一种基于多发电机组协同的孤岛运行控制方法及系统与流程

本技术属于电网并网，具体涉及一种基于多发电机组协同的孤岛运行控制方法及系统。

背景技术：

1、燃气-蒸汽联合循环机组因具有高效率、低排放和快速启停等优势，已成为现代清洁能源发电的核心技术之一。随着电网结构日趋复杂，极端天气、设备故障等意外事件引发的电网波动风险增加，电厂孤岛运行能力成为保障局部电网供电可靠性的重要技术手段。孤岛运行是指当外部电网发生故障导致电厂与主网解列时，电厂能够快速切除对外送电负荷（即发电机组解列，与电网断开电气连接），发电机组（包括燃气轮机和汽轮机等）仅发电给内部以维持电厂自身稳定运行，待电网故障消除后迅速恢复并网的功能向外输送电荷。

2、在现有技术中，当电网故障触发电厂发电机组孤岛运行后，通常由单台燃气轮机维持厂用电负荷，汽轮机及相关辅机系统相应解列或降负荷运行。这种运行方式存在单台燃气轮机运行时带载能力有限，难以满足电厂厂用电及邻近重要负荷的供电需求的缺陷，且仅保留单台燃气轮机运行意味着其余机组需停机或处于热备用状态，锅炉系统降温降压后重新启动耗时较长，无法满足电网短暂故障后快速恢复满负荷并网的要求。所以当电网发生短暂性故障时，如何协调多台燃气轮机同时进入孤岛运行状态、如何在孤岛运行期间保持余热锅炉及汽轮机的热态运行、如何确保电厂以最低稳定运行负荷维持待并网状态，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提出了一种基于多发电机组协同的孤岛运行控制方法及系统，能够解决现有技术在孤岛运行模式下未能以最低稳定运行负荷安全运行，且在电网故障消除后不能快速并网进入满负荷状态，无法及时为电网提供稳定用电的问题。

2、本技术的第一方面提供了一种基于多发电机组协同的孤岛运行控制方法，所述方法适用于基于多机组协同架构的电厂，所述多机组协同架构包括多台燃气轮机或多台汽轮机，包括：

3、触发孤岛运行指令后，降低所述燃气轮机的输出功率至目标维持区间，然后根据所述多机组协同架构的当前运行模式，分别调整所述燃气轮机和所述汽轮机的运行状态，以使所述燃气轮机或所述汽轮机进入孤岛运行模式；

4、基于进入孤岛运行模式的燃气轮机数量和供电区段的实时负荷，控制所述多机组协同架构的供电方式；

5、接收到电网恢复正常指令后，如果进入孤岛运行模式的燃气轮机数量为多台，则通过检测所述燃气轮机的电压、频率和相位，依次对各所述燃气轮机进行合闸检测，将通过合闸检测的所述燃气轮机从孤岛运行模式切换至并网发电模式。

6、上述方案在电厂采用多机组协同发电的情况下，构建了一套覆盖“故障触发—模式判别—协同孤岛—快速并网”全流程的多机组协同控制策略，解决了多发电机组协同架构在电网故障机组解列时无法兼顾机组安全运行与孤岛供电连续性的技术问题。当电网出现故障时，机组先解列然后降低燃气轮机输出功率至目标维持区间，避免了机组在甩负荷瞬间因功率突变导致的超速或燃烧不稳定，再根据多机组协同架构的运行模式实施燃气轮机的控制策略，使燃气轮机和蒸汽轮机进入孤岛运行模式并发电维持电厂自身运行。然后根据孤岛内运行机组台数动态管理供电回路，多机组进入孤岛时强制母联开关分闸并闭锁快切装置，避免因各燃气轮机独立调速产生的频率差异引发非同期环流损坏设备，进入稳定孤岛运行后，各机组以对应供电区段实时负荷为目标维持最低负荷安全运行。电网恢复正常后，各燃气轮机逐台与电网进行合闸检测，避免了多机组同时合闸产生的冲击电流对电网和设备造成损害，然后依次并入电网，以使机组出力平滑上升为电网及时提供充足电能。

