摘要：随着社会经济的高速发展，电力需求不断地增加，特别是无法接入大网电力系统的偏远地区，在这种需求下孤网电站的建设也不断地增加。在燃气发电孤网中，燃气发电机组数量较少，其旋转惯量储存的动能较小，而且燃气机的负荷响应性能不如柴油机，用电负荷的冲击对孤网的频率、电压冲击较大，一旦发生机组故障就会出现功率缺额，对孤网的供电品质造成很大的影响，也有可能造成经济损失，针对以上情况，燃气孤网电站需采用快速和可靠的控制系统来实现负荷管理，本文就简要探讨燃气孤网电站的孤网电控系统。
关键词：孤网；燃气发电机组；孤网电控系统
燃气孤网电站是一个独立的电力系统，其总容量远远小于大网电力系统，所以孤网的电源容量可以认为是一个有限的电源系统。在大网电力系统中，由大网的调度中心进行负荷调度和频率、电压、功角控制，而在孤网内部需有相应的电控系统来完成相应的功能，而且其性能应更优，能够承担更大的负荷冲击。
1.孤网电控系统功能
孤网电控系统包括实时二次调频（AGC）、实时二次调压（AVC）、功角测量、低频低压减载、远动通讯RTU这些通用功能。同时还包括了机组寿命优化、功角/功率因数调平、负荷管理、负荷平衡等功能。
1.1实时二次调频（AGC）
孤网电控系统与机组电调系统通讯，快速分配各台燃气发电机组的有功功率，维持孤网周波在50Hz。AGC控制采用恒定频率控制模式，控制周期应小于50ms。AGC的基本功能包括：维持系统频率给定值、调整时间偏差；实现对燃气发电机组快速调整指令，对燃气发电机组出力进行自动调整；对孤网电力系统旋转备用容量进行计算和监视，当计算出的实际旋转备用容量小于要求值时应发出报警信号。
1.2实时二次调压（AVC）
孤网电控系统与机组励磁系统通讯，快速分配各台燃气发电机组的无功功率，维持孤网电压。实时二次调压(AVC)是通过对电站的电压及无功调节设备的合理调整，在保证系统电压的前提下，最小化系统网损、最优化各母线电压，并且尽量利用发电机的无功可调节容量。AVC控制中心向各台燃气发电机组的AVR发出快速的调整指令，调节燃气发电机组的无功功率，确保高压侧母线电压追踪设定值。由于孤网的特殊性，AVC 的控制周期应小于50ms。
1.3功角测量
通过对转速、定子电压、系统电压的测量及调节适时监测发电机的功角，根据功角调平的要求，分配各台燃气发电机组的无功。当功角过大时，应发出报警信号，指导运行人员调整无功补偿装置。
1.4低频低压减载
低频低压减载是基于频率和电压的偏差来切除负荷的功能，一般情况下，电气综保系统中配有低频低压减载功能。
1.5远动通讯RTU
每台燃气发电机组配置一套数据采集终端，采集燃气发电机组的调速系统、励磁系统的数据。由于孤网的特殊性，数据采集终端的实时性应能够满足AGC和AVC小于50ms的要求。
1.6机组寿命优化
孤网系统中负荷侧频繁大幅度的波动，会增加燃气发电机组的调节频度和幅度，燃气发电机组的轴系扭振加大，导致燃气发电机组寿命损耗加速，影响孤网运行的经济性。为了减少燃气发电机组的寿命损耗，在负荷突升或突降时，利用负荷平衡装置来平缓负荷的突变；建立与负荷侧的增减允许信号，在负荷突升或突降比例超限时，限制负荷侧的进一步变化。
1.7功角/功率因素调平
为提高各台燃气发电机组的暂态稳定水平，采用自动功角或者功率因素调平功能，将各台燃气发电机组的功角或者功率因素调平。
1.8负荷管理
孤网电控系统与负荷侧进行双向数据通讯，采集负荷的电流、电压、周波、有功、无功负荷，向负荷侧发出启动允许条件、发出增减负荷指令等功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2 负荷平衡装置
2.1 负荷平衡装置工作原理
负荷平衡装置实质上是一个大容量的可控负荷，其功率部件能够大量消耗电能，能够快速投、切负荷。当其功率部件的容量与电网中的负荷冲击的容量相当，其实时性达到300ms以内，负荷平衡装置就能够用于平衡孤网中的负荷冲击。
