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摘要：通过对安泰电网的现状及发展规划的分析，分析了安泰电网孤网运行时存在的问题，并从技术角度和安全角度分析了安泰电网通过DEH机组实现一次调频功能的必要性和可行性。
关键词：孤网运行；DEH；一次调频
作者简介：席炳峰（1982-），男，山西介休人，山西安泰集团股份有限公司电业分公司，助理工程师。（山西 介休 032000）
中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）18-0102-02
随着安泰集团的不断发展壮大，安泰电网的装机容量也在不断提高，目前安泰电网中正在运行的机组有2×3MW煤气发电机组、2×6MW煤矸石发电机组、1×6MW煤气发电机组、2×25MW发电机组和1×12MW干熄焦发电机组，总装机容量86MW。在集团的“十二五发展规划”中，还将陆续建设并投运1×8MW TRT发电机组、3×3MW TRT发电机组、1×9MW烧结余热发电机组、1×4.5MW炼钢余热发电机组、1×25MW煤气发电机组、1×12MW干熄焦发电机组、3×15MW干熄焦发电机组和1×30MW煤矸石发电机组，届时安泰集团本部（指安泰工业园范围内，不包括1×30MW煤矸石发电机组）的总装机容量将达到173.5MW。
在特殊情况下，如甩负荷、变电站检修或地调限电等，安泰集团电网将会脱离大网进入孤网运行方式。在孤网运行方式下，存在以下三点问题：（1）汽轮发电机的电压、频率和发动机转速不稳定，会根据负荷的变化跟踪变化，电源品质差，安全系数低。（2）在大负荷变动情况下，负荷对汽机冲击很大，长期运行会造成汽机调速器损坏，甚至冲垮汽机正常工作状态。（3）排气频繁，噪音大，严重浪费热能和水资源。以上情况说明，研究安泰电网的孤网运行技术，对于安泰集团的循环生产产业链具有重要的现实意义。
本文主要讨论的是关于安泰电网在孤网运行方式下，如何投用一次调频功能并保证孤网供电可靠。
一、孤网运行的概念
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。
电力建设规程曾有规定，电网中最大单机容量应小于电网总容量的8%，以保证当该机发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。例如60年代初期我国开发20万千瓦机组时，只有东北电网具有容纳该机组的能力。当时东北电网容量约为300万千瓦。
目前，安泰电网最大单机容量为25MW，占到现有装机容量86MW的29.1%；“十二五发展规划”后，最大单机容量25MW机组也将占到总装机容量173.5MW的14.4%，远高于规定要求的8%。因此，当安泰电网脱离大网后，即成为真正意义上的孤网运行。
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附近。这种调整通过操作调速系统的给定机构来完成，称为二次调频。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。
二、孤网运行对调速系统的要求
为适应孤网运行要求，汽轮机的调速系统应具有下列特性。
（1）调速系统应采用有差调节，以实现一次调频；在小网中各机组调速系统应有相同的不等率，通常取为4.5%～5%，以适应负荷分配的需要。
（2）对于单机带负荷机组，可增加无差二次调频，实现自动二次调频，其他情况下，二次调频应按调度要求手动或自动实现。
（3）一次调频的实施范围应涵盖油动机全行程。
（4）调速系统的迟缓率应符合IEC规定，不得另设调频死区。
（5）调速系统能够应具有良好的稳定性和动态响应特性。
三、DEH调频的功能介绍
