孤立电网稳定运行研究

王林

（四川省电力公司自贡电业局，四川 自贡 641000）

孤立电网，简称孤网，通常指的是与大型电网整体相分离的容量较小的电网。当孤立电网内部只有一个单独的供电机组时，这个系统可以被称为单机带孤网的工作方式。单机带孤网方式的显著特征是把传统电网对于电荷的控制转化为对于运行频率的控制。这就要求电网系统具有调节运行速度的功能、合乎要求的静态特点、运行的稳定状态以及敏捷的响应性，只有这样，才能保证电网运转频率不受到用户用电量变化的干扰。在孤网系统中，机组工作的核心问题由调整负荷量，转变为调整频率，将运行频率保持在特定的频率数值附近。本文着重探讨建立在孤网运行特殊性基础上的实践管理方式。

一、保证孤网运行稳定的技术

（一）控制电压

稳定孤网电压的技术，首先包括稳定自动控制电压的技术。AVR在系统中自动控制着电压，在单机带孤网工作时，为了满足电能在负荷端的质量需求以及整个用电体系的稳定需求，应当维持发电机端口的电压基本稳定。孤网在具体运行时，需要机组使用AVR作为自动调节电压的手段，AVR可以根据无功电流的数值变化，来调整发电机内部通过的励磁电流，从而维持端电压数值的基本稳定。

对于电压的控制还包括去除励磁系统部分功能，主要是PSS作用。单机带孤网工作过程中，由于我们无法掌控负荷端的有功电流改变，如果采用了PSS设备，无功的变化就会与有功相关，这可能会造成端口电压的波动。因此，最好去掉电网系统中的这种功能，以免它干扰系统正常工作。

（二）控制频率

稳定运行频率，是控制孤网运行的重要环节。在发电机组带动的孤网系统内，孤网自身缺乏调节平衡的能力，因此，发电机的运转必须依据负载功率的改变而发生改变，这样才能输出恒定的频率数值。当系统的功率变化或者负荷受到干扰时，整个电网的频率也会相应改变。要保证孤网频率特定，就要将汽轮的旋转速度保持在每分钟3000转的范围内，这样才能实现火电机组带动孤网的成功运转。从这样的控制目标出发，我们应当将控制的重点放在汽轮的旋转速度上，设置相应的回路。

在火电机组带动的孤立电网工作时，如果负荷端口甩掉十分之一以上的负荷，那么整个系统的运行周波就会急速增加，汽轮机的旋转速度可能高达每分钟3100转左右，这种情况很严重时，机组就会甩掉全部负荷而停止运转。为了避免这一现象的出现，我们去除了OPC动作，保留机组在每分钟3000转的正常速度下所具有的电超速、设备超速维护功能，并维持人工停机回路的畅通。

许多孤网的机组内部都有一个负荷波动的限制，通常为10%左右，但是这样的限制已经不能满足孤网幅度调整的需要。我们依据5%的子速不等率来设计修正频率的函数，取消了一次调节频率函数的上限。为了确保锅炉的安全工作，将这种频率调节函数的下线设置在35%的范围内。在孤网发生切换时，事先将一次调整频率的死区设置在每分钟2转范围内，能够最大限度减少干扰量。在切换完毕之后，可以依据机组工作的稳定程度，对于频率调节死区再一次进行调整。

在切换孤网之前，要取消协调机组的控制功能，人工控制功率的回路。要将DEH调整到遥控或者阀控的状态，将系统投入到一次调频状态的回路中。孤网工作时，机组旋转速度受到叠加信号与人工调节命令的限制，这种调整方式为比例调整，其结果存在一定偏差，对于机组旋转速度的调整是存在静态差值的。因此，工作人员需要及时观察机器转动时稳定点数值的差值变化，如果这一稳定点的变化幅度超过了每分钟3000转，且超出程度过大，那么就要手工对汽轮机的调节阀门进行调整。

（三）控制负荷

分析孤网的频率特征和负荷特征可以知道：为了将电网负荷改变引起的频率改变数值控制在标准范围内，就需要管理和组织用电端负荷量，以保证系统运行频率恒定。首先，负荷量的增加和减少数值都不应当超过5MW。在做出增加或减少负荷量的决定之前，应当将这一决定通知调度人员，由中调人员事先对频率加以调整，然后再增加或减少系统负荷量。其次，孤网所承受的负荷量上限为120MW，下限为90MW。要准确掌控负荷端在不同状态下的负荷数值，使这一数值与单机发电峰值的调整相协调。这是确保系统运行正常的重要技术手段之一。

