一种适用于孤网/微网的火电机组OPC策略优化方法与流程

本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种适用于孤网/微网的火电机组OPC策略优化方法。

背景技术：

孤网，一般泛指脱离大电网的小容量电网。根据《中华人民共和国电力行业标准》规定，电网中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。孤网运行有其突出的特点，主要表现在其的控制方式由负荷控制转为频率控制，要求汽轮机的调速系统具有足够要求的静态特性以及良好的动态响应特性，同时在孤网内负荷发生变化时，具有较强的稳定性以保证在用户负荷变化的情况下保持电网内频率的稳定。电力建设规程曾有规定，如果某机组发生甩负荷，并且该机组容量小于该电网总容量的8％，则电网所失去的功率可以由其他机组的过载余量共同分摊，对电网稳定并不构成威胁。但是由于孤网容量不大，对负荷波动十分敏感，部分负荷的波动都会导致网频的急剧变化。

近年来，电解铝行业发展迅猛，随着国家取消电解铝等高耗能产业的电价优惠措施，以及国内电力部门发电成本的增加、劳动力成本的上升等，导致电力成本上升，铝厂亏损较为严重。现在的电解铝厂单位一般采取自建电厂并与电解铝厂形成独立电网的方式，大大降低了电解铝的电力成本，火电机组孤网运行总装机容量越来越大。

由于孤网运行中，用电侧负荷直接决定了火电机组的发电功率，当用电侧负荷发生变化时火电机组需要跟踪负荷大小，以调整机组功率保持转子转速恒定。通常情况下用电侧负荷会发生一定的波动，这对于火电机组孤网运行具有一定的影响。如果对于孤网运行中大型火电机组仍然沿用大电网时的控制策略，势必在某些极端状况下不能满足实际需求。

为了防止汽轮发电机组在甩负荷期间发生超速，汽轮机数字式电液调节系统(Digital Electro-Hydraulic Control System)简称DEH调节系统设置超速保护控制器(Overspeed Protection Controller)简称OPC。OPC的功能主要是当汽轮发电机组甩负荷时瞬时关闭高、中压阀门GV、IV，防止汽轮机超速脱扣，为汽轮机提供动态超速保护手段。

在实际运行中，甩负荷时并不是直接打闸，而是经过一些判断：当超速3％时，OPC信号控制关闭所有的调节阀和回热系统抽汽逆止门，使汽轮机迅速减负荷，3s后检测转速，如超速低于3％则阀门复位，反之继续关闭。

在孤网运行过程中，当机组发生小幅度的负荷下降时，转子转速飞升就会十分明显，极易触发OPC动作，如果触发OPC动作之后，在延迟的3秒过程中，转子转速将会发生十分明显的下降，当开启调速气门后，汽轮机转子转速又会继续飞升，从而导致OPC动作频繁，转子转速发生不停的波动，网频不能维持恒定。

目前火电机组OPC控制策略没有考虑孤网运行下机组突甩大负荷工况，也没有针对孤网运行特点进行优化。

通过理论分析与实际情况相结合，总结出现有OPC控制策略应用于孤网运行中存在的几个问题：

1、OPC动作中，延迟3s复位时间太长，此时发电机仍然带着大部分负载，汽轮机转速快速降低，3s后复位，汽轮机转速已严重偏离3000r/min；

2、在低负荷运行时，由于一次调频的动作值受到调频幅度的限制，汽机功率无法降低，从而引起OPC频繁动作。

3、在升负荷运行时，OPC和旁路保护频繁动作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于孤网/微网的火电机组OPC策略优化方法，能够解决现有火电机组OPC控制策略在孤网运行状态下网内突发甩负荷时机组OPC频繁动作，不能稳定转子转速的问题。

本发明采用的技术方案如下：

1、将机组OPC控制逻辑中的延迟时间设置为0；

2、将机组OPC控制逻辑中的触发原则修改如下：当汽轮机标幺超速ω_r>103％，且汽轮机转子转速加速度a>0时，通过中控机将触发信号发送至OPC执行机构，从而触发OPC动作；