一次调频是指当电网频率超出规定的正常范围后，电网频率的变化将使电网中参与一次调频的各机组的调速系统根据电网频率的变化自动地增加或减小机组的功率，从而达到新的平衡，并且将电网频率的变化限制在一定范围内的功能。一次调频功能是维护电网稳定的重要手段。一次调频是汽轮机控制系统的最基本的特性之一，基本原理就是：机组的功率会随着电网的频率而自动变化，也就是当电网的频率降低时，机组的负荷会自动升高，反之亦然。尤其是在小网或带厂用电的时候这个功能非常重要。如果汽轮机的调节系统没有这个功能，那么机组在小网中就不能够稳定运行。
四、探讨安泰电网调频功能投用的必要性
安泰集团的发电机组中除了早年建设的机组2×3MW和3×6MW没有采用DEH控制系统外，后来陆续建设的机组均采用DEH系统控制。这就为我们探讨安泰电网孤网调频问题奠定了物质条件。
DEH控制为离散控制，其稳定性、快速性与连续调节有很大区别。在DEH实践中发现，DEH的转速调节系统，稳定性远低于机械液压调速系统，这是由于离散控制系统存在采样失真和运算延迟，导致系统稳定性下降。只有将控制周期设定得足够小，其稳定性才能趋近于连续调节系统。
MATLAB分析证明，现行各种DEH，其调速系统均不同程度地处于稳定性较差的狀态。
由于调速系统的稳定性较差，在机组并网后，如果投入一次调频，便造成负荷波动大。许多人将这种现象解释为DEH太灵敏、抢负荷，所以设置调频死区，或干脆退出一次调频，回避了稳定性问题。目前，安泰电网正常运行时是并入大网，然后再从大网上用电，因为安泰电网并入大网，所以采用DEH控制的机组退出一次调频后显得机组运行更稳定，这也导致了目前发电厂根本不投用一次调频功能现象的出现。一旦安泰电网进入孤网运行状态，完全靠人工手动调整转速，即完全是一种二次调频方式了。
但是这种孤网运行方式是很不科学的。一旦安泰进入孤网运行，整个安泰必须提前协调，制定一整套的孤网运行方案，限制设备启动，假如有设备启动必须经总调协调才可以。曾经出现过孤网运行方式下，各生产厂负荷太高（当时未投入低周减载保护）直接拉跨整个安泰电网，整个集团生产停运了80％以上。
曾经还出现过因运行人员误操作，在孤网运行方式下，导致负荷在各机组间转移，幸好其他机组运行人员操作恰当，稳定了整个安泰电网的频率，否则极有可能拉垮整个安泰电网，经济损失将达到上千万。
因此，分析和探讨安泰电网的调频问题具有重大的现实意义和必要性。
五、孤网运行对DEH组态的要求
安泰电网中早年建设的机组2×3MW和3×6MW没有采用DEH控制系统，后面陆续建设的机组均采用DEH控制。通过查阅相关资料，我们知道，如果小网中有一部分是带DEH的机组，一部分不是带DEH的机组，则DEH的组态必须采取下列措施，才能满足小网运行的要求：
（1）一次调频功能必须正常投入，调速不等率应设置在Ф=0.045左右。
（2）一次调频回路的不调频死区应设置为0，系统迟缓率不得大于±6r/min。
（3）OPC控制回路中的103超速预警功能应退出。
应该强调指出，一次调频功能就是调速系统功能，不投一次调频就是不投调速系统。在小网工况下，没有调速系统的机组将会给小网安全运行带来极大的危害。如果说，在大电网中，没有调速系统的机组仍能正常运行，那么，在小电网中运行的机组必须具有调速系统。
因此，安泰电网中的DEH控制机组，应该重新调试DEH的小网工况的组态，后续机组组态时，应采取上述措施，以满足小网工况的安全稳定运行。
六、安泰电网一次调频功能投用的可行性
安泰电网的各机组中，分别采用了东汽自控的DEH控制系统、北京和利时的DEH控制系统以及应用于后续TRT机组的西门子的控制系统，这些目前国内先进的控制系统无论从硬件和软件都可以实现一次调频功能，尤其是东汽自控和北京和利时的DEH控制系统都有成功的案例，这为我们安泰电网孤网运行时一次调频功能的实现提供了技术保障。
同时，对于孤网运行机组中的DEH机组，建议采用下列控制策略：
（1）一次调频特性。
1）调速不等率一般设置为5%。
2）调速系统的迟缓率应符合IEC规定，不得另设调频死区。
3）在油动机全行程范围内，均为一次调频范围。当电网周波低时，网中所有机组应尽可能支持电网负荷，避免电网崩溃。因而不能人为限制油动机行程以限制一次调频范围。
