溧陽(yáng)抽水蓄能電站負(fù)荷成組及緊急支援控制

呂 斌，貢晨暉，吳 浩，陸 翔

(江蘇國(guó)信溧陽(yáng)抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇溧陽(yáng)213334)

0 引 言

目前，特高壓交直流混合輸電的形勢(shì)使華東電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及緊急事故處理面臨更新、更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在大功率交直流輸電線路發(fā)生功率缺額等緊急事故的情況下，由抽水蓄能電站提供遠(yuǎn)方緊急支援是調(diào)度端必要的技術(shù)手段之一。抽水蓄能電站具有多種運(yùn)行模式，可在負(fù)荷高峰時(shí)段向電網(wǎng)提供電能，從開(kāi)機(jī)至額定出力一般只需要3～4 min，額定出力至停機(jī)也僅需7～8 min；還可以在負(fù)荷低谷時(shí)段啟動(dòng)水泵把下游水庫(kù)的水抽回上游水庫(kù)，將水能儲(chǔ)蓄備用。其負(fù)荷快速反應(yīng)跟蹤能力、頻繁工況轉(zhuǎn)換適應(yīng)能力使其具備調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等多種功能[1]。溧陽(yáng)抽水蓄能電站(以下簡(jiǎn)稱“溧陽(yáng)電站”)身處華東電網(wǎng)負(fù)荷中心，距上海305 km，共裝有6臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的可逆式水泵水輪-發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 500 MW，擔(dān)負(fù)華東電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。溧陽(yáng)電站于2018年2月正式投入負(fù)荷成組控制系統(tǒng)，于2018年5月底完成了緊急支援控制系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了在電網(wǎng)故障情況下具有緊急支援的作用。

1 負(fù)荷成組功能與控制要求

1.1 功能

負(fù)荷成組控制系統(tǒng)是以電站為一調(diào)控單元，根據(jù)電站總負(fù)荷指令，自行計(jì)算分配機(jī)組負(fù)荷、自動(dòng)進(jìn)行機(jī)組啟停控制，滿足電網(wǎng)對(duì)電站負(fù)荷需求。負(fù)荷成組的實(shí)現(xiàn)基于南瑞NC3.0系統(tǒng)的成組控制器及其編程軟件，當(dāng)電站的控制方式在全廠成組“投入”，處于“成組”模式下的機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)將直接由成組軟件自動(dòng)控制。成組總負(fù)荷指令以人工負(fù)荷設(shè)定或調(diào)度日負(fù)荷計(jì)劃曲線執(zhí)行。調(diào)度96點(diǎn)日負(fù)荷曲線DLC采用DL476規(guī)約通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)一平面、二平面?zhèn)鬏斨霖?fù)荷曲線下載服務(wù)器，并通過(guò)101規(guī)約將負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)成組模塊。

負(fù)荷成組控制方式分實(shí)時(shí)控制和計(jì)劃曲線陽(yáng)抽水蓄能電站廠用電運(yùn)行方式淺析控制。實(shí)時(shí)控制為指令控制和AGC控制，指令控制包括調(diào)度側(cè)人工負(fù)荷設(shè)定和電站側(cè)人工負(fù)荷設(shè)定，AGC控制則僅限于調(diào)度側(cè)且發(fā)電工況；計(jì)劃曲線控制則按照調(diào)度下發(fā)的日負(fù)荷計(jì)劃曲線執(zhí)行，具體功能框架見(jiàn)圖1。

圖1 華東電網(wǎng)抽水蓄能電站負(fù)荷成組控制及緊急支援基本功能示意

1.2 控制要求

全廠成組投入條件為至少有1臺(tái)機(jī)組在成組模

式，機(jī)組成組模式的投入條件為機(jī)組無(wú)事故信號(hào)、機(jī)組處于可調(diào)狀態(tài)和機(jī)組LCU通訊無(wú)故障。負(fù)荷成組控制自動(dòng)開(kāi)停機(jī)時(shí)選擇機(jī)組的邏輯順序由機(jī)組的優(yōu)先級(jí)的決定。機(jī)組的優(yōu)先級(jí)設(shè)定值范圍為0～6，值越大優(yōu)先級(jí)越高，優(yōu)先級(jí)邏輯按早開(kāi)早停設(shè)置，在某些異常情況時(shí)，運(yùn)行人員可隨時(shí)在全廠機(jī)組穩(wěn)態(tài)時(shí)調(diào)整機(jī)組的優(yōu)先級(jí)來(lái)滿足安全運(yùn)行的需要。具體功能畫(huà)面如圖2所示。

