電解鋁企業(yè)孤網(wǎng)運(yùn)行頻率的穩(wěn)定控制策略研究

祁志遠(yuǎn)，肖仕武，李　飛

(華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

?

電解鋁企業(yè)孤網(wǎng)運(yùn)行頻率的穩(wěn)定控制策略研究

祁志遠(yuǎn)，肖仕武，李飛

(華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

摘要：電解鋁屬高耗能產(chǎn)業(yè)，負(fù)荷顆粒度大，正常生產(chǎn)中易發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)，其孤網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定控制有其本身的特殊性。以電解鋁企業(yè)孤網(wǎng)運(yùn)行為例，推導(dǎo)了一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式，進(jìn)而得到最大頻率偏差，最大頻率變化率，靜態(tài)頻率偏差的數(shù)學(xué)表達(dá)式。針對(duì)企業(yè)與外網(wǎng)解列機(jī)組甩負(fù)荷情況，提出了自動(dòng)修改負(fù)荷定值方法；針對(duì)孤網(wǎng)中電解鋁的陽(yáng)極效應(yīng)問題，提出了增加加速度前饋環(huán)節(jié)的一次調(diào)頻優(yōu)化方法；針對(duì)孤網(wǎng)中發(fā)電機(jī)故障脫網(wǎng)，提出了降低電解鋁負(fù)荷顆粒度大小的控制方法。最后，通過某企業(yè)孤立電網(wǎng)的仿真，驗(yàn)證了所提方法的正確性。

關(guān)鍵詞：電解鋁；孤網(wǎng)；一次調(diào)頻；穩(wěn)定控制；加速度前饋

0引言

電解鋁屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，按照國(guó)家的政策，電解鋁生產(chǎn)企業(yè)大多擁有自備電廠。正常生產(chǎn)過程中中，這些自備電廠按自發(fā)自用的原則安排生產(chǎn)，由于受到大電網(wǎng)的有利支撐，電解鋁的安全穩(wěn)定問題很少受到關(guān)注。在嚴(yán)重故障下，電解鋁企業(yè)電網(wǎng)面臨孤網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，電解鋁作為一種特殊的工業(yè)負(fù)荷，停電3 h以上將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此研究電解鋁孤網(wǎng)的頻率穩(wěn)定問題具有重大的工程意義。

由于電解鋁的負(fù)荷占比大、正常生產(chǎn)陽(yáng)極效應(yīng)沖擊大[1]，頻率的穩(wěn)定問題成為電解鋁孤網(wǎng)運(yùn)行最棘手問題。從國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀來看，很多電網(wǎng)企業(yè)、工業(yè)企業(yè)遇到了孤網(wǎng)運(yùn)行問題，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者專門針對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行的頻率穩(wěn)定、頻率控制問題進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)[2-7]從一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、OPC、高頻切機(jī)、低頻減載等方面分析了孤網(wǎng)運(yùn)行應(yīng)采取的改進(jìn)措施；文獻(xiàn)[8-9]從汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)出發(fā)，通過改善DEH的硬件和軟件的措施使其適應(yīng)孤網(wǎng)運(yùn)行條件。文獻(xiàn)[10]通過時(shí)域仿真法研究了電解鋁孤網(wǎng)運(yùn)行的緊急控制方法。

總結(jié)以上文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有的研究?jī)?nèi)容多偏于定性的分析與仿真，并沒能從理論上定量的去研究孤網(wǎng)的頻率穩(wěn)定問題；一次調(diào)頻的優(yōu)化效果不明顯，并不能適應(yīng)電解鋁孤網(wǎng)負(fù)荷的快速波動(dòng)情況。

