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和利时电力孤网技术在垃圾发电领域的应用
  • 企业:和利时集团     行业:电力    
  • 点击数:2621     发布时间:2022-07-19 11:10:21
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本文主要介绍了垃圾发电企业电力生产中孤网运行的需求和困难点。就此问题介绍了杭州和利时自动化有限公司在垃圾发电领域孤网运行解决方案,即采用杭和公司自研的T800K和B400型自容式液压系统对汽轮机进行控制,并且通过项目实例证明了方案的有效性、稳定性。

★ 杭州和利时自动化有限公司 甄卓

摘要:本文主要介绍了垃圾发电企业电力生产中孤网运行的需求和困难点。就此问题介绍了杭州和利时自动化有限公司在垃圾发电领域孤网运行解决方案,即采用杭和公司自研的T800K和B400型自容式液压系统对汽轮机进行控制,并且通过项目实例证明了方案的有效性、稳定性。

关键词:垃圾发电;孤网运行;一次调频;二次调频

1 积极参与垃圾发电工程建设

目前垃圾高温焚烧发电已经成为城市垃圾处理的主要途径。这种方式不但无害化处理了垃圾,同时也能将垃圾燃烧产生的热能转化为电能供城市使用。随着需求的增加,垃圾发电厂也雨后春笋般地出现在各大城市,电力工程建设方兴未艾。杭州和利时自动化有限公司也积极参与了国内外垃圾发电工程建设。公司DCS和DEH产品以在电力行业多年的良好口碑、过硬的产品质量和优质的服务成为各建设单位的优选品牌。

2 垃圾发电机组对孤网技术的刚性需求

在大家的普遍认识中垃圾发电厂作为电力生产单位,应该不会为自身用电烦恼。其实不然,垃圾发电厂包含的各子系统,如垃圾接收储存系统、垃圾焚烧系统、余热回收系统、烟气净化系统、灰渣处理系统、电气系统、热控系统等都需要稳定的电能才能工作,各种精密设备对电压、频率也十分敏感。电厂在启动前要吸收市电即外网的电能作为发电前的各工艺段设备的自用电,电厂能够自身产生电能之后,一部分电能作为自用电,大部分多余的电能上网销售。但是一旦外网出现故障或进行检修的时候,发电厂就既不能从市电吸收电能也不能对外送电,同时根据市政府对垃圾发电企业的要求,垃圾发电厂要具备不间断焚烧处理垃圾的能力,这样才能处理源源不断送来的待焚烧垃圾,维持城市的垃圾处理环节的正常运转。所以孤网运行或者短时孤网成为各垃圾发电企业的刚性需求,即大网故障后能维持机组不跳机,正常带厂用电;机组带厂用电后厂内设备可以正常启停运行,网频稳定。

3 DEH控制策略

机组在升速阶段时,操作员可通过修改目标转速、升速率来改变给定转速。给定转速与实际转速的差值经转速PID环节后,生成总阀位给定。总阀位给定经阀门管理环节,分别控制高中压调节阀开度。在转速PID调节作用下,最终使机组稳态转速等于给定转速,以实现转速无差调节。

发电机并网后,DEH自动转入阀控方式,操作员修改目标阀位、阀变率来改变给定阀位,生成总阀位给定。当机组运行人员投入二次调频后,二次调频作用量会直接叠加到目标阀位中,二次调频的作用是消除一次调频回路无法消除的静差,相当于积分环节。调频过程无需人工参与,系统自动运算调整。

转速给定与实际转速的差值经不等率运算后,叠加在总阀位给定上,以实现一次调频功能。在孤网运行环境下,利用测速模块与伺服模块间的CAN通讯链路,引入转速微分调节信号,叠加在高压调节阀的阀位给定上,以实现快速一次调频作用,如图1所示。

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图1 DEH调节原理骨架框图

4 技术难点

目前各垃圾发电企业实现孤网运行或者孤岛运行的难度可以概括为“五高”:

(1)对电调系统控制周期要求高,包括被调量的采集,然后通过现场总线传递到主控单元,主控单元执行运算,运算结果再通过现场总线传递到伺服卡,控制周期是整个转换、运算及传递时间的总和;

(2)对控制系统组态和方案设计要求高,没有丰富的实践经验很难一次性完成孤网实验以达到稳定运行;

(3)对液压执行机构要求高,应该采用高压系统执行机构,调门全关时间控制在300ms以内;

(4)实验成本高,每次孤网实验都要求厂内用电设备参与,部分高精度用电设备对网频要求很高,网频不正常会对设备有一定程度损害;