具体有二种典型的控制工况：一是弥补用电负荷的切除。当负荷侧大容量用电负荷切除后，将造成发电功率突降，负荷平衡装置的控制部件检测到负荷突降之后，投入相应容量的功率部件，使得发电功率平稳。如果切除的负荷在短时间内不需求再次启动，将按照允许变化率逐步减少功率部件的负荷；二是补偿用电负荷的启动。当负荷侧有大容量用电负荷启动时，首先逐步投入相应容量的功率部件，将达到启动要求时，启动负荷侧的大容量用电负荷，控制部件检测到发电负荷突升之后，切除相应容量的功率部件，使得发电功率平稳。
2.2 负荷平衡装置功能
2.2.1 作为燃气孤网电站的调试负荷
孤网运行的发、供电系统，由于没有大网的支持，也没有固定的可调节负荷，因此发电机的调试、负荷侧的调试、燃气发电机组试运行以及调试阶段的一切试验等都很难进行。负荷平衡装置提供可调节负荷，是系统调试的必备设备。
2.2.2 应对正常、非正常生产的负荷波动
大负荷设备启停时，会对孤网系统造成很大的冲击，负荷平衡装置可及时、快速、准确的平整（或反向抵消）生产时产生的负荷波动，确保系统频率快速稳定，减少机组调门动作次数，降低负荷波动对机组寿命的影响。
2.2.3 低周减载与高频切机
在低周或高频故障发生时，负荷平衡装置与孤网电控系统配合，可以进行精确的减载及加载，从而减少对工艺生产设备的影响。
3 孤网电控系统结构
孤网电控系统包括控制中心、燃气发电机组控制接口、负荷管控终端三部分，孤网电控系统的电源、网络、控制器均采用双重化设计，关键性的保护信号采用三重化设计。
3.1 控制中心：完成孤网电控系统的数据采集、AGC、AVC、功角/功率因数调平、发电机组寿命优化、负荷管理和相关的数据记录和人机交互功能。
3.2 燃气发电机组控制接口：为AGC和AVC终端，其与机组电调系统和励磁系统进行双向数据通讯，采集机组的运行数据，并向机组发出有功、无功负荷指令和解列指令。
3.3 负荷管控终端：与负荷侧进行双向数据通讯，采集负荷的电流、电压、周波、有功、无功负荷，向用电负荷发出启动允许条件、发出增减负荷指令等功能。
4 孤网电控系统运行模式
4.1正常状态运行模式：电源侧与负荷侧保持发电和用电的平衡，各个发电和用电设备正常运行，有功和无功需求波动小于孤网在线备用容量的5%。孤网电控系统合理分配孤网的有功功率和无功功率，维持负荷平衡和备用量最大。
4.2小负荷冲击运行模式：小于燃气发电机组容量15%的负荷冲击，首先由负荷平衡装置和负荷管理功能进行平衡，减少负荷冲击的速度。同时，孤网电控系统将协调控制所有可用的有功功率和无功功率，迅速恢复频率和电压的稳定。
4.3大负荷冲击运行模式：小于发电机组容量30%的负荷冲击，且超过负荷平衡装置的容量。孤网电控系统通过快速投切负荷平衡装置、控制机组的出力、切除用电负荷，重建发电侧和负荷侧的平衡，频率和电压快速恢复平稳。
4.4超大负荷冲击运行模式：对于超出燃气发电机组容量30%的更大规模的负荷冲击。这种情况下已经不能通过正常的调节手段来维持孤网的稳定，应快速启动切负荷、切机动作，以重建发电侧和负荷侧的平衡，使得频率和电压恢复平稳。
5.结语
孤网电控系统是燃气孤网电站的重要部分，电控系统需要良好的设计、正确的应用、精确的控制才能提高燃气孤网的稳定性、安全性及经济型，本文对孤网电控系统的功能、结构、运行模式做了简要的探讨，为孤网电站的设计、应用及控制提供参考。
参考文献
[1]刘东.孤岛电站多机组并联运行的研究.大连海事大学，2013.
[2]朱臣生.电站管理系统设计[D].大连海事大学，2006.
[3]施伟锋，许小彦.船舶电力系统建模与控制.北京：电子工业出版2012.
论文作者:李剑
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/19
标签：负荷论文; 机组论文; 燃气论文; 系统论文; 电控论文; 功率论文; 电压论文; 《科技新时代》2019年9期论文;