4）调速系统应当正常投入，不能人为切除。
5）DEH调速回路（一次调频）应设计成快速响应回路，其静特性、稳定性和动态响应特性应符合一次调频的要求。
6）油动机时间常数应小于0.3 s，建议0.2s。（注意：油动机时间常数是指小信号的响应时间）
7）在安排小网运行方式时，应考虑留有一定的旋转备用容量，以支持一次调频功能的发挥。
（2）二次调频。
对于小网运行，二次调频应由总调执行，可采用自动方式或人工方式，调整网中各机调速系统的给定机构。
（3）OPC方式。
1）建议采用加速度信号作为OPC的起动判据。
2）取消103%判据。
3）仍可保留油开关跳闸信号，该信号代表功率负荷不平衡，与加速度判据等價。
4）不建议采用负荷功率不平衡判据，原因是电负荷传感器延时和调节级压力测量延时，使判据动作延时。
只要安泰电网的DEH机组的控制策略满足上述要求，那么就可以实现孤网运行时频率的稳定。
七、结论
（１）孤网运行的关键是如何维持网频稳定。
（２）维持网频稳定的关键是调速系统的一次调频功能。
（３）DEH一次调频的关键是如何解决离散控制系统的采样失真和运算延迟问题，即稳定性和动态响应问题。
（4）目前，因安泰电网规模还较小，大家对于一次调频问题的重视程度不高，因此目前安泰电网还没有投入一次调频功能，下一步应全厂重点学习DEH一次调频的相关知识，为一次调频功能的投运奠定基础。
（５）DEH控制系统的机组，在调试阶段并没有真正调试一次调频功能，因此对于这些机组要重新调试，并审核其控制策略。
从以上分析和探讨来看，安泰电网完全满足一次调频功能实现的物质和技术条件，下一步应从思想上重视孤网运行一次调频作用，这样安泰电网才能真正投入该项功能，进而真正实现孤网运行的安全稳定。
参考文献：
[1]罗作桢.孤网运行问题综述[EB/OL].2008.
[2] 蒋甲丁. 孤网运行问题探讨[J].新疆电力技术,2008,(3).
[3] 付柳笛,马亮.小发电并网及孤网小系统处理[J].江西电力职业技术学院学报,2009,(1).
[4] 郑良华,田开禄,陈西洲,朱爱军.孤网运行实践[J].吉林电力,2008,(2).
（责任编辑：刘辉）
关键词：孤网运行；DEH；一次调频
作者简介：席炳峰（1982-），男，山西介休人，山西安泰集团股份有限公司电业分公司，助理工程师。（山西 介休 032000）
中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）18-0102-02
随着安泰集团的不断发展壮大，安泰电网的装机容量也在不断提高，目前安泰电网中正在运行的机组有2×3MW煤气发电机组、2×6MW煤矸石发电机组、1×6MW煤气发电机组、2×25MW发电机组和1×12MW干熄焦发电机组，总装机容量86MW。在集团的“十二五发展规划”中，还将陆续建设并投运1×8MW TRT发电机组、3×3MW TRT发电机组、1×9MW烧结余热发电机组、1×4.5MW炼钢余热发电机组、1×25MW煤气发电机组、1×12MW干熄焦发电机组、3×15MW干熄焦发电机组和1×30MW煤矸石发电机组，届时安泰集团本部（指安泰工业园范围内，不包括1×30MW煤矸石发电机组）的总装机容量将达到173.5MW。
在特殊情况下，如甩负荷、变电站检修或地调限电等，安泰集团电网将会脱离大网进入孤网运行方式。在孤网运行方式下，存在以下三点问题：（1）汽轮发电机的电压、频率和发动机转速不稳定，会根据负荷的变化跟踪变化，电源品质差，安全系数低。（2）在大负荷变动情况下，负荷对汽机冲击很大，长期运行会造成汽机调速器损坏，甚至冲垮汽机正常工作状态。（3）排气频繁，噪音大，严重浪费热能和水资源。以上情况说明，研究安泰电网的孤网运行技术，对于安泰集团的循环生产产业链具有重要的现实意义。
本文主要讨论的是关于安泰电网在孤网运行方式下，如何投用一次调频功能并保证孤网供电可靠。
一、孤网运行的概念
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。
