矿山工程电站孤网运行的安全管理和操作

胡 龙

（广西中铝建设监理咨询有限公司，广西 百色 531400）

可再生能源的发展带动了新能源产业的格局发生改变，各个企业面临着能源和环境等方面的问题。当大容量可再生能源并网出现后，为了提高电网的运行能力，以及对能源的利用率，考虑到再生能源的变化及电网故障问题的情况之下，为了维持各企业的正常运行，提出了一种电站孤网运行模式，可以由单个的可再生能源孤网运行为企业提供电量[1]。孤网又称孤立电网，是一种脱离了大电网的小容量电网。在孤网运行状态下，不具备对电网和电压的支持条件，同时产生了间隙性的功率波动，负荷出现连续的动态变化情况，严重降低了孤网运行的稳定性。

1 矿山工程电站孤网运行的安全管理

孤网是孤立电网的简称，一般是指脱离大电网的小容量电网，通常最大单机容量大于电网总容量的8%的电网，统称为小网；孤立运行的小网称为孤网。

为了保证矿山工程中电站的孤网运行达到安全、稳定的效果，在运行过程中对其各项参数进行管理，包括对发电机端电压的管理、电网频率管理及储能方式管理。

图1 孤网运行中发动机端电压等效电路图

图1 为孤网运行中发电机端电压的等效电路图。在矿山工程电站孤网运行时，根据负荷端对电能质量的要求和矿山企业对电压稳定性的要求，对发电机端的电压控制在上下波动幅度不超过5%。在孤网运行过程中可以通过增加自动电压控制的稳定器装置对发电机端的电压进行管理，是发电机的励磁电流随着无功电流的变化进行自主调节，从而保证发电机端电压的安全、稳定[2]。同时，在对发电机端的电压管理时要注意电网无功电流的变化必须小于发电机稳定器自动电压控制的调节范围，否则将失去对电网电压的管理，造成发电机跳闸问题带来不必要的损失。此外稳定器是作为发电机端附加的控制装置，会增加发电机的阻尼作用[3]。因此需要对运行过程中的发电机进行定期的检测，观察发电机的有功变化情况，从而通过调节无功的形式保证电站孤网的安全运行。

采用二次调频的方法对电站孤网运行时的频率进行管理，即通过改变功率给定值的方式对孤网频率控制，利用调速设备的特性，将电站孤网运行频率维持在稳定状态。在矿山工程电站孤网运行过程中，发电机的运动通常时通过恒定频率控制方式完成，按照频率的偏差对孤网运行进行调节，当频率偏差为0时，结束调节。由于电站孤网的容量较少，因此，电网通常需要主力机组具备更高的灵敏度以及更低的迟缓率，从而对孤网运行频率进行快速的动态响应，在满足用户负荷需要的条件下，自动调节孤网的评率。

针对不同条件下的电站孤网运行的储能方式也不同，因此需要对还需要对储能方式进行管理，从而根据具体需要选择适合的储能方式。表1为各储能方式及对应的应用条件。

表1 各储能方式及对应的应用条件

在矿山工程电站孤网运行过程中，根据其运行需要可选择表1中锂离子电池、抽水储能、超级电容及飞轮储能等众多储能方式，选择适当的储能方式可以有效提高矿山企业的功能效率，进而提高企业经济效益。

2 矿山工程孤网运行算法

矿山电力系统的运行状态，可以用以下微分代数方程组来表述。

式中，x 变量为节点电压，y 为节点功率，u 为同步发电机组调速系统及空载频率。式（1）为发电机组调节的动态方程，表征了同步发电机组的动态过程；式（2）为网络方程，表征了网络的运行约束。完成一次电力系统调节之后，系统将处于稳定运行点，因此，发电机组动态方程达到平衡点，即发电机组的有功频率、无功电压静态特性曲线与负荷功率特性曲线交流。从计算结果可以看出，各台电机组的运行都发生变化，表明各台机组均分担了负荷变化，消除了常规系统模型中只有一台机组承担负荷变化的弊端。

3 矿山工程电站孤网安全运行操作

在矿山工程电站孤网运行前，首先要根据矿山工程的需要，对电站孤网的稳定性进行分析和计算，并制定出完善的电站孤网运行预案。在操作过程中应严格按照预案中的各个环节进行，实施统一的调配，使各个节点得到通力协作[4]。对于电站孤网频率波动问题，可通过电池系统稳定评率，在孤网运行过程中，频率突然出现增加，可通过将多余的有功功率由充电控制系统吸收降低，；频率突然出现降低，可通过放电控制系统将确实部分的有用功率补充。对于电站孤网电压易受干扰的问题，可通过相应的无功功率控制，降低负荷对电压的干扰。当孤网电站的电压突然增加时，多余的无功功率可通过电池系统控制吸收；当孤网电站的电压突然降低时，可通过控制系统将确实的无功功率补充。

矿山工程电站孤网的用电负荷性质较为平稳，但由于在大型电动机启动和停止过程中对供电系统会造成较为严重而冲击[5]。因此，对于大功率电机在启动过程中应当采用软起或变频启动的操作，并在10kV馈线回路中增设电抗器装置，稳定母线的电压，以此降低电机在启动过程中对供电系统的电压造成冲击[6]。为了进一步保证孤网安全、稳定的运行，在操作过程中应取消对部分设备的低电压保护操作，从而防止电压在波动过程中导致设备的跳闸现象，影响供电系统的正常运行。

矿山工程生产连续性强 ，个别设备停止运行时间较长将会造成局部设备损坏 ，影响整个工程生产系统的运行。但是 ，矿山施工用电设备比较分散 ，多数为电机和加热设备 ，重要用电设备的容量不是很大，因此，在进行矿山工程孤网运行设计时，针对矿山开采的一级及重要的二级用电负荷，为防止因突然停电或者较长时间停电导致人身伤害、损坏或者难以恢复生产的设备，比如 ：分解槽 、电气站，在这些重要区域设置柴油发电机组 ，在矿山工作区域内短时停电的情况下采用柴油发 电机为其局部短时应急供电，可以减少因停电造成的损失，并为尽快恢复生产创造条件，这样就能够尽最大限度的弥补由于自备电站孤网运行矿山工作区停电的影响。

4 结语

有效利用资源在当前矿山工程的发展中占据着十分重要的地位，而电站孤网作为能源的先行者，配备了储备能源的环节，可以有效提高对能源的利用率，符合矿山企业的发展需要。本文针对矿山工程电站孤网运行的安全管理和操作开展了详细的研究，下一步将针对电站孤网的经济性运行及保护控制等方面进行更加深入的研究，扩大矿山企业对电站孤网的应用范围。