3、将机组OPC控制逻辑中的复位原则修改如下：当实际功率小于发电功率时，即汽轮机转子转速加速度a＜0，且汽轮机标幺转速ω_r＜103％时，通过中控机控制OPC执行机构进行复位。

本发明提出了一种适用于孤网/微网的火电机组OPC策略优化方法。该方法针对于火电机组孤网运行的特性对火电机组OPC控制策略进行了优化，通过取消OPC动作的延迟时间以及对OPC动作触发规则进行优化，实现了火电机组在孤网/微网内运行时突发甩负荷故障时对汽轮机转子转速的有效控制，OPC动作不频繁触发，保证了火电机组的安全性。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明所述的突甩25％负荷时，OPC控制策略优化前与优化后发电频率随时间变化曲线；

图3为突甩25％负荷时，OPC控制策略优化前与优化后OPC信号变化曲线；

图4为突甩50％负荷时，OPC控制策略优化前与优化后发电频率随时间变化曲线；

图5为突甩50％负荷时，OPC控制策略优化前与优化后OPC信号变化曲线；

图6为突甩100％负荷(自带厂用电)时，OPC控制策略优化前与优化后发电频率随时间变化曲线；

图7为突甩100％负荷(自带厂用电)时，OPC控制策略优化前与优化后OPC信号变化曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括如下步骤：

(1)将机组OPC控制逻辑中的延迟时间设置为0；

(2)将机组OPC控制逻辑中的触发原则修改如下：当汽轮机标幺超速ω_r>103％，且汽轮机转子转速加速度a>0时，通过中控机将触发信号发送至OPC执行机构，从而触发OPC动作；

(3)将机组OPC控制逻辑中的复位原则修改如下：当实际功率小于发电功率(即负荷)时，即汽轮机转子转速加速度a＜0，且汽轮机标幺转速ω_r＜103％时，通过中控机控制OPC执行机构进行复位。当转子的转速发生下降时，就说明机组所带的负荷已经大于机组的实际功率，此时开启调速气门可以在一定程度上消除机组转子的转速波动范围，从而达到调整网频的目的。

针对OPC控制策略的优化是以引入汽轮机转子转速加速度为参考量进行的，这样可以更好反映实际发电功率与所带的负荷大小关系，对于火电机组在孤网运行下突甩负荷后，稳定转子转速具有较大的帮助。

以350MW火电机组为模型，建立Matlab-Simulink模型对孤网运行下的火电机组突甩负荷故障进行了仿真，得到的对比结果如图1至图6所示：

通过图2至图7的对比可知，在突甩25％负荷、突甩50％负荷、突甩100％负荷(自带厂用电)的情况下，针对OPC控制策略进行优化后，汽轮机转子的转速得到了很好的控制，在未优化前突甩负荷会导致火电机组OPC动作不断被触发，转子转速得不到有效的控制，机组不能正常工作；在使用优化后的OPC控制策略时，汽轮机转子转速得到了较好的控制，OPC动作次数明显下降，火电机组转子转速在短时间内即可恢复正常工作状态。

在对OPC控制策略进行优化之后，有效地解决了原OPC控制策略应用于孤网运行中的问题，汽轮机转速得到了有效地控制，优化效果十分明显。在发生突甩大部分负荷的状况下，OPC起到有效的保护作用。

由火电机组孤网运行特性针对OPC动作进行了优化，取消OPC动作的延迟时间。当转子的转速发生下降时，就说明机组所带的负荷已经大于机组的实际功率，此时开启调速气门可以在一定程度上消除机组转子的转速波动范围，从而达到调整网频的目的。

本发明针对OPC控制策略的优化是以引入汽轮机转子转速加速度为参考量进行的，这样可以更好反映实际发电功率与所带的负荷大小关系，对于火电机组在孤网运行下突甩负荷后，稳定转子转速具有较大的帮助。