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        建立抽水蓄能電站應(yīng)急響應(yīng)模式的設(shè)想

        2011-05-24 09:20:28坤,程
        山東電力技術(shù) 2011年5期
        關(guān)鍵詞:全廠指令電站

        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。

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