本文以電解鋁企業(yè)孤網(wǎng)運(yùn)行為例，推導(dǎo)了一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上，得到一次調(diào)頻過程中最大頻率偏差、最大頻率變化率、靜態(tài)頻率偏差的數(shù)學(xué)表達(dá)式。針對(duì)企業(yè)與外網(wǎng)解列機(jī)組甩負(fù)荷情況，提出了自動(dòng)修改負(fù)荷定值方法；針對(duì)孤網(wǎng)中的小擾動(dòng)如電解鋁的陽(yáng)極效應(yīng)問題，提出了增加加速度前饋環(huán)節(jié)的一次調(diào)頻優(yōu)化方法；針對(duì)孤網(wǎng)中的大擾動(dòng)如機(jī)組脫網(wǎng)，提出了降低電解鋁負(fù)荷顆粒度大小控制方法。最后，通過對(duì)某電解鋁孤網(wǎng)的仿真，驗(yàn)證了本文所提優(yōu)化方法的正確性。

1電力系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行頻率特性推導(dǎo)

在大電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)頻率基本保持不變，調(diào)速系統(tǒng)的主要任務(wù)是執(zhí)行上級(jí)調(diào)度命令進(jìn)行負(fù)荷控制，調(diào)速器多采用功頻控制方式。然而在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)頻率易發(fā)生較大波動(dòng)，因此調(diào)速器的主要任務(wù)由控制負(fù)荷變?yōu)榉€(wěn)定頻率，調(diào)速器采用轉(zhuǎn)速控制方式。圖1給出了孤網(wǎng)調(diào)頻數(shù)學(xué)模型框圖。

圖1　孤立系統(tǒng)調(diào)頻數(shù)學(xué)模型Fig.1　Frequency mathematical model of isolated system

圖中各時(shí)間常數(shù)為歸算到發(fā)電機(jī)額定有功功率PGN下的有名值，s；其余變量均為PGN、fN下的標(biāo)幺值。ΔPL為功率初始不平衡量；ΔPc為機(jī)組負(fù)荷給定值的變化量；KG=1/R為發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，其中R為調(diào)速器的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)；KL為負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)；TJ為發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)；Tn為調(diào)速器時(shí)間常數(shù)；TT為汽輪機(jī)容積時(shí)間常數(shù)；Kn=KT=1。

忽略二次調(diào)頻的變化量ΔPc，從圖1可求得傳遞函數(shù)為

(1)

假設(shè)突然增加負(fù)荷量為ΔP，則

(2)

可得Δf(s)為

(3)

有名值頻率變化量Δf(t)為

(4)

對(duì)式(4)求導(dǎo)可得取得頻率最小值的時(shí)刻tm為

(5)

對(duì)應(yīng)的暫態(tài)頻率偏差最大值為

(6)

系統(tǒng)的靜態(tài)頻率偏差為

(7)

在擾動(dòng)瞬間頻率變化率最大，其值為

(8)

由式(4)知，頻率的變化是一條以時(shí)間常數(shù)1/a衰減的振蕩曲線。對(duì)于一個(gè)確定的調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)，調(diào)速器時(shí)間常數(shù)和汽輪機(jī)容積時(shí)間常數(shù)是已知的，從式(6)可知，影響暫態(tài)頻率偏差最大值的主要因素為功率不平衡量和調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)。因此，對(duì)于電解鋁企業(yè)孤網(wǎng)穩(wěn)定控制應(yīng)盡快減小功率不平衡量，加快頻率超調(diào)量的衰減過程。

2電解鋁負(fù)荷特性

電解鋁的生產(chǎn)采用電解熔融的冰晶石-氧化鋁熔鹽，通過通入強(qiáng)大直流電流，在電解槽兩極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。電解鋁整流機(jī)組可分為二極管整流和晶閘管整流兩大類。對(duì)于二極管整流機(jī)組，其穩(wěn)流系統(tǒng)由調(diào)壓變壓器粗調(diào)，飽和電抗器細(xì)調(diào)構(gòu)成，調(diào)節(jié)速度相對(duì)較慢；對(duì)于晶閘管整流，其穩(wěn)流系統(tǒng)由較少級(jí)數(shù)的無載或有載調(diào)壓變壓器粗調(diào)，晶閘管細(xì)調(diào)構(gòu)成，調(diào)節(jié)速度快[11]。

