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(guó)家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)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(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)揮作用，是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。抽水蓄能電站機(jī)組啟動(dòng)速度快，運(yùn)行方式多樣靈活，自動(dòng)化程度可達(dá)100%，尤其是其全站聯(lián)合負(fù)荷控制方式的應(yīng)用可進(jìn)一步提高抽水蓄能電站對(duì)電網(wǎng)的應(yīng)急響應(yīng)速度。目前，抽水蓄能電站的運(yùn)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(jī)組的方式，這種方式無(wú)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(dòng)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(fù)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行或進(jìn)行機(jī)組抽水工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況運(yùn)行，這將最大限度地發(fā)揮抽水蓄能電站對(duì)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(gè)廠站的系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定控制，滿足一個(gè)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(yùn)行方式人員通過(guò)大量的離線分析計(jì)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(guò)對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和分析，如果判斷電網(wǎng)的運(yùn)行工況符合某一項(xiàng)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(jiàn)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(fù)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(fù)荷控制（Joint Control，以下簡(jiǎn)稱JC）功能，就是把整個(gè)抽水蓄能電站當(dāng)成一臺(tái)機(jī)組來(lái)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(fù)荷設(shè)定值時(shí)，JC控制程序會(huì)將設(shè)定為JC模式的抽水蓄能機(jī)組（檢修或有缺陷的機(jī)組不會(huì)被設(shè)定為JC模式）按照預(yù)設(shè)定的機(jī)組優(yōu)先級(jí)計(jì)算并合理地分配負(fù)荷，然后下達(dá)指令啟動(dòng)相關(guān)機(jī)組。 此時(shí)，被啟動(dòng)機(jī)組同時(shí)按照機(jī)組啟動(dòng)程序開(kāi)始啟動(dòng)，水輪機(jī)調(diào)速器會(huì)控制頻率直到機(jī)組并網(wǎng)，并網(wǎng)后機(jī)組調(diào)速器轉(zhuǎn)到負(fù)荷控制方式，并調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷至JC程序分配的目標(biāo)負(fù)荷。

機(jī)組啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，是指電站監(jiān)控系統(tǒng)在接收到全廠總負(fù)荷設(shè)定值之前，JC程序會(huì)計(jì)算目前電站各個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和可用功率，然后對(duì)所有投入JC的機(jī)組的啟動(dòng)順序按照最經(jīng)濟(jì)的方案進(jìn)行排序，下一步機(jī)組的啟動(dòng)將按照這種排序進(jìn)行。

當(dāng)其中某臺(tái)機(jī)組因異常情況不能響應(yīng)控制指令時(shí) （如輔機(jī)啟動(dòng)失敗，導(dǎo)致機(jī)組不能啟動(dòng)），JC程序會(huì)自動(dòng)地將控制指令轉(zhuǎn)移給優(yōu)先級(jí)次之的其它機(jī)組。

機(jī)組在JC模式下運(yùn)行時(shí)，JC程序會(huì)不斷地計(jì)算全廠負(fù)荷設(shè)定值和實(shí)際負(fù)荷的差值，這樣就會(huì)根據(jù)全廠負(fù)荷設(shè)定值的變化調(diào)整機(jī)組負(fù)荷或啟停機(jī)組。

機(jī)組在抽水工況運(yùn)行時(shí)，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(jī)組由抽水工況轉(zhuǎn)到發(fā)電工況運(yùn)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(tái)機(jī)組在抽水運(yùn)行，此時(shí)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(jī)組抽水，并轉(zhuǎn)發(fā)電負(fù)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(fù)荷“+400MW”，控制系統(tǒng)會(huì)瞬間完成所有抽水機(jī)組解列，同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)發(fā)電工況，負(fù)荷各自分配為“+200MW”，另外兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)入停機(jī)備用狀態(tài)。