电力建设规程曾有规定，电网中最大单机容量应小于电网总容量的8%，以保证当该机发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。例如60年代初期我国开发20万千瓦机组时，只有东北电网具有容纳该机组的能力。当时东北电网容量约为300万千瓦。
目前，安泰电网最大单机容量为25MW，占到现有装机容量86MW的29.1%；“十二五发展规划”后，最大单机容量25MW机组也将占到总装机容量173.5MW的14.4%，远高于规定要求的8%。因此，当安泰电网脱离大网后，即成为真正意义上的孤网运行。
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附近。这种调整通过操作调速系统的给定机构来完成，称为二次调频。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。
二、孤网运行对调速系统的要求
为适应孤网运行要求，汽轮机的调速系统应具有下列特性。
（1）调速系统应采用有差调节，以实现一次调频；在小网中各机组调速系统应有相同的不等率，通常取为4.5%～5%，以适应负荷分配的需要。
（2）对于单机带负荷机组，可增加无差二次调频，实现自动二次调频，其他情况下，二次调频应按调度要求手动或自动实现。
（3）一次调频的实施范围应涵盖油动机全行程。
（4）调速系统的迟缓率应符合IEC规定，不得另设调频死区。
（5）调速系统能够应具有良好的稳定性和动态响应特性。
三、DEH调频的功能介绍
一次调频是指当电网频率超出规定的正常范围后，电网频率的变化将使电网中参与一次调频的各机组的调速系统根据电网频率的变化自动地增加或减小机组的功率，从而达到新的平衡，并且将电网频率的变化限制在一定范围内的功能。一次调频功能是维护电网稳定的重要手段。一次调频是汽轮机控制系统的最基本的特性之一，基本原理就是：机组的功率会随着电网的频率而自动变化，也就是当电网的频率降低时，机组的负荷会自动升高，反之亦然。尤其是在小网或带厂用电的时候这个功能非常重要。如果汽轮机的调节系统没有这个功能，那么机组在小网中就不能够稳定运行。
四、探讨安泰电网调频功能投用的必要性
安泰集团的发电机组中除了早年建设的机组2×3MW和3×6MW没有采用DEH控制系统外，后来陆续建设的机组均采用DEH系统控制。这就为我们探讨安泰电网孤网调频问题奠定了物质条件。
DEH控制为离散控制，其稳定性、快速性与连续调节有很大区别。在DEH实践中发现，DEH的转速调节系统，稳定性远低于机械液压调速系统，这是由于离散控制系统存在采样失真和运算延迟，导致系统稳定性下降。只有将控制周期设定得足够小，其稳定性才能趋近于连续调节系统。
MATLAB分析证明，现行各种DEH，其调速系统均不同程度地处于稳定性较差的狀态。
由于调速系统的稳定性较差，在机组并网后，如果投入一次调频，便造成负荷波动大。许多人将这种现象解释为DEH太灵敏、抢负荷，所以设置调频死区，或干脆退出一次调频，回避了稳定性问题。目前，安泰电网正常运行时是并入大网，然后再从大网上用电，因为安泰电网并入大网，所以采用DEH控制的机组退出一次调频后显得机组运行更稳定，这也导致了目前发电厂根本不投用一次调频功能现象的出现。一旦安泰电网进入孤网运行状态，完全靠人工手动调整转速，即完全是一种二次调频方式了。
但是这种孤网运行方式是很不科学的。一旦安泰进入孤网运行，整个安泰必须提前协调，制定一整套的孤网运行方案，限制设备启动，假如有设备启动必须经总调协调才可以。曾经出现过孤网运行方式下，各生产厂负荷太高（当时未投入低周减载保护）直接拉跨整个安泰电网，整个集团生产停运了80％以上。
曾经还出现过因运行人员误操作，在孤网运行方式下，导致负荷在各机组间转移，幸好其他机组运行人员操作恰当，稳定了整个安泰电网的频率，否则极有可能拉垮整个安泰电网，经济损失将达到上千万。
因此，分析和探讨安泰电网的调频问题具有重大的现实意义和必要性。