7、在第一方面的一种可能的实现方法中，触发孤岛运行指令后，降低所述燃气轮机的输出功率至目标维持区间，具体为：

8、当电网发出故障信号、升压站断路器发出故障信号或接收到外部保护动作信号时，通过保护装置断开所述电厂与电网的电气连接，并触发孤岛运行指令；

9、触发孤岛运行指令后，通过关小所述燃气轮机的燃料阀，将所述燃气轮机的输出功率以预设速率降低至目标维持区间。

10、上述方案进一步限定了孤岛运行指令的触发条件和功率降低的具体实现方式，多源故障信号的并行检测机制确保了无论故障发生于电网侧、升压站侧还是保护系统侧，均能可靠触发孤岛运行流程。接收到电网故障消息后，过关小燃气轮机的燃料阀并以预设速率降低输出功率至目标维持区间，解决了功率骤降引发的频率波动和燃烧不稳定的技术问题，确保了燃气轮机在甩负荷过渡过程中的转速平稳。

11、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据所述多机组协同架构的当前运行模式，分别调整所述燃气轮机和所述汽轮机的运行模式，具体为：

12、如果所述汽轮机已解列或未投入运行，则所述多机组协同架构处于单循环运行模式；否则，所述多机组协同架构处于联合循环运行模式；

13、在单循环运行模式下，以厂用电的母线频率为反馈基准，通过调节所述燃气轮机的燃料量，以使所述燃气轮机的转速维持在额定范围内；

14、在联合循环运行模式下，将所述燃气轮机的转速维持在额定范围内，同时通过汽轮机旁路系统调整所述汽轮机的运行模式。

15、上述方案通过判断汽轮机是否已解列或未投入运行来区分单循环与联合循环两种运行模式，解决了不同运行模式下孤岛控制策略无法自适应切换的技术问题。在单循环运行模式下仅调节燃气轮机的燃料量，解决了孤岛运行中仅有燃气轮机供电时频率难以稳定的技术问题。在联合循环运行模式下，还对汽轮机进行响应控制，实现锅炉低负荷热态保持，以使汽轮机也能在低负荷情况下安全运行。

16、在第一方面的一种可能的实现方法中，通过汽轮机旁路系统调整所述汽轮机的运行模式，具体为：

17、通过汽轮机旁路系统向所述汽轮机发送停机指令，关闭所述汽轮机的高、中、低压主汽门，以使所述汽轮机停机；

18、根据主蒸汽管道压力变化率开启所述汽轮机的旁路阀，通过将蒸汽导入凝汽器，以平衡所述燃气轮机的排气热量与所述汽轮机的用汽量之间的瞬时差值；

19、根据凝结水泵变频器或给水变频器的频率，调节给水水阀的前后压差，以调整锅炉侧汽包的给水量；

20、将锅炉侧汽包的给水量调节阀切换至单冲量水位控制模式，以维持锅炉侧汽包的水位。

21、上述方案进一步限定了通过汽轮机旁路系统调整汽轮机运行模式的具体实现方式。通过汽轮机旁路系统向汽轮机发送停机指令并关闭高、中、低压主汽门以使汽轮机停机，解决了联合循环孤岛运行中汽轮机继续运行导致蒸汽供需失衡的技术问题。根据主蒸汽管道压力变化率开启旁路阀并将蒸汽导入凝汽器以平衡燃气轮机排气热量与汽轮机用汽量之间的瞬时差值，解决了燃气轮机排气热量骤增导致主蒸汽压力急剧上升的技术问题。对给水/凝结水泵变频器进行频率调节以适应低负荷工况下的热力系统平衡。最后通过调节锅炉侧汽包的水位，解决了汽轮机停机后锅炉侧热负荷突变导致汽包水位剧烈波动的技术问题。

22、在第一方面的一种可能的实现方法中，基于进入孤岛运行模式的燃气轮机数量和供电区段的实时负荷，控制所述多机组协同架构的供电方式，具体为：

23、定义进入孤岛运行模式的燃气轮机为第一运行机组；

24、所述多机组协同架构内仅存在一台第一运行机组时，控制所述第一运行机组的高压厂用变压器供电至所述第一运行机组的中压厂用电段和公用中压段的母线；

25、所述多机组协同架构内存在多台第一运行机组时，控制所述第一运行机组的高压厂用变压器供电至所述第一运行机组的中压厂用电段，控制所述第一运行机组对应的供电回路向所述公用中压段进行分段供电。