另外，抽水蓄能電站AGC功能即包括單機(jī)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(jī)AGC，則該機(jī)組根據(jù)電網(wǎng)AGC負(fù)荷指令運(yùn)行；當(dāng)抽水蓄能機(jī)組投入JC控制模式時(shí)，AGC指令是針對(duì)整個(gè)電站而不是某一臺(tái)機(jī)組，這時(shí)再投入AGC，所有投入JC控制模式的抽水蓄能機(jī)組將根據(jù)EMS下發(fā)的全廠AGC指令，按照最優(yōu)經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷的策略，自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)臺(tái)數(shù)的機(jī)組或調(diào)整全廠負(fù)荷；這種控制還能降低每臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)的頻繁程度，進(jìn)一步提高負(fù)荷分配的經(jīng)濟(jì)性。

3 基于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)和電站聯(lián)合負(fù)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(fù)荷控制系統(tǒng)以及全廠AGC功能結(jié)合到一起，將實(shí)現(xiàn)“基于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)和電站聯(lián)合負(fù)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(dòng)下達(dá)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(gè)指令后會(huì)自動(dòng)啟停機(jī)組或調(diào)整機(jī)組負(fù)荷來(lái)響應(yīng)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的指令，整個(gè)響應(yīng)過(guò)程都是自動(dòng)完成的，可實(shí)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(jī)組在完成應(yīng)急響應(yīng)動(dòng)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(shí)現(xiàn)全廠負(fù)荷調(diào)整自動(dòng)跟蹤整個(gè)電網(wǎng)的需要。

建立一個(gè)簡(jiǎn)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(yùn)行方式

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)始終投入運(yùn)行，其指令處于最優(yōu)先控制級(jí)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(shí)，電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)動(dòng)作，發(fā)出指令，抽水蓄能機(jī)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(dòng)啟動(dòng)發(fā)電或切除抽水機(jī)組運(yùn)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(yùn)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(hào)消失，但抽水蓄能電站仍保持前面的運(yùn)行狀態(tài)不變。

此時(shí)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需要，可按照調(diào)度員的指令投入全廠AGC，抽水蓄能機(jī)組將按照AGC指令運(yùn)行；如果此時(shí)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(yùn)行。

只有在電網(wǎng)調(diào)度要求機(jī)組按照調(diào)度員指令進(jìn)行控制時(shí)，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(duì)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(duì)抽水蓄能電站的控制策略主要有以下幾個(gè)方面，以裝機(jī)4臺(tái)300MW機(jī)組的抽水蓄能電站為例。

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

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

部分或全部機(jī)組由抽水工況轉(zhuǎn)換為部分或全部機(jī)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(fù)荷變化差小于1 200MW，則不需要工況轉(zhuǎn)換，解列抽水機(jī)組運(yùn)行的同時(shí)，啟動(dòng)另外機(jī)組發(fā)電即可；如果負(fù)荷變化的差值大于1 200MW，則必然有某臺(tái)或全部機(jī)組由抽水工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況。最嚴(yán)重的工況就是4臺(tái)機(jī)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(diǎn)

從以上分析可以看出，上述控制方式的最大優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)急響應(yīng)過(guò)程全部自動(dòng)完成。加上抽水蓄能電站機(jī)組啟動(dòng)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(fù)荷控制下，全廠機(jī)組的控制就象控制一臺(tái)機(jī)組，要比一臺(tái)一臺(tái)的人工控制減少操作時(shí)間。拿最嚴(yán)重的4臺(tái)機(jī)組由抽水工況轉(zhuǎn)為4臺(tái)機(jī)組發(fā)電工況而言，這種模式完成目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)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(yǔ)

無(wú)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(fù)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€(gè)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(shí)現(xiàn)，無(wú)疑將最大限度地發(fā)揮抽水蓄能電站對(duì)電網(wǎng)事故的應(yīng)急響應(yīng)能力，對(duì)提高電網(wǎng)的智能化水平和可靠性發(fā)揮極大的作用。