日負(fù)荷曲線是常用的負(fù)荷指令方式，機(jī)組的自動(dòng)啟停是以下一時(shí)間點(diǎn)的負(fù)荷設(shè)定值為目標(biāo)來(lái)執(zhí)行的。根據(jù)調(diào)度下發(fā)的負(fù)荷成組定值要求，發(fā)電開(kāi)機(jī)單臺(tái)提前14 min，2臺(tái)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，第1臺(tái)提前14 min、第2臺(tái)提前8 min，3臺(tái)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，第1臺(tái)提前14 min、第2臺(tái)提前8 min、第3臺(tái)提前6 min；發(fā)電停機(jī)單臺(tái)提前11 min，2臺(tái)機(jī)停機(jī)時(shí)，第1臺(tái)提前11 min、第2臺(tái)提前7 min，3臺(tái)機(jī)停機(jī)時(shí)，第1臺(tái)提前11 min、第2臺(tái)提前7 min、第3臺(tái)提前5 min；抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水單臺(tái)提前11 min，2臺(tái)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，第1臺(tái)提前11 min、第2臺(tái)提前7 min，3臺(tái)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，第1臺(tái)提前11 min、第2臺(tái)提前7 min、第3臺(tái)提前5 min；抽水停機(jī)單臺(tái)提前11 min，2臺(tái)機(jī)停機(jī)時(shí)，第1臺(tái)提前11 min、第2臺(tái)提前7 min，3臺(tái)機(jī)停機(jī)時(shí)，第1臺(tái)提前11 min、第2臺(tái)提前7 min、第3臺(tái)提前5 min。

圖2 溧陽(yáng)抽水蓄能電站負(fù)荷成組及緊急支援控制監(jiān)控畫(huà)面

電動(dòng)工況啟動(dòng)控制采用SFC拖動(dòng)方式，啟動(dòng)采用按照日計(jì)劃曲線安排，提前30 min自動(dòng)觸發(fā)機(jī)組的SCP工況。

成組控制的機(jī)組啟停模塊具備電網(wǎng)頻率波動(dòng)自動(dòng)閉鎖功能，頻率高于50.04 Hz時(shí)閉鎖發(fā)電工況啟動(dòng)或電動(dòng)工況停機(jī)，頻率低于49.96 Hz時(shí)閉鎖發(fā)電工況停機(jī)組或電動(dòng)工況啟動(dòng)。

2 緊急支援功能與控制要求

2.1 功能

緊急支援系統(tǒng)是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大功率失卻、系統(tǒng)頻率嚴(yán)重偏離正常范圍時(shí)，由電網(wǎng)主站側(cè)遠(yuǎn)方緊急支援控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況，調(diào)用抽水蓄能電站可支援容量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方緊急功率支援以快速恢復(fù)電網(wǎng)頻率的功能。

遠(yuǎn)方緊急事故支援是成組負(fù)荷控制附加功能模塊，是在成組96點(diǎn)日計(jì)劃曲線負(fù)荷設(shè)定P0基礎(chǔ)上通過(guò)疊加正整數(shù)緊急支援附加值△P，由成組控制直接啟/停機(jī)組投入電網(wǎng)緊急事故支援控制。當(dāng)電站運(yùn)行在停機(jī)或發(fā)電工況，緊急支援投入將通過(guò)調(diào)用機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用、直接啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組；當(dāng)電站運(yùn)行在水泵工況，緊急支援投入將作用于水泵停機(jī)組；當(dāng)電站運(yùn)行在SCP工況，緊急支援投入將自動(dòng)閉鎖下一負(fù)荷計(jì)劃點(diǎn)要求的SCP到水泵工況的轉(zhuǎn)換[2]。

2.2 控制要求

電站側(cè)緊急支援功能投入運(yùn)行需具備的條件：全廠成組控制方式投入，控制系統(tǒng)運(yùn)行在96點(diǎn)計(jì)劃曲線模式，電站與調(diào)度主站控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信正常，工況信息反饋正確及可支援容量計(jì)算正確。