26、上述方案根据进入孤岛运行模式的机组数量进行供电调节，保障孤岛内各条供电回路的安全独立运行，明确了不同机组数量下的供电拓扑结构。当仅存在一台第一运行机组时，控制其高压厂用变压器同时供电至该机组的中压厂用电段和公用中压段母线，解决了单机组孤岛运行时厂用电和公用负荷供电回路单一的问题，确保了一台机组能够同时承担本机厂用电和公用设施的供电任务。当存在多台第一运行机组时，控制各机组的高压厂用变压器分别供电至各自的中压厂用电段，并由各机组对应的供电回路向公用中压段进行分段供电，解决了多机组孤岛运行时各机组厂用电回路相互干扰以及公用段供电来源冲突的技术问题。

27、在第一方面的一种可能的实现方法中，控制所述第一运行机组对应的供电回路向所述公用中压段进行分段供电后，将所述第一运行机组与所述中压厂用电段和公用中压段之间的母联开关处于分闸状态，将快切装置处于闭锁状态。

28、上述方案强制母联开关处于分闸状态，并将快切装置处于闭锁状态，确保各供电段在电气上相互隔离，避免了各台燃气轮机因为转速不同、微小的频率差异及功率因数偏差导致非同期并列运行时产生巨大环流，影响孤岛内各条供电回路的安全独立运行。

29、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据孤岛内各供电区段的实时负荷，以确保所述电厂在最低负荷工况下安全运行为目标，调整所述第一运行机组的燃料量。

30、在第一方面的一种可能的实现方法中，通过检测所述燃气轮机的电压、频率和相位，依次对各所述燃气轮机进行合闸检测，将通过合闸检测的所述燃气轮机从孤岛运行模式切换至并网发电模式，具体为：

31、基于所述燃气轮机的当前频率和相位，依次检测所述燃气轮机的出口侧与所述电网的电压差、频率差和相位差；

32、如果所述电压差、频率差和相位差均在预设的并网阈值范围内，则通过合闸检测，并根据通过合闸检测的顺序，依次闭合各所述燃气轮机对应的升压站断路器，以使所述燃气轮机逐台并入所述电网；

33、如果未通过合闸检测，则持续检测所述电压差、频率差和相位差。

34、上述方案从所述电压差、频率差和相位差这三个方面进行合闸检测，解决了多台燃气轮机从孤岛运行切换至并网时因并网参数不匹配而产生较大的冲击电流和电网振荡。而且通过依次对每台燃气轮机进行合闸检测和并网操作，解决了多台机组同时并网导致冲击电流叠加和电网频率波动而带来的运行风险

35、在第一方面的一种可能的实现方法中，并入所述电网后，根据接收到的电网调度指令或预设的升负荷速率，调整所述燃气轮机的燃料量，直至所述燃气轮机的输出功率上升至电网调度目标负荷。

36、上述方案在燃气轮机升负荷的过程中，通过逐步增加所述燃气轮机的燃料量，以使燃气轮机并网后从孤岛低负荷工况向电网额定负荷工况平滑过渡，避免升负荷过快导致的燃烧室超温和压气机喘振，也避免了因升负荷过慢导致无法及时为电网及时提供稳定用电。

37、本技术第二方面提供了一种基于多发电机组协同的孤岛运行控制系统，所述系统包括：机组控制模块、供电管理模块和并网恢复模块；

38、机组控制模块用于触发孤岛运行指令后，降低所述多机组协同架构的燃气轮机的输出功率至目标维持区间，然后根据所述多机组协同架构的当前运行模式，分别调整所述燃气轮机和所述多机组协同架构的汽轮机的运行状态，以使所述燃气轮机或所述汽轮机进入孤岛运行模式；

39、供电管理模块用于基于进入孤岛运行模式的燃气轮机数量和供电区段的实时负荷，控制所述多机组协同架构的供电方式；

40、并网恢复模块用于接收到电网恢复正常指令后，如果进入孤岛运行模式的燃气轮机数量为多台，则通过检测所述燃气轮机的电压、频率和相位，依次对各所述燃气轮机进行合闸检测，将通过合闸检测的所述燃气轮机从孤岛运行模式切换至并网发电模式。