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★ 杭州和利時自動化有限公司 甄卓

摘要：本文主要介紹了垃圾發電企業電力生產中孤網運行的需求和困難點。就此問題介紹了杭州和利時自動化有限公司在垃圾發電領域孤網運行解決方案，即采用杭和公司自研的T800K和B400型自容式液壓系統對汽輪機進行控制，并且通過項目實例證明了方案的有效性、穩定性。

關鍵詞：垃圾發電；孤網運行；一次調頻；二次調頻

1　積極參與垃圾發電工程建設

目前垃圾高溫焚燒發電已經成為城市垃圾處理的主要途徑。這種方式不但無害化處理了垃圾，同時也能將垃圾燃燒產生的熱能轉化為電能供城市使用。隨著需求的增加，垃圾發電廠也雨后春筍般地出現在各大城市，電力工程建設方興未艾。杭州和利時自動化有限公司也積極參與了國內外垃圾發電工程建設。公司DCS和DEH產品以在電力行業多年的良好口碑、過硬的產品質量和優質的服務成為各建設單位的優選品牌。

2　垃圾發電機組對孤網技術的剛性需求

在大家的普遍認識中垃圾發電廠作為電力生產單位，應該不會為自身用電煩惱。其實不然，垃圾發電廠包含的各子系統，如垃圾接收儲存系統、垃圾焚燒系統、余熱回收系統、煙氣凈化系統、灰渣處理系統、電氣系統、熱控系統等都需要穩定的電能才能工作，各種精密設備對電壓、頻率也十分敏感。電廠在啟動前要吸收市電即外網的電能作為發電前的各工藝段設備的自用電，電廠能夠自身產生電能之后，一部分電能作為自用電，大部分多余的電能上網銷售。但是一旦外網出現故障或進行檢修的時候，發電廠就既不能從市電吸收電能也不能對外送電，同時根據市政府對垃圾發電企業的要求，垃圾發電廠要具備不間斷焚燒處理垃圾的能力，這樣才能處理源源不斷送來的待焚燒垃圾，維持城市的垃圾處理環節的正常運轉。所以孤網運行或者短時孤網成為各垃圾發電企業的剛性需求，即大網故障后能維持機組不跳機，正常帶廠用電；機組帶廠用電后廠內設備可以正常啟停運行，網頻穩定。

3　DEH控制策略

機組在升速階段時，操作員可通過修改目標轉速、升速率來改變給定轉速。給定轉速與實際轉速的差值經轉速PID環節后，生成總閥位給定。總閥位給定經閥門管理環節，分別控制高中壓調節閥開度。在轉速PID調節作用下，最終使機組穩態轉速等于給定轉速，以實現轉速無差調節。

發電機并網后，DEH自動轉入閥控方式，操作員修改目標閥位、閥變率來改變給定閥位，生成總閥位給定。當機組運行人員投入二次調頻后，二次調頻作用量會直接疊加到目標閥位中，二次調頻的作用是消除一次調頻回路無法消除的靜差，相當于積分環節。調頻過程無需人工參與，系統自動運算調整。

轉速給定與實際轉速的差值經不等率運算后，疊加在總閥位給定上，以實現一次調頻功能。在孤網運行環境下，利用測速模塊與伺服模塊間的CAN通訊鏈路，引入轉速微分調節信號，疊加在高壓調節閥的閥位給定上，以實現快速一次調頻作用，如圖1所示。

圖1 DEH調節原理骨架框圖

4　技術難點

目前各垃圾發電企業實現孤網運行或者孤島運行的難度可以概括為“五高”：

（1）對電調系統控制周期要求高，包括被調量的采集，然后通過現場總線傳遞到主控單元，主控單元執行運算，運算結果再通過現場總線傳遞到伺服卡，控制周期是整個轉換、運算及傳遞時間的總和；

（2）對控制系統組態和方案設計要求高，沒有豐富的實踐經驗很難一次性完成孤網實驗以達到穩定運行；

（3）對液壓執行機構要求高，應該采用高壓系統執行機構，調門全關時間控制在300ms以內；

（4）實驗成本高，每次孤網實驗都要求廠內用電設備參與，部分高精度用電設備對網頻要求很高，網頻不正常會對設備有一定程度損害；

（5）對實驗的組織調度水平要求高，孤網實驗涉及到電氣、鍋爐、汽機、熱網等多個環節，良好的組織調度是實驗成功和安全的必要前提。

5　產品支撐

針對垃圾發電企業孤網運行可以采用和利時T800K電調控制系統和B400型自容式液壓系統。

傳統的數字控制裝置的先天不足是存在一個控制周期，控制周期在負反饋閉環系統回路里，相當于串入了一個純延遲環節，它對系統的動、靜態控制精度和穩定性都有很大的影響。這就需要通過減少控制系統的回路時間，提高伺服機構的動態響應速度來做些補償。

