隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多大型企業(yè)都有了自己的自備電廠，從經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)其他因素的考慮，選擇孤網(wǎng)運(yùn)行的企業(yè)越來越多，這就需要DEH控制系統(tǒng)能夠適應(yīng)孤網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，以保證小網(wǎng)的頻率穩(wěn)定，為企業(yè)的主業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定的電源。
孤網(wǎng)是孤立電網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。 最大單機(jī)容量小于電網(wǎng)總?cè)萘康?%的電網(wǎng)，可以稱為大電網(wǎng)；機(jī)網(wǎng)容量比大于8%的電網(wǎng)，統(tǒng)稱為小網(wǎng)；孤立運(yùn)行的小網(wǎng)，稱為孤網(wǎng)，孤網(wǎng)可分為以下幾種情況。網(wǎng)中有幾臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行，單機(jī)與電網(wǎng)容量之比超過8%，稱為小網(wǎng)。網(wǎng)中只有一臺(tái)機(jī)組供電，成為單機(jī)帶負(fù)荷。甩負(fù)荷帶廠用電，稱為孤島運(yùn)行工況，是單機(jī)帶負(fù)荷的一種特例。傳統(tǒng)的DEH控制系統(tǒng)是80年代引進(jìn)的美國(guó)西屋公司的技術(shù)，而其技術(shù)主要是應(yīng)用于大電網(wǎng)，鑒于大電網(wǎng)和孤網(wǎng)的特點(diǎn)不同，所以要對(duì)其進(jìn)行改造，以適應(yīng)孤網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)。孤網(wǎng)運(yùn)行最突出的特點(diǎn)，是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，要求調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負(fù)荷變化的情況下自動(dòng)保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。這就是通常所說的一次調(diào)頻功能。運(yùn)行人員關(guān)注的問題不再是負(fù)荷調(diào)整，而是調(diào)整孤網(wǎng)頻率，使之維持在額定頻率的附近。這種調(diào)整通過操作調(diào)速系統(tǒng)的給定機(jī)構(gòu)來完成，成為二次調(diào)頻。由于孤網(wǎng)容量較小，其中旋轉(zhuǎn)慣量?jī)?chǔ)存的動(dòng)能和鍋爐群所具備的熱力勢(shì)能均較小，要求機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)具有更高的靈敏度，更小的遲緩率和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
DEH系統(tǒng)應(yīng)用山東魯能控制工程有限公司的LN2000分散控制系統(tǒng)。山東魯能控制工程有限公司根據(jù)孤網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，結(jié)合LN2000分散控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在傳統(tǒng)DEH系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和優(yōu)化，響應(yīng)速度更快、控制更加穩(wěn)定。

LN2000分散控制系統(tǒng)介紹

孤網(wǎng)DEH控制策略

傳統(tǒng)DEH系統(tǒng)在孤網(wǎng)運(yùn)行中的缺點(diǎn)：
1.功率控制回路在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)已經(jīng)不適用。孤網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)荷是由實(shí)際所需負(fù)荷決定，所以在孤網(wǎng)運(yùn)行中，DEH的控制對(duì)象應(yīng)為轉(zhuǎn)速（或頻率），使得孤網(wǎng)的頻率穩(wěn)定在50HZ（3000RPM），頻率越穩(wěn)定，說明DEH的調(diào)節(jié)效果越好。

2.傳統(tǒng)DEH的一次調(diào)頻的調(diào)頻值是作為功率控制回路的前饋，在孤網(wǎng)運(yùn)行中的缺點(diǎn)十分明顯。孤網(wǎng)的頻率變化快，也就需要一次調(diào)頻的動(dòng)作速度要快，傳統(tǒng)DEH的一次調(diào)頻顯然無法完成快速的一次調(diào)頻。
3.傳統(tǒng)DEH的面向?qū)ο笠话銥榇箅娋W(wǎng)，大電網(wǎng)一般不要求機(jī)組參與二次調(diào)頻，所以傳統(tǒng)DEH無二次調(diào)頻功能。但在孤網(wǎng)中，對(duì)于網(wǎng)頻的要求非常高，如網(wǎng)頻波動(dòng)太大，會(huì)對(duì)電負(fù)荷所帶設(shè)備造成危害，甚至?xí)p壞設(shè)備。
4. OPC的功能設(shè)計(jì)缺陷。在孤網(wǎng)運(yùn)行中，如OPC動(dòng)作，閥門就會(huì)迅速的關(guān)閉和打開，從而使得機(jī)組負(fù)荷隨之瞬間大幅波動(dòng)，對(duì)孤網(wǎng)的網(wǎng)頻穩(wěn)定性是毀滅性的。
鑒于以上傳統(tǒng)DEH在孤網(wǎng)運(yùn)行中缺點(diǎn)，需要對(duì)傳統(tǒng)DEH的控制方案進(jìn)行優(yōu)化，以更好的適應(yīng)孤網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)。

