定，简单许多。
2）DVR-2000B励磁控制方式只能选择恒电压控制。孤网运行时，发电机的功率因数是由负荷决定的，发电机通常带感性负荷，负荷的增加减少直接影响发电机的功率因数，所以不可选择恒功率因数控制。
3）调差极性为正，调差系数≤5%。根据发电机组运行方式的不同，调差系数的设置也会有所不同。如果发电机是单台机带负荷运行，建议将参数设定里面的调差系数改为0；如果两台机组或者是多台机组并列运行，参数设定里面的调差系数可更加现场带负荷情况设定，一般不超过5%；如果是两台发变组或者多台发变组并列运行，参数设定里面的调差系数设为0或1%，这是因为变压器本身存在自然调差。
2 汽轮机的调速控制系统的优化
孤网运行最突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。这就是通常所说的一次调频功能。运行人员关注的问题不再是负荷调整，而是调整孤网频率，使之维持在额定频率的附近。这种调整通过操作调速系统的给定机构来完成，成为二次调频。由于孤网容量较小，其中旋转惯量储存的动能和锅炉群所具备的热力势能均较小，要求机组的调速系统具有更高的灵敏度，更小的迟缓率和更快的动态响应。为此，对汽轮机的调速系统进行如下优化。
1）优化DEH（数字电液控制系统）控制逻辑，在DEH中引入孤网运行控制状态，当转速偏差超过一定范围时，DEH自动进入孤网控制状态。
2）在DEH中将与一次调频相关的转速采样、转速三值优选、一次调频计算、调速指令输出都设置为快速运行，运行周期约50ms，转速采样和模拟量输出模块采用高速硬件，使控制周期小于100ms。
3）增加快速二次调频功能。主要是为了保证电网的频率维持在恒定值，属于动态调频。一次调频是有差调频，不能完全消除孤网频率的偏差，为此，DEH系统设计了二次调频功能，当出现孤网运行或快速减负荷（FCB）时，能迅速稳定电网频率。
4）提高一次调频速度。按照负荷需求变化率做前馈，实现调门的开度。在非孤网状态时，前馈取负荷需求延时两秒，当孤网调节器进入自动方式时，延时取消，前馈取当前负荷需求。实现进入孤网时的调门快速动作。
3 增加配电智能稳控系统
在孤网方式下运行时，若发生发电机故障跳机，发电机随之将急剧减少，而DEH由于调节机构的限制，无法在很短时间内将其他发电机的负荷增加上来，此时电网的负荷需求却未发生变化，如不对负荷进行快速控制，电网频率将迅速降低，甚至引起电网崩溃。因此，配电负荷控制系统必须有效解决这一问题。在发电机故障跳机瞬间，负荷快切系统采集到系统故障后，主控系统在100-200ms内快速下达切除负荷指令，在300ms内切除相应负荷，在电网频率恶化前迅速完成发、用电平衡调节，从而维持电网持续稳定运行。除进行负荷快切之外，增加低频减载装置，作为负荷快切的后备保护，两套保护独立运行，以保证孤网在异常状况下不至于崩溃。
低周减载系统是负荷快切系统的后备系统，与负荷快切系统同时运行。当负荷快切系统失效，且系统的频率降到设定值时，低周减载系统启动，按预案切除相应的负荷，使系统的频率能尽快恢复到正常状态。
4 应用效果
济钢孤网运行系统改造成功应用于济钢二降压区域电网中，自2011年12月1日正式上线运行以来，各项运行性能参数稳定，成功处置多次发电机非计划停机严重故障。在实现了快速、智能稳定区域电网的基础上，还基本避免了电力中断供应情况的发生，确保了改造后的二降压区域电网始终运行在安全、连续、可控的状态下运行，获得了显著的经济效益。
参考文献
[1]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用.中国电力出版社，2002.
[2]上海新华控制技术有限公司.电站汽轮机数字电液控制系统—DEH.中国电力出版社，2005.
[3]汽轮机调速安装.中国电力出版社.2012-01.