建立抽水蓄能電站應(yīng)急響應(yīng)模式的設(shè)想

周 坤，程 鵬

（山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000）

0 引言

目前，國家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，抽水蓄能電站如何為建設(shè)堅強智能電網(wǎng)發(fā)揮作用，是擺在我們面前的一個重要課題。抽水蓄能電站機組啟動速度快，運行方式多樣靈活，自動化程度可達100%，尤其是其全站聯(lián)合負荷控制方式的應(yīng)用可進一步提高抽水蓄能電站對電網(wǎng)的應(yīng)急響應(yīng)速度。目前，抽水蓄能電站的運行主要還是采用人工調(diào)度或電網(wǎng)調(diào)度員直接操控抽水蓄能電站機組的方式，這種方式無疑降低了抽水蓄能電站的應(yīng)急響應(yīng)速度。如果結(jié)合電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的應(yīng)用，利用其控制策略，直接將電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的動作指令下發(fā)到抽水蓄能電站，抽水蓄能電站在全站聯(lián)合負荷控制方式下根據(jù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的指令實現(xiàn)自動啟動機組發(fā)電運行或進行機組抽水工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況運行，這將最大限度地發(fā)揮抽水蓄能電站對電網(wǎng)事故的應(yīng)急響應(yīng)能力。

1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主要用于電網(wǎng)多個廠站的系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定控制，滿足一個區(qū)域電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的需要。

根據(jù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的需要，電網(wǎng)運行方式人員通過大量的離線分析計算，總結(jié)出系統(tǒng)穩(wěn)定的控制策略表，將該表置于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)通過對電網(wǎng)數(shù)據(jù)實時采集和分析，如果判斷電網(wǎng)的運行工況符合某一項控制策略條件，則該系統(tǒng)將按照控制策略表的控制要求向電網(wǎng)發(fā)出控制指令。以某抽水蓄能電站參與控制的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)為例，其功能原理見圖1。

圖1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)功能原理圖

2 抽水蓄能電站全廠聯(lián)合負荷控制系統(tǒng)

目前的抽水蓄能電站一般都具備全廠聯(lián)合負荷控制（Joint Control，以下簡稱JC）功能，就是把整個抽水蓄能電站當(dāng)成一臺機組來控制。

當(dāng)抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)的JC功能投入并接到全廠負荷設(shè)定值時，JC控制程序會將設(shè)定為JC模式的抽水蓄能機組（檢修或有缺陷的機組不會被設(shè)定為JC模式）按照預(yù)設(shè)定的機組優(yōu)先級計算并合理地分配負荷，然后下達指令啟動相關(guān)機組。 此時，被啟動機組同時按照機組啟動程序開始啟動，水輪機調(diào)速器會控制頻率直到機組并網(wǎng)，并網(wǎng)后機組調(diào)速器轉(zhuǎn)到負荷控制方式，并調(diào)節(jié)機組負荷至JC程序分配的目標(biāo)負荷。

機組啟動優(yōu)先級的設(shè)定，是指電站監(jiān)控系統(tǒng)在接收到全廠總負荷設(shè)定值之前，JC程序會計算目前電站各個機組的運行狀態(tài)和可用功率，然后對所有投入JC的機組的啟動順序按照最經(jīng)濟的方案進行排序，下一步機組的啟動將按照這種排序進行。

當(dāng)其中某臺機組因異常情況不能響應(yīng)控制指令時 （如輔機啟動失敗，導(dǎo)致機組不能啟動），JC程序會自動地將控制指令轉(zhuǎn)移給優(yōu)先級次之的其它機組。

機組在JC模式下運行時，JC程序會不斷地計算全廠負荷設(shè)定值和實際負荷的差值，這樣就會根據(jù)全廠負荷設(shè)定值的變化調(diào)整機組負荷或啟停機組。

機組在抽水工況運行時，如果電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況，JC程序也可根據(jù)調(diào)度指令控制機組由抽水工況轉(zhuǎn)到發(fā)電工況運行，最大限度地保證電網(wǎng)的安全。比如，某抽水蓄能電站全部4臺機組在抽水運行，此時電網(wǎng)遇到緊急情況，電網(wǎng)調(diào)度員發(fā)出指令 “緊急切除所有機組抽水，并轉(zhuǎn)發(fā)電負荷400MW”，電站操作員將電站控制模式設(shè)為JC模式，并設(shè)定全廠負荷“+400MW”，控制系統(tǒng)會瞬間完成所有抽水機組解列，同時啟動兩臺機組轉(zhuǎn)發(fā)電工況，負荷各自分配為“+200MW”，另外兩臺機組進入停機備用狀態(tài)。

另外，抽水蓄能電站AGC功能即包括單機AGC功能，也包括JC模式下的全廠AGC功能。如果電站JC功能退出，投入單機AGC，則該機組根據(jù)電網(wǎng)AGC負荷指令運行；當(dāng)抽水蓄能機組投入JC控制模式時，AGC指令是針對整個電站而不是某一臺機組，這時再投入AGC，所有投入JC控制模式的抽水蓄能機組將根據(jù)EMS下發(fā)的全廠AGC指令，按照最優(yōu)經(jīng)濟分配負荷的策略，自動啟動相應(yīng)臺數(shù)的機組或調(diào)整全廠負荷；這種控制還能降低每臺機組調(diào)節(jié)的頻繁程度，進一步提高負荷分配的經(jīng)濟性。