(5)对实验的组织调度水平要求高,孤网实验涉及到电气、锅炉、汽机、热网等多个环节,良好的组织调度是实验成功和安全的必要前提。

5 产品支撑

针对垃圾发电企业孤网运行可以采用和利时T800K电调控制系统和B400型自容式液压系统。

传统的数字控制装置的先天不足是存在一个控制周期,控制周期在负反馈闭环系统回路里,相当于串入了一个纯延迟环节,它对系统的动、静态控制精度和稳定性都有很大的影响。这就需要通过减少控制系统的回路时间,提高伺服机构的动态响应速度来做些补偿。

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图2 T800K控制系统机柜

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图3 和利时B400自容式液压系统油站

和利时T800K控制系统如图2所示,采用K系列I/O硬件和DEH专用的K-CU02高速控制器,支持50ms运算周期。现场控制站配以专用的转速测量模块K-FC01和伺服模块K-SV01。K-SV01是K系列DEH专用汽轮机阀门伺服控制模块,完成汽轮机阀门伺服控制,配合K-FCO1测速模块完成快速一次调频功能;K-SV01有2路LVDT线性位移采集输入、2路伺服输出,具备2路双冗余DP通讯,支持冗余切换,支持Modbus TCP以太网通讯,支持CAN自由口通讯,同时K-SV01模块支持冗余,单机/冗余模式可配,支持独立使用。此外,K-SV01具有LVDT掉杆自诊断自动切换功能,这一功能属于行业内首创,大大提高了机组安全运行时间。

B400型自容式液压系统如图3所示,该系统伺服机构的动态响应快、力量大、控制精度高,较好地补偿系统滞后时间。并且弥补了抗燃油系统毒性大,不环保,其压力油供油系统复杂、造价高、维护费用高的缺点。自容式液压系统本身是一套全新、独立的调节器,它有独立的油源和控制系统,可直接控制油动机,用于与DEH配套,执行DEH控制。可以替代低压透平油型电液油动机和高压抗燃油型电液油动机,控制汽轮机的调节阀或主汽阀,实现电液控制。

6 实施效果

河北某垃圾发电企业采用广重凝汽式机组,主汽压力3.9MPa,机组额定功率25MW。设计垃圾处理规模2000吨/日,计划分两期建设。目前已建成一期日处理垃圾1000吨,一炉一机配置。该项目采用我公司T800K电调控制系统和B400型自容式液压系统。

机组额定负荷25MW,实验当天机组运行负荷7.49MW,为额定负荷的29.96%,14:16:25进入实验,大网解列,机组带厂用电运行,此时机组负荷1.87MW为额定负荷的7.48%。解列瞬间就在转速由5510RPM增大到5568RPM,远小于5665RPM即103%额定转速,经过1分11秒转速稳定在5504RPM,根据实际情况大网网频50Hz时对应转速为5510RPM,那么机组进入孤岛运行后的网频为49.95Hz。《供电营业规则》第五十三条规定:在电力系统正常状况下,供电频率的允许偏差为:电网装机容量在300万千瓦及以上的,为±0.2Hz;电网装机容量在300万千瓦以下的,为±0.5Hz;在电力系统非正常状况下,供电频率允许偏差不应超过±1.0Hz。可见此时孤岛运行的网频是优于国家标准的。一次调频回路输出-9.14%阀位的调频量,机组由压控模式转换为阀控模式,转换瞬间压控PID输出由28.03%减少到24.67%。如图4所示。

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图4 大网切孤网瞬间各参数变化

机组切换到孤网模式后,厂内各用电设备可正常工作。例如垃圾电厂必需设备垃圾吊,2台总功率400kW的垃圾吊抓料、提升、投料等运行功能均正常,如图5所示,值得注意的是此时2台垃圾吊的功率已经为孤网状态厂用电负荷的21.39%,机组频率稳定。

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图5 垃圾吊设备稳定运行

7 结论

杭州和利时自动化有限公司的T800K和B400型自容式液压系统的组合使用,成功地解决了垃圾焚烧发电机组大网故障情况下切孤岛运行的问题,具体来说:和利时孤网机组标准组态中一次调频功能的投入在比例环节调节了频差,将机组迅速拉回到可控转速区间;通过快速反应回路的投入一定程度上抵消了液压系统和主控运算带来的机组反应迟缓;通过二次调频的有效投入,快速消除了一次调频遗留的静差影响,将机组迅速稳定到了国家规定的允许并大网的转速区间。同时B400型自容式液压系统为电调指令的高速有效执行提供了保障。

项目的成功实施告诉我们,高性能的软硬件系统和完善的控制算法是实现用户需求的必要条件,和利时整体解决方案的提供为新能源发电企业的安全高效运行保驾护航。AP

作者简介:

甄 卓(1989-),男,河北涿州人,工程师,硕士,现就职于杭州和利时自动化有限公司,研究方向为DEH控制系统研究。

摘自《自动化博览》2022年6月刊

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