★ 杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司 甄卓

摘要：本文主要介紹了垃圾發(fā)電企業(yè)電力生產(chǎn)中孤網(wǎng)運行的需求和困難點(diǎn)。就此問(wèn)題介紹了杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司在垃圾發(fā)電領(lǐng)域孤網(wǎng)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(jìn)行控制，并且通過(guò)項目實(shí)例證明了方案的有效性、穩定性。

關(guān)鍵詞：垃圾發(fā)電；孤網(wǎng)運行；一次調頻；二次調頻

1　積極參與垃圾發(fā)電工程建設

目前垃圾高溫焚燒發(fā)電已經(jīng)成為城市垃圾處理的主要途徑。這種方式不但無(wú)害化處理了垃圾，同時(shí)也能將垃圾燃燒產(chǎn)生的熱能轉化為電能供城市使用。隨著(zhù)需求的增加，垃圾發(fā)電廠(chǎng)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(shí)自動(dòng)化有限公司也積極參與了國內外垃圾發(fā)電工程建設。公司DCS和DEH產(chǎn)品以在電力行業(yè)多年的良好口碑、過(guò)硬的產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)成為各建設單位的優(yōu)選品牌。

2　垃圾發(fā)電機組對孤網(wǎng)技術(shù)的剛性需求

在大家的普遍認識中垃圾發(fā)電廠(chǎng)作為電力生產(chǎn)單位，應該不會(huì )為自身用電煩惱。其實(shí)不然，垃圾發(fā)電廠(chǎng)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(chǎng)在啟動(dòng)前要吸收市電即外網(wǎng)的電能作為發(fā)電前的各工藝段設備的自用電，電廠(chǎng)能夠自身產(chǎn)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(wǎng)銷(xiāo)售。但是一旦外網(wǎng)出現故障或進(jìn)行檢修的時(shí)候，發(fā)電廠(chǎng)就既不能從市電吸收電能也不能對外送電，同時(shí)根據市政府對垃圾發(fā)電企業(yè)的要求，垃圾發(fā)電廠(chǎng)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(lái)的待焚燒垃圾，維持城市的垃圾處理環(huán)節的正常運轉。所以孤網(wǎng)運行或者短時(shí)孤網(wǎng)成為各垃圾發(fā)電企業(yè)的剛性需求，即大網(wǎng)故障后能維持機組不跳機，正常帶廠(chǎng)用電；機組帶廠(chǎng)用電后廠(chǎng)內設備可以正常啟停運行，網(wǎng)頻穩定。

3　DEH控制策略

機組在升速階段時(shí)，操作員可通過(guò)修改目標轉速、升速率來(lái)改變給定轉速。給定轉速與實(shí)際轉速的差值經(jīng)轉速PID環(huán)節后，生成總閥位給定?？傞y位給定經(jīng)閥門(mén)管理環(huán)節，分別控制高中壓調節閥開(kāi)度。在轉速PID調節作用下，最終使機組穩態(tài)轉速等于給定轉速，以實(shí)現轉速無(wú)差調節。

發(fā)電機并網(wǎng)后，DEH自動(dòng)轉入閥控方式，操作員修改目標閥位、閥變率來(lái)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(huì )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(wú)法消除的靜差，相當于積分環(huán)節。調頻過(guò)程無(wú)需人工參與，系統自動(dòng)運算調整。

轉速給定與實(shí)際轉速的差值經(jīng)不等率運算后，疊加在總閥位給定上，以實(shí)現一次調頻功能。在孤網(wǎng)運行環(huán)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(shí)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(shù)難點(diǎn)

目前各垃圾發(fā)電企業(yè)實(shí)現孤網(wǎng)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(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)傳遞到主控單元，主控單元執行運算，運算結果再通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)傳遞到伺服卡，控制周期是整個(gè)轉換、運算及傳遞時(shí)間的總和；

（2）對控制系統組態(tài)和方案設計要求高，沒(méi)有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗很難一次性完成孤網(wǎng)實(shí)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(mén)全關(guān)時(shí)間控制在300ms以?xún)龋?/p>

