淺析抽水蓄能電站對CPS指標的影響及措施

摘要：針對大型抽水蓄能電站機組并網(wǎng)造成省際聯(lián)絡線功率波動并影響CPS考核指標的問題，文章根據(jù)半嶺抽水蓄能電站機組特性的數(shù)據(jù)，分析了大容量抽水蓄能電站機組開停機對聯(lián)絡線功率及CPS指標的影響，采用多種策略改善大容量抽水蓄能機組開停機對聯(lián)絡線功率及CPS考核指標的影響，指出應對抽水蓄能機組負荷特性、調(diào)度策略及運行經(jīng)驗等進行研究。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；機組特性；CPS指標；機組并網(wǎng)；功率波動 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV743 文章編號：1009-2374（2016）28-0122-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.061

1 概述

隨著我國新能源發(fā)電應用技術(shù)的發(fā)展，如光伏、風電、核電等新型綠色能源在全國裝機容量所占的比重越來越大，為保證電網(wǎng)穩(wěn)定安全經(jīng)濟運行，抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中所扮演的調(diào)峰填谷、快速調(diào)頻調(diào)相、事故緊急備用等角色作用越來越突出，投入運行的抽水蓄能電站的數(shù)目在不斷增長，同時機組容量也做得越來越大。抽水蓄能電站既可以作為發(fā)電廠，又可以作為用戶，具有其他電廠無法比擬的顯著的調(diào)峰填谷功能，同時其機組啟停快速，可以根據(jù)電網(wǎng)負荷的急劇變化做出快速的反應，所以研究抽水蓄能電站對電力系統(tǒng)的影響及提高電網(wǎng)的抗干擾能力，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行等具有重要的意義。

半嶺抽水蓄能電站位于福建省莆田市下轄的仙游市境內(nèi)，安裝4臺300MW可逆式抽水蓄能機組，總裝機容量1200MW，通過500kV嶺大Ⅰ/Ⅱ路接500kV大圓變。半嶺抽水蓄能電站投入運行以后，在福建電網(wǎng)乃至華東電網(wǎng)發(fā)揮著調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用的積極作用，對整個華東電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟具有十分重要的作用。但由于其單機容量較大，機組開停機對電網(wǎng)負荷影響化較劇烈，給華東電網(wǎng)與福建電網(wǎng)間聯(lián)絡線的調(diào)整與控制造成了一定的影響。目前福建電網(wǎng)與華東電網(wǎng)的聯(lián)絡線功率按區(qū)域控制偏差ACE是否滿足控制性能標準進行控制和考核，即CPS標準進行考核，所以研究半嶺抽水蓄能電站開停機對福建電網(wǎng)負荷和省際聯(lián)絡線功率的影響，制定應對措施，對于提高聯(lián)絡線功率控制水平，控制CPS指標具有重要的意義。

2 抽水蓄能機組負荷特性分析

半嶺抽水蓄能電站共4臺機組，單機發(fā)電出力為300MW，抽水出力為-320MW，機組在發(fā)電時0～120MW為振動區(qū)。當振動區(qū)間為120MW時，機組抽水和發(fā)電下的機組特性如下：

第一，停機時發(fā)抽水令：停機→（經(jīng)過約6分30秒）抽水調(diào)相穩(wěn)態(tài)（出力-5MW）→（經(jīng)過約50秒）二級濺水功率（出力-50MW，停留約1分鐘）→（經(jīng)過16秒左右）抽水穩(wěn)態(tài)（出力-320MW）。

