華東抽水蓄能電站側緊急支援系統(tǒng)的實施和應用

項 捷，高伏英，周 毅，秦 俊

（1.原上海市電力公司電力科學研究院，上海市 200090；2. 國家電網(wǎng)華東電力調(diào)控分中心，上海市200120；3.國網(wǎng)新源控股有限公司技術中心，北京市 100161）

華東抽水蓄能電站側緊急支援系統(tǒng)的實施和應用

項 捷1，高伏英2，周 毅2，秦 俊3

（1.原上海市電力公司電力科學研究院，上海市 200090；2. 國家電網(wǎng)華東電力調(diào)控分中心，上海市200120；3.國網(wǎng)新源控股有限公司技術中心，北京市 100161）

本文簡單說明了以抽水蓄能電站側負荷成組控制為基礎的緊急支援系統(tǒng)基本設計思路、抽水蓄能電站在華東電網(wǎng)頻率控制體系中的作用以及抽水蓄能電站負荷成組控制的方式，并重點講述了電站緊急支援功能及故障安全設計。

抽水蓄能負荷成組控制；緊急支援；電網(wǎng)故障頻率恢復系統(tǒng)；故障安全

0 引言

華東電網(wǎng)是國內(nèi)輸送電量最大的電網(wǎng)，電網(wǎng)電源以火電為主，隨著國家節(jié)能減排政策的落實，域外大容量、遠距離、特高壓輸送大功率電源改變?nèi)A東電網(wǎng)的電源結構。

清潔能源是國家可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，作為承擔著長三角經(jīng)濟發(fā)展最快、經(jīng)濟總量規(guī)模最大、最活躍地區(qū)電力調(diào)控的華東電網(wǎng)，區(qū)域性停電將嚴重影響經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和民眾安全。電網(wǎng)在采用遠方大容量清潔能源支撐經(jīng)濟發(fā)展、緩解環(huán)境壓力的同時，還承擔著保證電力可靠供應和電網(wǎng)安全運行重責。

抽水蓄能集發(fā)電和負荷特性于一身，其機組快速啟停特點和多工況運行方式，賦予電網(wǎng)有功、無功雙向調(diào)控能力。利用抽水蓄能的特點，研究和制定相應策略，與電網(wǎng)協(xié)同解決承載大規(guī)模清潔能源的安全運行難題。

1 基本思路

以抽水蓄能負荷成組控制為基礎，以緊急事故支援附加值為故障頻率恢復的快速調(diào)控手段，綜合利用火電和抽水蓄能兩種不同能源的調(diào)節(jié)特性，研究開發(fā)電網(wǎng)智能控制策略，動態(tài)地對電網(wǎng)大功率缺失進行調(diào)控，確保電網(wǎng)故障恢復過程的平穩(wěn)和安全。

2 電站在華東電網(wǎng)頻率控制體系中的作用

正常方式下，電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)分一次調(diào)頻和二次調(diào)頻兩種，一次調(diào)頻是并網(wǎng)機組調(diào)速器對頻率變化自主調(diào)節(jié)控制，二次調(diào)頻是電網(wǎng)利用AGC指令對機組調(diào)節(jié)控制，恢復電網(wǎng)頻率的偏移。

一次調(diào)頻和二次調(diào)頻對電網(wǎng)頻率控制是協(xié)調(diào)互補的關系。由于一次調(diào)頻響應是調(diào)速器對頻率的單方向、直接的響應，調(diào)節(jié)是快速、開環(huán)有差的。而二次調(diào)頻是電網(wǎng)和并網(wǎng)機組共同承擔的，通過比較頻率和用電負荷，采用頻率閉環(huán)控制手段，實時計算調(diào)節(jié)機組負荷目標，因此調(diào)節(jié)相對緩慢。

圖1 抽水蓄能電站一次調(diào)頻和二次調(diào)頻示意圖

華東網(wǎng)源協(xié)調(diào)頻率控制機理是：在頻率發(fā)生大偏差的初始階段，一次調(diào)頻作為電網(wǎng)調(diào)頻的前饋迅速發(fā)揮作用，緩解頻率偏差?？紤]到火電和水電一次調(diào)頻頻率調(diào)節(jié)持續(xù)性上的差別，電網(wǎng)對一次調(diào)頻采用差異化控制，即：