正常生產(chǎn)過程中電解槽的平均電壓在4.0 V左右，因工藝問題，會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生陽(yáng)極效應(yīng)，這時(shí)會(huì)使電解槽的電壓迅速提高到20～40 V，對(duì)系統(tǒng)頻率造成很大的沖擊。假設(shè)一個(gè)電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)，電解槽電壓從4.0 V迅速上升到40.0 V，對(duì)于420 kA的電解工藝，其負(fù)荷將上升15.1 MW，這對(duì)于電解鋁企業(yè)孤網(wǎng)運(yùn)行造成巨大的沖擊。

由于電解鋁所需的直流電流大，故一個(gè)電解系列采用多臺(tái)整流機(jī)組并列運(yùn)行。考慮到生產(chǎn)的可靠性，整流機(jī)組一般采用N+1原則配置，即一臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)，其余N臺(tái)可以滿足正常生產(chǎn)需求。對(duì)于二極管型機(jī)組，電解系列電流有整個(gè)生產(chǎn)線大閉環(huán)控制和單個(gè)整流機(jī)組的小閉環(huán)控制兩種模式[12]。投入大閉環(huán)控制時(shí)，任何單個(gè)整流機(jī)組故障后，其電流會(huì)快速自動(dòng)的被其他整流機(jī)組帶起，保持整個(gè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性；投入小閉環(huán)控制時(shí)，任何單個(gè)整流機(jī)組故障后不影響其他機(jī)組的電流。需要指出的是在整流機(jī)組被切除兩臺(tái)及以上的情況下，電解鋁整流電流將不能維持正常的生產(chǎn)，因此需切除整個(gè)電解系列。對(duì)于晶閘管整流機(jī)組，其電流理論上雖可實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速控制，但在實(shí)際控制當(dāng)中，減負(fù)荷量超過一定值，調(diào)節(jié)速度變得非常緩慢。

3孤立電網(wǎng)的頻率控制策略研究

3.1與外網(wǎng)解列時(shí)控制策略

企業(yè)電網(wǎng)與外網(wǎng)解列機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，從圖1知，其負(fù)荷給定值即二次調(diào)頻指令是不變的，高于實(shí)際負(fù)荷，此時(shí)僅靠一次調(diào)頻指令關(guān)小汽門，不僅速度慢，而且一次調(diào)頻一般有下限，若機(jī)組甩負(fù)荷量超過一次調(diào)頻下限，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速快速飛升，直至機(jī)組保護(hù)動(dòng)作，而靠人工進(jìn)行二次調(diào)頻，速度慢且不精確。故可設(shè)置負(fù)荷跟蹤策略，當(dāng)甩負(fù)荷達(dá)到一定值Pset后，控制系統(tǒng)自動(dòng)將負(fù)荷設(shè)定值跟蹤實(shí)際負(fù)荷，加速二次調(diào)頻過程。其中設(shè)定值Pset應(yīng)為企業(yè)中所有運(yùn)行機(jī)組的一次調(diào)頻下限值之和，并考慮一定的裕度。

3.2電解鋁陽(yáng)極效應(yīng)控制策略

電解鋁陽(yáng)極效應(yīng)會(huì)使頻率發(fā)生較大的超調(diào)，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。目前，在工業(yè)控制中，比例、積分、微分(PID)控制調(diào)節(jié)器被廣泛采用，其中微分控制的特點(diǎn)是其控制作用與誤差的變化率成正比[13]。在調(diào)節(jié)過程的初始階段，由于較大慣性環(huán)節(jié)的存在，被控量一般偏離設(shè)定值不大，但是其變化速度較快，微分控制可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)較大的位移。也就是說微分作用超前于比例、積分作用，它加強(qiáng)了控制作用，限制了偏差的進(jìn)一步增大，所以微分作用可以顯著改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

從式(8)可知，在功率不平衡的初始階段頻率偏差變化率最大，基于微分環(huán)節(jié)的特殊作用，可以在調(diào)速器系統(tǒng)中增加加速度前饋環(huán)節(jié)來改善系統(tǒng)的一次調(diào)頻特性。圖2給出了增加微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)框圖。