第二，抽水調(diào)相時發(fā)抽水令：抽水調(diào)相工況（出力-5MW）→（經(jīng)過約50秒）二級濺水功率（出力

-50MW，停留約1分鐘）→（經(jīng)過16秒左右）抽水穩(wěn)態(tài)（出力-320MW）。

第三，抽水時發(fā)停機令：抽水穩(wěn)態(tài)→（經(jīng)過約14秒）停機。

第四，停機時發(fā)發(fā)電令：停機→（經(jīng)過約3分鐘）發(fā)電穩(wěn)態(tài)（出力150MW）

第五，發(fā)電時發(fā)停機令：發(fā)電穩(wěn)態(tài)（出力150MW）→（經(jīng)過約28秒）停機。

通過機組特性分析，我們可以知道抽水蓄能機組單機容量大，且出力調(diào)節(jié)有死區(qū)，發(fā)電抽水均無法達到全調(diào)節(jié)。并網(wǎng)發(fā)電時機組出力增加快速，機組的調(diào)節(jié)范圍是150～300MW。抽水運行時，機組出力經(jīng)14秒即可達到滿出力-320MW。因此抽水蓄能單臺機組并網(wǎng)發(fā)電或抽水時相當于瞬間150MW或300MW左右的負荷波動，對電力系統(tǒng)發(fā)供電功率平衡產(chǎn)生較大影響，從而造成福建電網(wǎng)與華東電網(wǎng)的省際聯(lián)絡線功率的較為激烈的波動，對省際聯(lián)絡線的CPS考核指標產(chǎn)生影響。抽水蓄能電站單機并網(wǎng)抽水的出力閥值為-320MW，高于發(fā)電時的出力閾值150MW，故機組在并網(wǎng)抽水時對福建電網(wǎng)省際聯(lián)絡線功率控制影響最大。

3 抽水蓄能機組開機情況分析及策略

第一，當全省電網(wǎng)負荷較低的冬春季節(jié)，為了保證電網(wǎng)在夜間低谷時段有足夠的負備用，需要半嶺抽水蓄能電站開機抽水，此時因枯水季節(jié)水電機組無水發(fā)電，水電機組處于停機，而大部分火電機組出力已降至最低出力，系統(tǒng)已基本無負備用，全網(wǎng)機組未投入AGC功能。若半嶺抽水蓄能電站機組開機抽水，機組從-50～

-320MW只需16秒左右，速率非常快，此時沒有足夠的火電機組及水電機組共同參加調(diào)整，將造成區(qū)域控制偏差ACE長時間超出正常范圍，從而使得考核區(qū)間內(nèi)的CPS指標不合格。

抽水工況策略：根據(jù)前10分鐘頻率平均值判斷系統(tǒng)頻率情況1663263.png以及聯(lián)絡線功率偏差值△P，當1663270.png>0且△P>0時，則允許機組開機抽水，機組先開機至抽水調(diào)相穩(wěn)態(tài)，并提高火電機組出力使聯(lián)絡線功率△P約100MW，并在一個考核區(qū)間開始統(tǒng)計時下令抽水蓄能電站從抽水調(diào)相調(diào)至抽水穩(wěn)態(tài)-320MW，在后續(xù)的考核區(qū)間內(nèi)通過調(diào)整火電機組出力，保證在一個考核區(qū)間（10分鐘）內(nèi)CPS指標合格。

第二，當全省電網(wǎng)負荷處于高峰的夏秋季節(jié)時，白天或晚間負荷高峰時，需半嶺抽水蓄能電站開機發(fā)電頂峰，此時應在后半夜將半嶺抽水蓄能電站開機抽水，以保證上庫水位及下庫水位滿足高峰時抽水蓄能電站開機發(fā)電的庫容要求。此時全省電網(wǎng)的水電機組、火電機組上下備用足夠，機組可以投AGC進行機組出力自動調(diào)節(jié)。

抽水工況策略1：開機抽水時，可以將機組開機至抽水調(diào)相穩(wěn)態(tài)，此時機組從抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水工況時出力從-50～-320MW或抽水工況轉(zhuǎn)停機時出力從-320～0MW只需16秒左右，速率非?？?，需大火電機組及水電機組共同參與調(diào)整，共同分擔抽水蓄能機組造成的區(qū)域控制偏差（ACE）在正常范圍內(nèi)，即抽水蓄能機組開停機時需通過AGC（或其他通道）直降或直升參與調(diào)節(jié)的機組出力。

抽蓄開停機時應多投火電機組AGC，以便更快地響應AGC指令（可以手動更改AGC調(diào)節(jié)模式為“只降不升”或“只升不降”），水電機組應提前留出備用進行對沖，將水電機組短時轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)運行或降低水電機組出力至最低出力，應盡量控制ACE 10分鐘平均值控制在0左右，減少電量考核。

抽水工況策略2：根據(jù)前10分鐘頻率平均值判斷系統(tǒng)頻率情況1663277.png（高周或低周）以及聯(lián)絡線功率偏差值△P，以此判斷抽水蓄能機組開機是否有利于CPS指標，若有利于CPS指標則允許其開機，否則閉鎖其開機直至條件允許。當1663284.png>0且△P>0時允許抽水，當1663292.png<0且△P<0時允許停機。此時參照抽水工況策略1的要求，多投火電機組AGC功能或水電機組提前留出備用進行對沖。