2.2.1 工況反饋

在任何時(shí)刻，電站都會(huì)給華東調(diào)度中心上傳顯示唯一的工況信息。工況分發(fā)電(包括停機(jī))、電動(dòng)及SCP(SCT)調(diào)相三種工況：①電動(dòng)工況。有機(jī)組在電動(dòng)工況或有機(jī)組在電動(dòng)目標(biāo)工況或有機(jī)組在電動(dòng)轉(zhuǎn)停機(jī)工況。②調(diào)相工況。電站總負(fù)荷指令為0，且有“成組”工況機(jī)組在SCP(SCT)工況或SCP(SCT)目標(biāo)工況。③發(fā)電工況。其他工況，即電站不在“電動(dòng)工況”或“SCP(SCT)調(diào)相工況”。

2.2.2 可支援容量計(jì)算

電站可支援容量表征了電站當(dāng)前能夠?qū)﹄娋W(wǎng)提供緊急事故支援的能力，包含了當(dāng)前時(shí)刻Tc可支援容量和T1計(jì)劃點(diǎn)時(shí)刻可支援容量，這兩個(gè)參數(shù)的正確性和可靠性是實(shí)現(xiàn)緊急支援功能的基礎(chǔ)。電站可支援容量的計(jì)算原則如下[3]：

(1)發(fā)電工況當(dāng)前時(shí)刻Tc可支援容量為成組運(yùn)行機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用及成組停機(jī)機(jī)組容量之和。

(2)發(fā)電工況下一時(shí)刻T1可支援容量為電站總成組容量與下一時(shí)刻負(fù)荷計(jì)劃的差值。

(3)電動(dòng)工況當(dāng)前時(shí)刻Tc可支援容量為成組運(yùn)行機(jī)組電動(dòng)容量。

(4)電動(dòng)工況下一時(shí)刻T1可支援容量為下一時(shí)刻負(fù)荷計(jì)劃的電動(dòng)容量。

(5)調(diào)相工況當(dāng)前時(shí)刻Tc可支援容量為0。

(6)調(diào)相工況下一時(shí)刻T1可支援容量為下一時(shí)刻負(fù)荷計(jì)劃的電動(dòng)容量(若負(fù)荷計(jì)劃要求轉(zhuǎn)抽水)。

3 試驗(yàn)過(guò)程與注意事項(xiàng)

3.1 負(fù)荷成組試驗(yàn)過(guò)程

負(fù)荷成組控制試驗(yàn)項(xiàng)目包括：模式功能檢查、模式切換試驗(yàn)、故障安全測(cè)試試驗(yàn)、負(fù)荷設(shè)定(ALSP)方式下發(fā)電工況功能測(cè)試、電站負(fù)荷曲線(DLC)方式下發(fā)電工況功能測(cè)試、電站負(fù)荷設(shè)定(ALSP)方式下電動(dòng)工況功能測(cè)試、電站負(fù)荷曲線(DLC)方式下電動(dòng)工況功能測(cè)試及電站負(fù)荷曲線(DLC)方式下SCP自動(dòng)啟動(dòng)功能測(cè)試。

試驗(yàn)過(guò)程中主要遇到開(kāi)機(jī)失敗后的啟機(jī)邏輯無(wú)效、CP與P同時(shí)啟動(dòng)時(shí)邏輯混亂、優(yōu)先級(jí)因開(kāi)停機(jī)失敗而導(dǎo)致混亂、開(kāi)停機(jī)提前時(shí)間錯(cuò)亂、低水頭有功調(diào)節(jié)上限設(shè)置不符合實(shí)際等問(wèn)題。經(jīng)對(duì)邏輯多次優(yōu)化改進(jìn)后，負(fù)荷成組現(xiàn)已滿足運(yùn)行要求。

3.2 緊急支援試驗(yàn)過(guò)程

緊急支援廠內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目包括：故障安全測(cè)試試驗(yàn)、發(fā)電工況緊急支援投入和退出測(cè)試、抽水工況緊急支援投入和退出測(cè)試。

緊急支援聯(lián)調(diào)試驗(yàn)項(xiàng)目包括：測(cè)試緊急支援功能分別在發(fā)電工況、調(diào)相工況和抽水工況，計(jì)劃出力不變階段、計(jì)劃出力變化階段及主站下發(fā)中止命令時(shí)，緊急支援全功能過(guò)程邏輯的正確性，主站與電站之間遙調(diào)信號(hào)及返回、電站動(dòng)作的正確性及時(shí)間特性。