圖2　考慮加速度前饋環(huán)節(jié)的一次調(diào)頻傳遞函數(shù)框圖Fig.2　Primary frequency block diagram of transfer function considering acceleration feedforward

從圖2可以求得傳遞函數(shù)為

(9)

式中：KD為微分環(huán)節(jié)的比例系數(shù)。

從式(9)可以看出，增加加速度前饋環(huán)節(jié)可增大a值，從而減小頻率衰減的時(shí)間常數(shù)1/a，可顯著改善頻率的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，減小最大頻率偏差。

3.3發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)控制策略

電解鋁負(fù)荷占比重，在電解鋁負(fù)荷發(fā)生故障時(shí)通常是傳統(tǒng)的切機(jī)措施，在此就不再贅述。本文主要討論孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)控策略。

電解鋁負(fù)荷顆粒度較大，為了降低其顆粒度，可以采取單個(gè)整流機(jī)組控制方式，即電流小閉環(huán)控制方式。對(duì)于電解鋁整流采用大閉環(huán)控制的方式，可在切除單個(gè)整流機(jī)組的同時(shí)解除大閉環(huán)控制方式。于是可得二極管型整流機(jī)組控制策略：

(1)獲取機(jī)組故障前的出力，得出有功不平衡量ΔPg。

(2)對(duì)于n個(gè)電解鋁系列，每個(gè)系列可切除一臺(tái)整流機(jī)組，共有2n-1種組合，搜索可行組合使切除整流機(jī)組后，功率不平衡量在(Pref1，Pref2)之間。其中，Pref1為機(jī)組的一次調(diào)頻下限，Pref2為機(jī)組的一次調(diào)頻上限。

(3)選擇有功偏差最小的組合。

(4)以上選擇若不滿足條件可切除整個(gè)電解鋁系列。

4算例分析

為了驗(yàn)證所提方法的準(zhǔn)確性，以某實(shí)際電解鋁企業(yè)電網(wǎng)為例，建立相應(yīng)的PSCAD模型。該企業(yè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3　某企業(yè)電網(wǎng)接線圖Fig.3　Diagram of certain enterprise’s power system

該企業(yè)共有4臺(tái)火電機(jī)組，其中155 MW機(jī)組3臺(tái)，350 MW機(jī)組1臺(tái)；擁有電解鋁生產(chǎn)線兩條，每個(gè)系列有4臺(tái)二極管整流機(jī)組，系列供電電流為240 kA。企業(yè)電網(wǎng)通過220 kV雙回線路與外網(wǎng)相連，正常生產(chǎn)時(shí)，2臺(tái)155 MW機(jī)組和1臺(tái)350 MW機(jī)組在運(yùn)行，其中350 MW出力為306 MW，兩臺(tái)155 MW機(jī)組各出力110 MW，向電網(wǎng)輸送70 MW負(fù)荷，電解鋁系列1、2的負(fù)荷量均為228 MW。電解鋁1、2系列在運(yùn)行當(dāng)中采用電流大閉環(huán)控制方式。

4.1企業(yè)與外網(wǎng)解列

企業(yè)與外網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線發(fā)生嚴(yán)重故障造成雙回線路跳開，甩負(fù)荷70 MW，若一次調(diào)頻下限按發(fā)電機(jī)額定容量的10%計(jì)算，考慮一定的裕度，Pset可取60 MW。由于發(fā)電機(jī)的負(fù)荷給定值遠(yuǎn)高于實(shí)際負(fù)荷，一次調(diào)頻能力又不足，因此造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速飛升。而手動(dòng)調(diào)節(jié)比較慢，可認(rèn)為解列后一段時(shí)間負(fù)荷給定值保持不變，采用自動(dòng)跟蹤實(shí)際負(fù)荷策略前后的頻率響應(yīng)曲線如圖4所示。