圖2 T800K控制系統機柜

圖3 和利時B400自容式液壓系統油站

和利時T800K控制系統如圖2所示，采用K系列I/O硬件和DEH專用的K-CU02高速控制器，支持50ms運算周期。現場控制站配以專用的轉速測量模塊K-FC01和伺服模塊K-SV01。K-SV01是K系列DEH專用汽輪機閥門伺服控制模塊，完成汽輪機閥門伺服控制，配合K-FCO1測速模塊完成快速一次調頻功能；K-SV01有2路LVDT線性位移采集輸入、2路伺服輸出，具備2路雙冗余DP通訊，支持冗余切換，支持Modbus TCP以太網通訊，支持CAN自由口通訊，同時K-SV01模塊支持冗余，單機/冗余模式可配，支持獨立使用。此外，K-SV01具有LVDT掉桿自診斷自動切換功能，這一功能屬于行業內首創，大大提高了機組安全運行時間。

B400型自容式液壓系統如圖3所示，該系統伺服機構的動態響應快、力量大、控制精度高，較好地補償系統滯后時間。并且彌補了抗燃油系統毒性大，不環保，其壓力油供油系統復雜、造價高、維護費用高的缺點。自容式液壓系統本身是一套全新、獨立的調節器，它有獨立的油源和控制系統，可直接控制油動機，用于與DEH配套，執行DEH控制。可以替代低壓透平油型電液油動機和高壓抗燃油型電液油動機，控制汽輪機的調節閥或主汽閥，實現電液控制。

6　實施效果

河北某垃圾發電企業采用廣重凝汽式機組，主汽壓力3.9MPa，機組額定功率25MW。設計垃圾處理規模2000噸/日，計劃分兩期建設。目前已建成一期日處理垃圾1000噸，一爐一機配置。該項目采用我公司T800K電調控制系統和B400型自容式液壓系統。

機組額定負荷25MW，實驗當天機組運行負荷7.49MW，為額定負荷的29.96%，14:16:25進入實驗，大網解列，機組帶廠用電運行，此時機組負荷1.87MW為額定負荷的7.48%。解列瞬間就在轉速由5510RPM增大到5568RPM，遠小于5665RPM即103%額定轉速，經過1分11秒轉速穩定在5504RPM，根據實際情況大網網頻50Hz時對應轉速為5510RPM，那么機組進入孤島運行后的網頻為49.95Hz。《供電營業規則》第五十三條規定：在電力系統正常狀況下，供電頻率的允許偏差為：電網裝機容量在300萬千瓦及以上的，為±0.2Hz；電網裝機容量在300萬千瓦以下的，為±0.5Hz；在電力系統非正常狀況下，供電頻率允許偏差不應超過±1.0Hz。可見此時孤島運行的網頻是優于國家標準的。一次調頻回路輸出-9.14%閥位的調頻量，機組由壓控模式轉換為閥控模式，轉換瞬間壓控PID輸出由28.03%減少到24.67%。如圖4所示。

圖4 大網切孤網瞬間各參數變化

機組切換到孤網模式后，廠內各用電設備可正常工作。例如垃圾電廠必需設備垃圾吊，2臺總功率400kW的垃圾吊抓料、提升、投料等運行功能均正常，如圖5所示，值得注意的是此時2臺垃圾吊的功率已經為孤網狀態廠用電負荷的21.39%，機組頻率穩定。

圖5 垃圾吊設備穩定運行

7　結論

杭州和利時自動化有限公司的T800K和B400型自容式液壓系統的組合使用，成功地解決了垃圾焚燒發電機組大網故障情況下切孤島運行的問題，具體來說：和利時孤網機組標準組態中一次調頻功能的投入在比例環節調節了頻差，將機組迅速拉回到可控轉速區間；通過快速反應回路的投入一定程度上抵消了液壓系統和主控運算帶來的機組反應遲緩；通過二次調頻的有效投入，快速消除了一次調頻遺留的靜差影響，將機組迅速穩定到了國家規定的允許并大網的轉速區間。同時B400型自容式液壓系統為電調指令的高速有效執行提供了保障。

項目的成功實施告訴我們，高性能的軟硬件系統和完善的控制算法是實現用戶需求的必要條件，和利時整體解決方案的提供為新能源發電企業的安全高效運行保駕護航。AP

作者簡介：

甄　卓（1989-），男，河北涿州人，工程師，碩士，現就職于杭州和利時自動化有限公司，研究方向為DEH控制系統研究。

摘自《自動化博覽》2022年6月刊