五、孤网运行对DEH组态的要求
安泰电网中早年建设的机组2×3MW和3×6MW没有采用DEH控制系统，后面陆续建设的机组均采用DEH控制。通过查阅相关资料，我们知道，如果小网中有一部分是带DEH的机组，一部分不是带DEH的机组，则DEH的组态必须采取下列措施，才能满足小网运行的要求：
（1）一次调频功能必须正常投入，调速不等率应设置在Ф=0.045左右。
（2）一次调频回路的不调频死区应设置为0，系统迟缓率不得大于±6r/min。
（3）OPC控制回路中的103超速预警功能应退出。
应该强调指出，一次调频功能就是调速系统功能，不投一次调频就是不投调速系统。在小网工况下，没有调速系统的机组将会给小网安全运行带来极大的危害。如果说，在大电网中，没有调速系统的机组仍能正常运行，那么，在小电网中运行的机组必须具有调速系统。
因此，安泰电网中的DEH控制机组，应该重新调试DEH的小网工况的组态，后续机组组态时，应采取上述措施，以满足小网工况的安全稳定运行。
六、安泰电网一次调频功能投用的可行性
安泰电网的各机组中，分别采用了东汽自控的DEH控制系统、北京和利时的DEH控制系统以及应用于后续TRT机组的西门子的控制系统，这些目前国内先进的控制系统无论从硬件和软件都可以实现一次调频功能，尤其是东汽自控和北京和利时的DEH控制系统都有成功的案例，这为我们安泰电网孤网运行时一次调频功能的实现提供了技术保障。
同时，对于孤网运行机组中的DEH机组，建议采用下列控制策略：
（1）一次调频特性。
1）调速不等率一般设置为5%。
2）调速系统的迟缓率应符合IEC规定，不得另设调频死区。
3）在油动机全行程范围内，均为一次调频范围。当电网周波低时，网中所有机组应尽可能支持电网负荷，避免电网崩溃。因而不能人为限制油动机行程以限制一次调频范围。
4）调速系统应当正常投入，不能人为切除。
5）DEH调速回路（一次调频）应设计成快速响应回路，其静特性、稳定性和动态响应特性应符合一次调频的要求。
6）油动机时间常数应小于0.3 s，建议0.2s。（注意：油动机时间常数是指小信号的响应时间）
7）在安排小网运行方式时，应考虑留有一定的旋转备用容量，以支持一次调频功能的发挥。
（2）二次调频。
对于小网运行，二次调频应由总调执行，可采用自动方式或人工方式，调整网中各机调速系统的给定机构。
（3）OPC方式。
1）建议采用加速度信号作为OPC的起动判据。
2）取消103%判据。
3）仍可保留油开关跳闸信号，该信号代表功率负荷不平衡，与加速度判据等價。
4）不建议采用负荷功率不平衡判据，原因是电负荷传感器延时和调节级压力测量延时，使判据动作延时。
只要安泰电网的DEH机组的控制策略满足上述要求，那么就可以实现孤网运行时频率的稳定。
七、结论
（１）孤网运行的关键是如何维持网频稳定。
（２）维持网频稳定的关键是调速系统的一次调频功能。
（３）DEH一次调频的关键是如何解决离散控制系统的采样失真和运算延迟问题，即稳定性和动态响应问题。
（4）目前，因安泰电网规模还较小，大家对于一次调频问题的重视程度不高，因此目前安泰电网还没有投入一次调频功能，下一步应全厂重点学习DEH一次调频的相关知识，为一次调频功能的投运奠定基础。
（５）DEH控制系统的机组，在调试阶段并没有真正调试一次调频功能，因此对于这些机组要重新调试，并审核其控制策略。
从以上分析和探讨来看，安泰电网完全满足一次调频功能实现的物质和技术条件，下一步应从思想上重视孤网运行一次调频作用，这样安泰电网才能真正投入该项功能，进而真正实现孤网运行的安全稳定。
参考文献：
[1]罗作桢.孤网运行问题综述[EB/OL].2008.
[2] 蒋甲丁. 孤网运行问题探讨[J].新疆电力技术,2008,(3).
[3] 付柳笛,马亮.小发电并网及孤网小系统处理[J].江西电力职业技术学院学报,2009,(1).
[4] 郑良华,田开禄,陈西洲,朱爱军.孤网运行实践[J].吉林电力,2008,(2).
（责任编辑：刘辉）