圖4　不同策略的頻率響應(yīng)曲線Fig.4　Frequency response curves under different measures

從圖4可知，不采用負(fù)荷跟蹤策略的頻率一直上升，導(dǎo)致頻率失穩(wěn)；采用負(fù)荷跟蹤策略的頻率變化很小，基本保持不變?？梢姲l(fā)電機(jī)負(fù)荷跟蹤策略可以快速、準(zhǔn)確地降低機(jī)組負(fù)荷，防止高頻現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2電解鋁發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)

電解鋁發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)，由于飽和電抗器的存在，一個(gè)電解鋁系列的電解槽電壓最大能上升70 V[14]，故發(fā)生效應(yīng)時(shí)一個(gè)系列最大的負(fù)荷波動(dòng)在16.8 MW?？紤]企業(yè)兩個(gè)系列電解槽同時(shí)發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)的嚴(yán)重情況，增加加速度前饋環(huán)節(jié)和不增加加速度前饋環(huán)節(jié)的頻率的變化曲線如圖5所示。

圖5　優(yōu)化前后系統(tǒng)的頻率變化曲線Fig.5　Frequency curve before and after optimization

從圖5可以看出，增加加速度前饋環(huán)節(jié)，頻率超調(diào)量明顯減小，頻率的最低值由49.41 Hz上升到49.68 Hz。按照國(guó)家規(guī)定容量小于3 000 MW的電網(wǎng)其正常運(yùn)行頻率偏差范圍為±0.5 Hz的要求，增加加速度前饋環(huán)節(jié)可以保持電解鋁在正常生產(chǎn)過程中頻率的正常，避免由于頻率異常造成設(shè)備的損壞和重大的經(jīng)濟(jì)損失。

4.3發(fā)電機(jī)組故障脫網(wǎng)

在企業(yè)孤網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生350 MW機(jī)組脫網(wǎng)故障，由于該機(jī)組容量占比超過負(fù)荷的50%，故此時(shí)只能切除電解鋁一個(gè)系類才能保持頻率的穩(wěn)定。但是在155 MW機(jī)組故障時(shí)，此時(shí)可從候選的電解鋁可切整流機(jī)組組合中，選擇兩個(gè)電解系列各切除一臺(tái)整流機(jī)組，而不是傳統(tǒng)的切除一個(gè)電解系列。155 MW機(jī)組脫網(wǎng)后不同策略的頻率響應(yīng)曲線如圖6所示。

圖6　不同控制方式下的頻率響應(yīng)曲線Fig.6　Frequency response curves under different control measures

從圖6知，傳統(tǒng)控制方式下在155 MW機(jī)組故障下直接切除一個(gè)電解系列，出現(xiàn)過切現(xiàn)象，頻率飛升至51.7 Hz，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)OPC保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)一步惡化系統(tǒng)的頻率；而采用降低電解鋁負(fù)荷顆粒度大小的控制策略，分別切除兩個(gè)系列的一臺(tái)整流機(jī)組，不僅使頻率控制在±0.5 Hz以內(nèi)，而且通過進(jìn)一步調(diào)節(jié)電解電流還可以保持兩個(gè)系列電解鋁的正常生產(chǎn)，避免因切除電解鋁負(fù)荷造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

5結(jié)論

電解鋁企業(yè)孤網(wǎng)運(yùn)行具有一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)采取積極的措施解決電解鋁孤網(wǎng)運(yùn)行難題。本文在推導(dǎo)一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式基礎(chǔ)上，針對(duì)企業(yè)在與網(wǎng)解列機(jī)組甩負(fù)荷情況，提出了自動(dòng)修改負(fù)荷定值方法；針對(duì)孤網(wǎng)中的小擾動(dòng)如電解鋁的陽(yáng)極效應(yīng)問題，提出了增加加速度前饋環(huán)節(jié)的一次調(diào)頻優(yōu)化方法；針對(duì)孤網(wǎng)中的大擾動(dòng)如發(fā)電機(jī)故障脫網(wǎng)，提出了降低電解鋁負(fù)荷顆粒度大小控制方法。本文所提方法不僅可快速恢復(fù)電解鋁孤網(wǎng)在小擾動(dòng)和大擾動(dòng)下頻率穩(wěn)定，而且也可降低電解鋁全停的風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生重大的經(jīng)濟(jì)損失。

需要說明的是，盡管降低了電解鋁的顆粒度，由于其負(fù)荷控制的離散特性，企業(yè)在運(yùn)行方式安排上應(yīng)當(dāng)主動(dòng)創(chuàng)造條件，避免過切和欠切現(xiàn)象的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉皓明,孟俠,高元,等.電解鋁整流系統(tǒng)建模與穩(wěn)流協(xié)調(diào)控制策[J].中國(guó)電力，2015,48(1):121-126.