（4）實(shí)驗成本高，每次孤網(wǎng)實(shí)驗都要求廠(chǎng)內用電設備參與，部分高精度用電設備對網(wǎng)頻要求很高，網(wǎng)頻不正常會(huì )對設備有一定程度損害；

（5）對實(shí)驗的組織調度水平要求高，孤網(wǎng)實(shí)驗涉及到電氣、鍋爐、汽機、熱網(wǎng)等多個(gè)環(huán)節，良好的組織調度是實(shí)驗成功和安全的必要前提。

5　產(chǎn)品支撐

針對垃圾發(fā)電企業(yè)孤網(wǎng)運行可以采用和利時(shí)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(gè)控制周期，控制周期在負反饋閉環(huán)系統回路里，相當于串入了一個(gè)純延遲環(huán)節，它對系統的動(dòng)、靜態(tài)控制精度和穩定性都有很大的影響。這就需要通過(guò)減少控制系統的回路時(shí)間，提高伺服機構的動(dòng)態(tài)響應速度來(lái)做些補償。

圖2 T800K控制系統機柜

圖3 和利時(shí)B400自容式液壓系統油站

和利時(shí)T800K控制系統如圖2所示，采用K系列I/O硬件和DEH專(zhuān)用的K-CU02高速控制器，支持50ms運算周期?，F場(chǎng)控制站配以專(zhuān)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(zhuān)用汽輪機閥門(mén)伺服控制模塊，完成汽輪機閥門(mén)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(xiàn)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(wǎng)通訊，支持CAN自由口通訊，同時(shí)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(dòng)切換功能，這一功能屬于行業(yè)內首創(chuàng )，大大提高了機組安全運行時(shí)間。

B400型自容式液壓系統如圖3所示，該系統伺服機構的動(dòng)態(tài)響應快、力量大、控制精度高，較好地補償系統滯后時(shí)間。并且彌補了抗燃油系統毒性大，不環(huán)保，其壓力油供油系統復雜、造價(jià)高、維護費用高的缺點(diǎn)。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(dòng)機，用于與DEH配套，執行DEH控制?？梢蕴娲蛪和钙接托碗娨河蛣?dòng)機和高壓抗燃油型電液油動(dòng)機，控制汽輪機的調節閥或主汽閥，實(shí)現電液控制。

6　實(shí)施效果

河北某垃圾發(fā)電企業(yè)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(shí)驗當天機組運行負荷7.49MW，為額定負荷的29.96%，14:16:25進(jìn)入實(shí)驗，大網(wǎng)解列，機組帶廠(chǎng)用電運行，此時(shí)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(jīng)過(guò)1分11秒轉速穩定在5504RPM，根據實(shí)際情況大網(wǎng)網(wǎng)頻50Hz時(shí)對應轉速為5510RPM，那么機組進(jìn)入孤島運行后的網(wǎng)頻為49.95Hz?！豆╇姞I(yíng)業(yè)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(wǎng)裝機容量在300萬(wàn)千瓦及以上的，為±0.2Hz；電網(wǎng)裝機容量在300萬(wàn)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(guò)±1.0Hz?？梢?jiàn)此時(shí)孤島運行的網(wǎng)頻是優(yōu)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(wǎng)切孤網(wǎng)瞬間各參數變化

機組切換到孤網(wǎng)模式后，廠(chǎng)內各用電設備可正常工作。例如垃圾電廠(chǎng)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(shí)2臺垃圾吊的功率已經(jīng)為孤網(wǎng)狀態(tài)廠(chǎng)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(shí)自動(dòng)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(fā)電機組大網(wǎng)故障情況下切孤島運行的問(wèn)題，具體來(lái)說(shuō)：和利時(shí)孤網(wǎng)機組標準組態(tài)中一次調頻功能的投入在比例環(huán)節調節了頻差，將機組迅速拉回到可控轉速區間；通過(guò)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(lái)的機組反應遲緩；通過(guò)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(wǎng)的轉速區間。同時(shí)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(shí)施告訴我們，高性能的軟硬件系統和完善的控制算法是實(shí)現用戶(hù)需求的必要條件，和利時(shí)整體解決方案的提供為新能源發(fā)電企業(yè)的安全高效運行保駕護航。AP

作者簡(jiǎn)介：

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

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年6月刊