（1）當頻率波動范圍超過0.033Hz，啟動并網(wǎng)火電機組一次調(diào)頻，調(diào)節(jié)范圍是機組額定容量的6%。

（2）當頻率波動范圍超過0.05Hz，除了火電外，啟動并網(wǎng)發(fā)電的水電和抽水機組一次調(diào)頻，調(diào)節(jié)范圍是機組額定容量的10%。

鑒于電網(wǎng)AGC僅控制機組發(fā)電，而抽水蓄能機組兼具發(fā)電和抽水特性，設計為日調(diào)節(jié)電站。目前，華東電網(wǎng)抽水蓄能電站一般不參與由電網(wǎng)側AGC系統(tǒng)直接下發(fā)AGC指令而進行負荷控制的模式，而是采用電站以成組控制模式運行，且按電網(wǎng)側下發(fā)的96點電站負荷計劃曲線進行控制調(diào)節(jié)模式參與電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷。

電站一次調(diào)頻與二次調(diào)頻的關系可見圖1。

3 電站負荷成組控制

一般意義上，抽水蓄能聯(lián)合控制是指以電站為基礎的負荷和電壓協(xié)同控制，負荷成組控制則是電站聯(lián)合控制的一個子系統(tǒng)，其將電站所有機組（如單機容量300MW）組合成一個被控單元（如4×300MW=1200MW）進行負荷調(diào)節(jié)和控制，不過與大容量發(fā)電機組連續(xù)調(diào)節(jié)不同的是，發(fā)電工況時該被控對象在涉及機組啟停時的調(diào)節(jié)是斷續(xù)的；而電動工況時，電站轉變成一個大用電負荷，該負荷是無法調(diào)節(jié)的，只能按機組電動容量逐個投入或切除。

負荷成組控制是電站負荷“自動”控制方式，其要求被控機組處在“成組”模式，成組控制按機組模式來動態(tài)計算電站成組的可控范圍和調(diào)節(jié)容量，自動實現(xiàn)機組啟?？刂坪拓摵烧{(diào)節(jié)。當機組因故障跳閘時，該機組控制模式將自動切換到“單機”模式。

電站負荷成組控制方式有：

（1）實時控制。分指令控制和AGC控制，指令控制即可應用于發(fā)電也可應用于抽水；而AGC控制僅局限于電站操作權限設置在“電網(wǎng)”側且發(fā)電工況有效狀況。

（2）計劃曲線控制。按照調(diào)度下發(fā)的日96點（15min/點）發(fā)電、電動負荷計劃進行控制，調(diào)度可根據(jù)電網(wǎng)運行情況，提前45min對未來計劃曲線進行修改和下載更新的曲線。

4 電站緊急支援控制

華東抽水蓄能電站緊急支援是新研究開發(fā)的華東電網(wǎng)故障頻率恢復體系中電站側控制部分。緊急事故支援功能的設計是在原有電站成組控制計劃曲線功能模塊基礎上，采用電站按總計劃負荷指令疊加緊急支援附加值，并直接啟停機組方式來實現(xiàn)的?；緲嫾芸梢妶D2。

圖2 電站緊急支援框架示意圖

鑒于電網(wǎng)故障發(fā)生的隨機性，電站緊急支援的啟動必須考慮電站可能運行的各種工況（停機、發(fā)電、調(diào)相、抽水）、機組運行的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程，以及與電網(wǎng)信息交互的安全性、可靠性和實時性。

電站緊急支援功能設計的關鍵是電站當前和下一時刻可調(diào)容量的確定。作為電站與調(diào)度側故障頻率恢復控制系統(tǒng)之間交互的關鍵參數(shù)，上傳到調(diào)度側的電站可調(diào)容量（正整數(shù)）實時地反映了電站當前的工況、運行狀態(tài)及當前和下一時刻點電站可支援的容量，是電網(wǎng)故障頻率恢復系統(tǒng)啟動抽水蓄能遠方緊急支援附加值計算分配以及電網(wǎng)故障頻率系統(tǒng)恢復退出后調(diào)控的依據(jù)。

電站可調(diào)容量的計算原則如下：

（1）發(fā)電工況（當前）為成組運行機組旋轉備用及成組停機機組容量總和。

（2）發(fā)電工況（下一時刻）為電站總成組容量與下一時刻負荷計劃的差值。

（3）電動工況（當前）為成組運行機組電動容量。

（4）電動工況（下一時刻）為下一時刻負荷計劃的電動容量。

（5）調(diào)相工況（當前）為零。

（6）調(diào)相工況（下一時刻）為下一時刻負荷計劃的電動容量（若負荷計劃要求轉抽水）。

一旦電網(wǎng)故障頻率恢復系統(tǒng)啟動，電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)根據(jù)抽水蓄能電站當前可調(diào)容量計算和分配疊加的緊急支援附加值（正整數(shù)），要求電站緊急支援系統(tǒng)按下列原則控制：