[2] 張健銘,畢天姝,劉輝,等.孤網(wǎng)運(yùn)行與頻率穩(wěn)定研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2011,39(11):149-154.

[3] 張培高,李興源,李政.孤網(wǎng)頻率穩(wěn)定與控制策略研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012,40(15):143-149.

[4] Wu C C , Chen N.Frequency-based method for fast-response reserve dispatch in isolated power systems[J]. IEEE Proceedings-Generation, Transmission and Distribution,2004,151(1):73-77.

[5] 葉健忠,鄒俊雄,龍?chǎng)?等.地區(qū)電網(wǎng)火電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行頻率控制策略研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012,40(7):123-128．

[6] 周川梅,孫斌.貴州主網(wǎng)及地區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定措施研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2008,36(19):29-32.

[7] 王一振,馬世英,王青,等．電力系統(tǒng)孤網(wǎng)高頻問題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].電網(wǎng)技術(shù),2012,36(12):165-169.

[8] 張靜.DEH系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行控制系技術(shù)解決方案[J].熱力透平,2009,38(1):65-67.

[9] 李俊.火電廠單機(jī)帶孤網(wǎng)運(yùn)行的控制策略[J].中國(guó)電力，2008,41(11):51-54.

[10] 王玉,許和平,王懷明,等.電解鋁重載孤網(wǎng)緊急控制優(yōu)化方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,38(21):121-126．

[11] 黃佩英．大型鋁電解整流機(jī)組方案確定[J]．電氣開關(guān)，2003,41(6):16-19.

[12] 劉皓明,黃海萍,高元,等.考慮有載調(diào)壓變壓器的電解鋁穩(wěn)流控制及其能效分析[J].電力需求側(cè)管理,2013,15(3):34-37.

[13] 夏德鈐,翁貽方.自動(dòng)控制理論(第三版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[14] 張藜.鋁電解整流裝置的現(xiàn)狀及改進(jìn)[J].大功率變流技術(shù),2014，(2):41-45.

Research on Frequency Stability and Control Strategy in Electrolysis Plant Isolated Grid

QI Zhiyuan, XIAO Shiwu, LI Fei

(State Key Laboratory of Alternate Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

Abstract:Aluminum electrolysis is a high energy-consuming industry with large load particle size and anode effect in the normal production. So, the stability control of the electrolysis plant isolated grid has particularity of its own. In this paper, based on electrolysis plant independent operation, mathematical expressions of a dynamic process of primary frequency regulation are derived. And then mathematical expressions of the maximum frequency deviation, maximum rate of frequency change and static frequency deviation are obtained. For load shedding when electrolysis plant separates with external grid, the method of modifying the load setting automatically is proposed; For anode effect of aluminum electrolysis, optimization method of primary frequency regulation by adding the acceleration feedforward is put forward; For generator’s off-grid, the control method for reducing load particle size of aluminum electrolysis is presented. Finally, the validity of proposed methods is verified by the simulation of an isolated plant grid.

Key words：aluminum electrolysis; isolated power grid; primary frequency; stability control; acceleration feedforward

作者簡(jiǎn)介：祁志遠(yuǎn)(1989-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行分析與控制；肖仕武(1974-)，男，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行分析與控制，電力系統(tǒng)故障分析與繼電保護(hù)；李飛(1991-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行分析與控制。

中圖分類號(hào)：TM721

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-2691(2016)01-0027-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2012CB215200).

收稿日期：2015-07-07.

doi:10.3969/j.ISSN.1007-2691.2016.01.05