傳統(tǒng)DEH系統(tǒng)需要修改的地方：
1.取消功率控制回路功能。孤網(wǎng)運(yùn)行下DEH的控制應(yīng)為頻率控制，不控制機(jī)組負(fù)荷。
2.取消一次調(diào)頻死區(qū)，使得投入一次調(diào)頻后，對(duì)孤網(wǎng)網(wǎng)頻全程調(diào)節(jié)。
增加自動(dòng)二次調(diào)頻。精確調(diào)節(jié)孤網(wǎng)轉(zhuǎn)速。由于孤網(wǎng)容量較小，其中旋轉(zhuǎn)慣量?jī)?chǔ)存的動(dòng)能和鍋爐群所具備的熱力勢(shì)能均較小，LN2000汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用全新的掃描方式，一次掃描周期內(nèi)能夠?qū)λ羞壿媺K全部掃描，此種掃描方式保證了DEH控制系統(tǒng)具有更高的靈敏度，更小的遲緩率和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，對(duì)孤網(wǎng)網(wǎng)頻的控制能實(shí)現(xiàn)在5RPM之內(nèi)。其歷史曲線如圖一所示。此曲線為新龍電化集團(tuán)#7機(jī)組單機(jī)運(yùn)行的曲線，單機(jī)帶負(fù)荷對(duì)DEH的網(wǎng)頻控制要求LN2000汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的靈敏性完全達(dá)到了要求。

圖一

4.把調(diào)頻值加進(jìn)手動(dòng)控制回路，以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻投入和切除的無擾切換。此種方式徹底解決了傳統(tǒng)DEH中在手動(dòng)方式下，一次調(diào)頻投切的擾動(dòng)問題，便于運(yùn)行人員能夠在升降單機(jī)負(fù)荷時(shí)隨時(shí)解除或者投入一次調(diào)頻。
5.增加甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速壓制功能。孤網(wǎng)運(yùn)行中外部設(shè)備的突然停運(yùn)或者故障等極端工況，會(huì)使得孤網(wǎng)的網(wǎng)頻造成飛升，如DEH無法對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的壓制，電網(wǎng)會(huì)崩潰。所以山東魯能控制公司專門研發(fā)了甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速壓制功能塊，對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行中的甩負(fù)荷等極端工況下的網(wǎng)頻實(shí)現(xiàn)了有效的壓制。如2011年1月3日15點(diǎn)36分，新龍電化集團(tuán)只#7機(jī)組在運(yùn)行，負(fù)荷為49.36MW，主蒸汽壓力為8.84MPa、轉(zhuǎn)速為3000RPM。此時(shí)化工廠電解槽跳閘，甩掉負(fù)荷27MW，DEH甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速壓制功能模塊迅速動(dòng)作，高調(diào)門指令瞬間下壓，從  到  。機(jī)組轉(zhuǎn)速得到壓制，最高升至3067RPM后逐步回調(diào)，3分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定至3000RPM。其歷史曲線如圖二所示。

圖二

6.對(duì)于OPC功能的設(shè)計(jì)，鑒于孤網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，如OPC動(dòng)作會(huì)造成負(fù)荷的大幅波動(dòng)，對(duì)于孤網(wǎng)的頻率穩(wěn)定起到了破壞作用，故OPC在并網(wǎng)后，取消OPC動(dòng)作功能，或者提供OPC動(dòng)作值至3300RPM，讓其與110%超速同時(shí)動(dòng)作。
7.國(guó)內(nèi)有些DEH廠家設(shè)計(jì)一次調(diào)頻專用模塊，目的為提高電網(wǎng)在甩負(fù)荷或者突增負(fù)荷情況下的反應(yīng)速度，使高壓調(diào)節(jié)門快速動(dòng)作，迅速減少或者增加負(fù)荷，以防止網(wǎng)頻超限。我公司在設(shè)計(jì)孤網(wǎng)運(yùn)行方案時(shí)也有此初衷，但考慮到一下幾點(diǎn)放棄此種設(shè)計(jì)：（1）通過增加甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速壓制功能，同樣可實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻專用模塊所達(dá)到的效果，并通過實(shí)踐驗(yàn)證。（2）一次調(diào)頻專用模塊為完全的硬回路控制，通過硬接線作用于伺服卡，此種方式增加了故障點(diǎn)，對(duì)于機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行是種隱患。（3）一次調(diào)頻專用模塊價(jià)格昂貴，勢(shì)必會(huì)增加用戶成本。

綜述

綜上所述，LN2000汽輪機(jī)控制系在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化控制策略，結(jié)合LN2000分散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，完美實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組的控制要求，機(jī)組轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速、控制穩(wěn)定，在正常運(yùn)行時(shí)能維持孤網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，得到用戶好評(píng)。