（1）停機工況，即刻觸發(fā)機組發(fā)電流程，啟動機組到發(fā)電工況。

（2）發(fā)電工況，即刻調(diào)用現(xiàn)有的旋轉備用，同時觸發(fā)成組停機機組的發(fā)電流程。

（3）電動工況，即刻觸發(fā)水泵停機流程，釋放相應的有功功率。

（4）調(diào)相工況，即刻閉鎖下一個計劃曲線點調(diào)相轉抽水的流程。

根據(jù)事先約定，電網(wǎng)故障頻率恢復系統(tǒng)在第二個計劃周期啟動自動退出控制，緊急支援附加值根據(jù)電站當時工況，以不同的線性遞減方式，逐步將附加值降至零，使電站在一定的時間內(nèi)恢復到預定的計劃曲線控制方式。

5 故障安全設計

由于華東電網(wǎng)故障頻率恢復系統(tǒng)分跨電網(wǎng)和電站兩個不同的控制系統(tǒng)，因此系統(tǒng)設計的安全性尤為重要。按照故障安全的要求，電網(wǎng)和電站兩側自身的安全監(jiān)測和故障處理分別由各自系統(tǒng)模塊承擔。

對電站而言，一旦監(jiān)測到自身系統(tǒng)、設備以及與電網(wǎng)調(diào)度間的通信故障，將自動終止緊急支援功能，保持先前運行狀態(tài)并自動切換到電站手動控制方式，同時向上層發(fā)送故障告警信息。而電站或機組安全運行限制、指令超限等應在電站負荷成組控制中實施，并通過上傳電站當前可調(diào)容量來限制電網(wǎng)的調(diào)節(jié)范圍。

6 結束語

華東電網(wǎng)故障頻率恢復系統(tǒng)在經(jīng)歷了電站側功能測試、故障安全測試、電網(wǎng)和單個電站的聯(lián)合功能測試、電網(wǎng)和多個電站的聯(lián)合測試及試運行后，已經(jīng)在2015年迎峰度夏前正式投入運行。

該系統(tǒng)啟動門檻是電網(wǎng)頻率低于49.80Hz，10s內(nèi)未恢復至49.90Hz以內(nèi)，損失功率大于等于（4830MW+300MW）?？梢灶A見，作為電網(wǎng)事故頻率調(diào)節(jié)手段之一的抽水蓄能，必將會在電網(wǎng)未來應對外來直流大功率缺失中發(fā)揮重要的作用。

[1]汪德星，楊立兵.自動發(fā)電控制（AGC）技術在華東電力系統(tǒng)中的應用.華東電力，2005.

[2]游光華，鄧磊.抽水蓄能機組在電網(wǎng)調(diào)頻中的實踐研究.水電自動化與大壩監(jiān)測，2014.

[3]周毅.華東電網(wǎng)動態(tài)區(qū)域控制誤差應用分析.電力系統(tǒng)自動化，34（8）：106-110.

項 捷（1957—），女，高級工程師，主要研究方向：電網(wǎng)及電站自動化。E-mail：xiangjiesh@126.com

高伏英（1966—），女，高級工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化運行和管理工作。E-mail：13386056537@163.com

周 毅（1982—），男，高級工程師，主要研究方向：電網(wǎng)調(diào)度運行管理。E-mail：joryie@163.com

秦 ?。?977—），男，高級工程師，主要研究方向：電站自動化。E-mail：dsy_qinj@163.com

The Implementation and Application of the Emergency Power Support Control of East China Pumped Storage Power Station

XIANG Jie1，GAO Fuying2，ZHOU Yi2，QIN Jun3
（1.The Electric Science and Research Institute of Shanghai Electric Power Company，Shanghai 200090，China；2.State Grid East China Electric Power Dispatch center，Shanghai 200120，China；3.Technology Center state grid Xinyuan Company Ltd.，Beijing 100161，China）

This paper briefly describes the basic design idea of emergency power support control on the pumped storage power station load group control system，the way of load group control and the role played in frequency control system of East China power grid，also introduced the function of emergency power support control and system fault secure.

load group control；emergency power support control；frequency recovery system during grid；fault secure