（四）控制机组

首先是对于电气系统的控制。电厂要做好对于单元机组的各项管理工作，包括用电体系管理、保安管理、直流系统管理和公用体系管理，要安排这些系统的检测和隔离工作，保证在临近机组或者电网出现运行故障时，孤网机组仍然可以维持正常状态。孤网无法承受临近机组切换用电量带来的冲击，因此，应当事先准备切换方案，以便在孤网出现跳闸时，保安电源可以切换至临近的电网系统中。

其次是对于锅炉系统的控制。电厂使用的燃煤种类不同于设计燃煤，这会降低锅炉工作的稳定程度。要实现燃油的正常燃烧，通常应当投入两支油枪，维持燃烧过程的稳定。在发现炉膛不能稳定燃烧时，要及时调整燃烧状况，可以采用再投入几支油枪的方式，不能让锅炉熄火。要做好燃烧原料的成分搭配工作，确保投入燃煤质量的稳定。严格控制制粉系统的工作状态，在启动和停止系统之前，稳定好燃烧进程，将煤粉仓库的料位保持在特定范围内。

为了实现机组运转时的负荷要求，一次频率调整的回路会频繁调节汽轮机的阀门，这将会造成锅炉内部的压力数值浮动，且幅度超过正常范围。主汽压力的变化会波及到汽包的水位和系统温度。为了使主汽压力保持恒定，降低操作负担，可以将自动式的协调回路投入系统使用，降低压力的预设数值，使系统可以自主调整主汽压力。此外，还可以适当放松对于汽包水位和相关动作数值的限制。

二、实践管理操作建议

（一）改造发电机组

在设置大中型城市的发电机组时，要充分考虑自动启动和独立电网的工作性能。单元机组带动的孤网，是一种特殊的工作方式。多数电厂的技术人员在控制机组工作状态时，都没有顾及到机组的特殊功能，这增大了孤网的设置和运行难度。在研究单机带动孤网的实施方案时，应当综合考虑如何保持系统之间的隔离、如何控制汽轮机的旋转、如何维持锅炉和相关设备的稳定运转，这就需要对系统采取大量的试验措施和应急措施。

机组功能不完整，将会增添对重要城市供电的风险，不利于维持供电可靠性。只有严格执行用电体系设置标准、自动启动电源的安装标准、热量控制标准以及监视单独电网电压频率的标准，才能在技术层面上确保单机带动孤网运行可靠，为城市供电提供保障。

（二）编制供电方案

在管理孤网运行的实践中，有必要为重要城市编制电量供应的预案。在城市遭遇自然灾害等不可抗力作用时，由外部进入城市的电源被全部中断，这时应急方案能够确保城市的供电正常。这种方案包括孤网运行方案，负责调整参与运行的电厂设备，隔离并切换电厂用电量，组织管理保安电源，合理控制输电线路内部产生的电荷量等。在孤网形成之后，供电方案还可以调节系统电压值和频率值。

（三）规划保安电源

我国部分供电重点城市主要依靠外地提供的电源来供电，有些城市没有自己的保安电源。如果外部送进来的全部输电网络中断，那么只能依靠孤网来提供电量。因此，可以考虑在重点供电城市建设特定规模的保安电源电厂，确保城市供电不受外界因素制约。

（四）制定融冰措施

对于容易发生冰冻灾害的城市来说，要加大融冰领域的技术研究力度，制定有针对性的融冰措施体系，应对突发冰灾事件。在强化投入使用输电系统抵抗冰灾的能力方面，需要设立三个关键步骤：避免接地线路受到冰冻之后和导线接触产生跳闸、避免导线被冰层覆盖之后造成线路中断、保持杆塔的直立状态。

我们要在研究国内融冰实用技术手段的基础上，引进国外在融冰方面的先进科技，提升调研水平。要准确把握这一领域技术的发展阶段和应用现状，提出符合当地实际情况的融冰技术方案。要针对电压级别不同的供电线路系统，设置不同的融冰计划。在冰冻灾害范围较小、还没有威胁到城市电网运行的安全时，就采取及时措施消除覆盖的冰层，可以有效防止冰冻影响范围的进一步扩展，维持城市供电的及时性和连续性。

结语

孤网运行的稳定性分析，包括电网系统运行流程的设计、电压稳定性和频率稳定性数值的计算等等。孤网运行方面的技术，包括稳定电压的技术、稳定频率的技术、组织管理机组的技术，以及控制端口电荷量的技术。为了确保单机带孤网运行流程的稳定，提升城市供电系统工作的可靠程度，大中型城市的发电机组设计应当考虑到可以自主启动和独立运行的电网。设计人员要规划城市供电的基本方案，以及城市重要电源的建设方案。此外，为了防止城市供电系统在遇到冰冻等自然灾害时产生孤网现象，应当对融冰等技术手段展开探讨，设立有针对性的应对措施技术体系，提升关键供电线路的防护标准。

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