試驗(yàn)過(guò)程中主要遇到當(dāng)前可支援容量Tc及下一時(shí)刻可支援容量T1在啟停過(guò)程中計(jì)算有毛刺等問(wèn)題，經(jīng)多次優(yōu)化改進(jìn)后，邏輯現(xiàn)已滿足運(yùn)行要求。

3.3 負(fù)荷成組對(duì)兩套SFC運(yùn)用的注意事項(xiàng)

溧陽(yáng)電站6臺(tái)機(jī)組，配置有兩套SFC，抽水啟動(dòng)母線設(shè)置有分段隔離閘刀。負(fù)荷成組控制邏輯初期，程序1次只能控制1臺(tái)機(jī)組執(zhí)行抽水啟動(dòng)。此邏輯既影響抽水啟動(dòng)效率，又容易出現(xiàn)抽水啟動(dòng)失敗后不能達(dá)到抽水負(fù)荷計(jì)劃的情況。經(jīng)對(duì)成組控制邏輯、監(jiān)控啟機(jī)流程及SFC流程的共同優(yōu)化，現(xiàn)邏輯修改為正常情況下，以啟動(dòng)母線分段閘刀為分?jǐn)帱c(diǎn)，負(fù)荷成組系統(tǒng)控制一套SFC默認(rèn)只能啟動(dòng)相同側(cè)的3臺(tái)機(jī)組，2套SFC可同時(shí)啟動(dòng)，分別拖動(dòng)各側(cè)的1臺(tái)機(jī)組。在負(fù)荷成組控制畫(huà)面中，設(shè)置有兩套SFC的可用或故障狀態(tài)的監(jiān)控狀態(tài)強(qiáng)制鍵，以滿足1套SFC跨啟動(dòng)母線啟動(dòng)另一側(cè)3臺(tái)機(jī)組的需要。故負(fù)荷成組系統(tǒng)在抽水啟動(dòng)邏輯中應(yīng)充分利用兩套SFC的優(yōu)勢(shì)，大大提升了電站抽水啟動(dòng)效率及啟動(dòng)靈活性。

3.4 機(jī)組啟停優(yōu)先級(jí)邏輯的注意事項(xiàng)

原負(fù)荷成組系統(tǒng)邏輯中，機(jī)組開(kāi)停機(jī)優(yōu)先級(jí)由人為設(shè)定值、開(kāi)停機(jī)失敗情況、機(jī)組運(yùn)行時(shí)間等綜合因素計(jì)算出開(kāi)停機(jī)綜合優(yōu)先級(jí)；但在試驗(yàn)及試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)因開(kāi)機(jī)失敗等原因?qū)е碌拈_(kāi)停機(jī)順序混亂的情況。從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，人為分析判斷機(jī)組運(yùn)行性能和及時(shí)處置機(jī)組異常運(yùn)行情況更為可靠；故，邏輯修改為機(jī)組開(kāi)停機(jī)優(yōu)先級(jí)只根據(jù)人為設(shè)定值。

原機(jī)組啟停邏輯為早開(kāi)晚停模式，經(jīng)常導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)高的機(jī)組在發(fā)電抽水點(diǎn)時(shí)間間隔短的時(shí)候銜接不上；另外還會(huì)導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)高的機(jī)組從最早開(kāi)到最晚停，有的時(shí)候長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行達(dá)7～8 h，運(yùn)行時(shí)間相比其他機(jī)組時(shí)間偏長(zhǎng)很多，加大了機(jī)組設(shè)備損耗和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為此要求負(fù)荷成組邏輯修改為早開(kāi)早停模式，解決了發(fā)電抽水時(shí)間間隔短時(shí)的銜接不上的問(wèn)題，避免了機(jī)組運(yùn)行時(shí)間不均衡問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

溧陽(yáng)電站負(fù)荷成組及緊急支援控制系統(tǒng)現(xiàn)已投入運(yùn)行，因功能邏輯還需在各種異常情況下進(jìn)一步驗(yàn)證，所以目前暫時(shí)處于人工指導(dǎo)模式下運(yùn)行；待負(fù)荷成組及緊急支援功能邏輯驗(yàn)證正確無(wú)誤后，將會(huì)設(shè)置在全自動(dòng)模式運(yùn)行，以使溧陽(yáng)電站在華東電網(wǎng)中發(fā)揮更大的作用。