發(fā)電工況策略3：因抽水蓄能機組并網(wǎng)發(fā)電的出力閾值為150MW，故其發(fā)電工況下開停機對電網(wǎng)的影響較小，調(diào)度員可以合理安排好半嶺抽水蓄能電站的開停機計劃，充分利用自然負荷的快速增長或快速降低，來減少機組并網(wǎng)發(fā)電或停機對CPS指標的影響，并在一個考核區(qū)間開始統(tǒng)計時提前5分鐘下令抽水蓄能電站機組轉(zhuǎn)發(fā)電工況，以便在后續(xù)的考核區(qū)間內(nèi)通過調(diào)整火電及水電機組出力，保證在一個考核區(qū)間內(nèi)CPS指標合格。機組發(fā)電工況轉(zhuǎn)停機時，可以將水電機組提前留出備用進行對沖。

第三，其他影響因素。雖然調(diào)度員合理安排好抽水蓄能電站的開停機時間，但機組開機仍然存在不確定性，機組狀態(tài)轉(zhuǎn)換不及時，并網(wǎng)有一定延時的情況，這就增加省際聯(lián)絡線功率的調(diào)整控制的不確定。如：省調(diào)在0時47分時下令抽水蓄能#1機組由停機轉(zhuǎn)抽水工況，為保證機組并網(wǎng)后全省的發(fā)供電功率平衡，省調(diào)事先令火水電廠增加機組出力。如果機組能夠按照機組特性的時間及時完成并網(wǎng)抽水，則此考核區(qū)間內(nèi)與下一個考核區(qū)間內(nèi)能夠保證CPS考核指標的合格。由于機組并網(wǎng)的不確定性，導致#1機組實際并網(wǎng)時間延遲到0時56分才并網(wǎng)抽水，這就導致#1機組并網(wǎng)所在考核區(qū)間內(nèi)CPS考核指標無法調(diào)整至合格范圍。

發(fā)電工況時，機組升降速率：#1、#2、#3機為5MW/秒，#4機為3MW/秒。出力調(diào)整有兩種模式：單步調(diào)整（步長為5MW）和PID調(diào)節(jié)。半嶺抽水蓄能機組發(fā)電工況0～120MW為振動區(qū)，無法短時停留。120～300MW區(qū)間出力調(diào)整正常用PID調(diào)節(jié)，但半嶺抽蓄電廠PID調(diào)節(jié)時每次調(diào)整出力達50MW或更多（正常水電站調(diào)整出力一般為20MW左右），嚴重影響調(diào)度CPS指標。暴露出半嶺電廠對電網(wǎng)了解不足，機組出力調(diào)整過快，對福建電網(wǎng)嚴重不利，若福建電網(wǎng)孤立網(wǎng)運行，后果更加嚴重。

4 結(jié)語

第一，大型抽水蓄能電站開停機對電網(wǎng)CPS指標的影響主要體現(xiàn)在機組抽水工況、發(fā)電工況、停機工況等各個運行工況的轉(zhuǎn)換過程。對電網(wǎng)CPS指標影響隨著運行人員經(jīng)驗的豐富、相關(guān)策略的應用，其對電網(wǎng)的影響的總體趨勢在不斷減小，有時對電網(wǎng)CPS的影響還是比較大，這需要調(diào)度運行等相關(guān)部門共同努力，制定有效的應對措施，優(yōu)化完善相應的策略，將影響減少到最小。

第二，加強對抽水蓄能機組的技術(shù)研發(fā)和機組制造技術(shù)攻關(guān)，進一步降低發(fā)電、抽水運行時的出力閥值，降低機組調(diào)節(jié)死區(qū)，優(yōu)化機組參數(shù)，根據(jù)電網(wǎng)的負荷波動的實際情況，完善機組PID調(diào)節(jié)能力和AGC調(diào)節(jié)特性，減少其機組開停機及出力調(diào)節(jié)對電網(wǎng)的負荷的劇烈影響。

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作者簡介：黃德樂，男，供職于福建省電力有限公司廈門供電公司，電氣工程碩士，研究方向：變電運行、調(diào)度運行等。

（責任編輯：小 燕）