3 基于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)和電站聯(lián)合負荷控制系統(tǒng)下的抽水蓄能電站應(yīng)急響應(yīng)控制模式

3.1 控制模型的建立

如果將電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、抽水蓄能電站全廠聯(lián)合負荷控制系統(tǒng)以及全廠AGC功能結(jié)合到一起，將實現(xiàn)“基于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)和電站聯(lián)合負荷控制系統(tǒng)下的抽水蓄能電站應(yīng)急響應(yīng)控制模式”。這種模式下，電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)將控制指令自動下達給抽水蓄能電站，在JC模式下，抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)接到這個指令后會自動啟停機組或調(diào)整機組負荷來響應(yīng)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的指令，整個響應(yīng)過程都是自動完成的，可實現(xiàn)抽水蓄能電站最快速的事故應(yīng)急響應(yīng)。其次，抽水蓄能電站機組在完成應(yīng)急響應(yīng)動作后，還可以根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求再投入全廠AGC功能，實現(xiàn)全廠負荷調(diào)整自動跟蹤整個電網(wǎng)的需要。

建立一個簡單的系統(tǒng)構(gòu)成模型，如圖2所示。

圖2 抽水蓄能電站應(yīng)急響應(yīng)控制模型

3.2 應(yīng)急響應(yīng)控制系統(tǒng)的運行方式

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)始終投入運行，其指令處于最優(yōu)先控制級別；一般情況下，JC功能應(yīng)投入，抽水蓄能電站的AGC功能則根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的指令投入或退出。

在電網(wǎng)遇到緊急情況時，電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)動作，發(fā)出指令，抽水蓄能機組按照電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制指令，在JC模式下自動啟動發(fā)電或切除抽水機組運行 （不考慮安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)發(fā)出緊急抽水指令），直到電站運行狀態(tài)符合安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)發(fā)出的指令后，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)指令信號消失，但抽水蓄能電站仍保持前面的運行狀態(tài)不變。

此時根據(jù)電網(wǎng)運行需要，可按照調(diào)度員的指令投入全廠AGC，抽水蓄能機組將按照AGC指令運行；如果此時電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令，則該指令優(yōu)先于AGC指令，抽水蓄能電站將按照電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)指令運行。

只有在電網(wǎng)調(diào)度要求機組按照調(diào)度員指令進行控制時，JC功能才允許退出，在JC功能退出的情況下，電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)將不起作用。

3.3 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)對抽水蓄能電站的控制策略

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)對抽水蓄能電站的控制策略主要有以下幾個方面，以裝機4臺300MW機組的抽水蓄能電站為例。

機組由抽水工況轉(zhuǎn)換為部分或全部機組停機備用工況（-300～-1 200MW 轉(zhuǎn)-900～0MW），如“低頻減載”。

機組由停機備用工況轉(zhuǎn)換為部分或全部機組發(fā)電工況，或者是有部分機組在發(fā)電，但需要增加機組進行發(fā)電（0～900MW 轉(zhuǎn) 300～1 200MW），俗稱“緊急頂出力”。

部分或全部機組由抽水工況轉(zhuǎn)換為部分或全部機組發(fā)電工況（-300～-1200MW 轉(zhuǎn) 300～1200MW）。這種情況就比較復(fù)雜了，如果負荷變化差小于1 200MW，則不需要工況轉(zhuǎn)換，解列抽水機組運行的同時，啟動另外機組發(fā)電即可；如果負荷變化的差值大于1 200MW，則必然有某臺或全部機組由抽水工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況。最嚴(yán)重的工況就是4臺機組全部由抽水工況轉(zhuǎn)為發(fā)電工況。

3.4 應(yīng)急響應(yīng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點

從以上分析可以看出，上述控制方式的最大優(yōu)點是應(yīng)急響應(yīng)過程全部自動完成。加上抽水蓄能電站機組啟動速度快，一般從靜止到發(fā)電只需要2Min，從抽水工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況也只需要7～8Min。另外，聯(lián)合負荷控制下，全廠機組的控制就象控制一臺機組，要比一臺一臺的人工控制減少操作時間。拿最嚴(yán)重的4臺機組由抽水工況轉(zhuǎn)為4臺機組發(fā)電工況而言，這種模式完成目標(biāo)負荷的時間，比人工操作要少10Min左右，可以想象，電網(wǎng)如果出現(xiàn)這種情況，10Min是非常重要的。

4 結(jié)語

無論是電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，還是抽水蓄能電站全廠聯(lián)合負荷控制系統(tǒng)，在技術(shù)上都是成熟的，在許多電網(wǎng)都得到應(yīng)用?；谏鲜鰞蓚€系統(tǒng)的抽水蓄能電站應(yīng)急響應(yīng)控制模式的設(shè)想如果得到實現(xiàn)，無疑將最大限度地發(fā)揮抽水蓄能電站對電網(wǎng)事故的應(yīng)急響應(yīng)能力，對提高電網(wǎng)的智能化水平和可靠性發(fā)揮極大的作用。