2017第六屆新能源發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新大會

中國電工技術(shù)學(xué)會主辦，2017年6月21-24日在河北省張北縣舉辦，大會圍繞新能源發(fā)展戰(zhàn)略、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、微電網(wǎng)及儲能等重要議題展開交流。瀏覽會議詳情和在線報名參會請長按識別二維碼。

強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室（華中科技大學(xué)）、國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員廖詩武、曾凱文、姚偉、文勁宇、胡羽川、馬龍鵬、方家琨，在2017年第4期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文指出，快速甩負(fù)荷（FCB）技術(shù)是一種能夠在電網(wǎng)黑啟動中發(fā)揮關(guān)鍵作用的技術(shù)，而FCB機(jī)組動態(tài)仿真模型是研究FCB技術(shù)的基礎(chǔ)。

現(xiàn)有常規(guī)火電機(jī)組模型均無法準(zhǔn)確模擬FCB工況的動態(tài)特性，為此在分析總結(jié)火電機(jī)組實現(xiàn)FCB功能所必需的各項技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了含旁路系統(tǒng)的汽輪機(jī)模型以及含FCB功能的原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型，并加入鍋爐、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）、勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)模型組成含FCB功能的火電機(jī)組動態(tài)模型。

以臺山電廠FCB實驗機(jī)組為例，通過Matlab/Simulink建立FCB機(jī)組的動態(tài)仿真模型，其仿真結(jié)果與現(xiàn)場實驗結(jié)果基本一致，說明所建立的FCB機(jī)組動態(tài)模型能夠準(zhǔn)確地模擬機(jī)組在FCB工況下的動態(tài)特性，可為研究FCB機(jī)組和大旁路機(jī)組及其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用提供模型參考。

近年來，全球發(fā)生了多起大面積停電事故，使人民的生產(chǎn)生活遭受了重大損失[1-5]。黑啟動是保障電網(wǎng)在大面積停電后快速恢復(fù)正常運行的有效措施。普通火電機(jī)組由于重啟時間長、成本高，使其不僅無法在電網(wǎng)黑啟動過程中作為黑啟動電源對電網(wǎng)進(jìn)行供電，而且需要依靠其他外部電源實現(xiàn)重新啟動，這大大延長了電網(wǎng)恢復(fù)時間，同時也加大了經(jīng)濟(jì)損失。

而具有快速甩負(fù)荷（Fast Cut Back, FCB）功能的火電機(jī)組（FCB機(jī)組）在應(yīng)對外部電網(wǎng)故障時，能夠快速甩負(fù)荷至僅帶廠用電負(fù)荷，并保持穩(wěn)定的孤島運行狀態(tài)[6,7]。經(jīng)過5～10min FCB工況過渡[8]，FCB機(jī)組能在電網(wǎng)故障消失后隨時并網(wǎng)升負(fù)荷，這對電網(wǎng)的快速恢復(fù)無疑起到舉足輕重的作用，是一種理想的黑啟動電源。

目前FCB技術(shù)的相關(guān)研究主要分為兩類：一類主要對FCB機(jī)組功能改造及FCB機(jī)組實驗進(jìn)行介紹[9-11]；另一類主要探討了在系統(tǒng)全黑情況下，FCB機(jī)組對系統(tǒng)恢復(fù)的作用，研究了有FCB機(jī)組參與情況下的電力系統(tǒng)黑啟動策略[12,13]。這些研究都強(qiáng)調(diào)了FCB機(jī)組的改造和投運對縮短電力系統(tǒng)的停電時間和減小停電損失的重大意義。

德國近年來建設(shè)的百萬機(jī)組全部具備FCB能力，然而在火力發(fā)電占據(jù)主導(dǎo)地位的我國卻只有少數(shù)的火電機(jī)組具備FCB功能。因此，深入研究FCB技術(shù)、推廣FCB機(jī)組的建設(shè)對我國電力事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義，而能夠反映FCB機(jī)組運行特性的動態(tài)仿真模型是這一研究的基礎(chǔ)。

目前，雖然用于分析汽輪機(jī)甩負(fù)荷以及調(diào)門快關(guān)的動態(tài)模型已經(jīng)有了一些研究，但是仍缺乏可以用于FCB控制系統(tǒng)設(shè)計及現(xiàn)場實驗校驗的仿真模型。文獻(xiàn)[14]中含重要中壓調(diào)門控制的增強(qiáng)模型計及了中壓調(diào)門快關(guān)對汽輪機(jī)動態(tài)特性的影響。文獻(xiàn)[15]通過建立汽輪機(jī)調(diào)門快關(guān)模型分析了調(diào)門快關(guān)對防止汽輪機(jī)超速的作用。文獻(xiàn)[16]則專門針對汽輪機(jī)的甩負(fù)荷過程改進(jìn)了汽輪機(jī)模型。

但這些模型都沒有考慮汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)對甩負(fù)荷過程的影響，也沒有建立包含FCB控制的機(jī)組控制系統(tǒng)。因此，這些模型均難以正確反映FCB機(jī)組在甩負(fù)荷過程中的動態(tài)特性。

鑒于此，為了正確模擬FCB機(jī)組在FCB工況下的動態(tài)特性，為FCB控制系統(tǒng)設(shè)計及FCB實驗提供參考，本文引入旁路系統(tǒng)的動態(tài)特s性建立了含旁路的汽輪機(jī)動態(tài)模型，結(jié)合FCB工況的實際物理過程建立了含FCB工況控制的原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型及旁路控制模型，在此基礎(chǔ)上加入鍋爐、發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Power SystemStabilizer, PSS）等環(huán)節(jié)，建立了完整的FCB機(jī)組動態(tài)仿真模型，并通過仿真和現(xiàn)場實驗結(jié)果的對比，驗證了所建模型的準(zhǔn)確性和有效性。

圖1  含旁路系統(tǒng)的汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)

結(jié)論

本文建立了完整的火電FCB機(jī)組動態(tài)模型，得出主要結(jié)論如下：

1）火電機(jī)組實現(xiàn)FCB功能所需要的兩大關(guān)鍵技術(shù)：大容量旁路及其控制系統(tǒng)和適應(yīng)于FCB工況的原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

2）所建立的火電FCB機(jī)組動態(tài)模型能夠正確模擬在FCB工況下汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率以及汽輪機(jī)內(nèi)部主汽及蒸汽壓力變化情況，為研究FCB機(jī)組或其他大旁路機(jī)組在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3）大容量旁路系統(tǒng)及含FCB功能的原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)能夠在確?；痣姍C(jī)組自身安全的前提下快速甩負(fù)荷進(jìn)入FCB工況，該功能對于減少停電損失、維持電網(wǎng)穩(wěn)定都具有積極作用。