項 捷

（原上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海市 200437）

淺談抽水蓄能電站聯(lián)合控制策略

項 捷

（原上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海市 200437）

集有功和無功控制于一體的抽水蓄能電站聯(lián)合控制，充分利用抽水蓄能機組即可電源又可負荷的特性，其靈活的調(diào)控方式，迅速的調(diào)節(jié)響應(yīng)，賦予電網(wǎng)智能化雙向調(diào)控的空間。本文在華東電網(wǎng)各抽水蓄能電站負荷成組已投入運行的基礎(chǔ)上，進一步介紹了抽水蓄能電站聯(lián)合控制的基本構(gòu)架，電站及機組控制模式，負荷和電壓控制的基本策略，有功、無功控制指令的計算和分配方法，為電網(wǎng)應(yīng)對大功率輸送、大規(guī)模間歇性電源接入提供可能的手段。

聯(lián)合控制；負荷成組控制；發(fā)電旋轉(zhuǎn)備用裕度；電壓成組控制

0 引言

隨著我國新能源戰(zhàn)略的實施，以風(fēng)能、太陽能、光伏為主的新能源發(fā)電得到了迅速發(fā)展，受自然條件的影響，新能源發(fā)電容量及持續(xù)時間的不穩(wěn)定性和不確定性制約了其廣泛的應(yīng)用。

作為大型儲能電源，抽水蓄能集發(fā)電、抽水、調(diào)相工況于一身，特有的機組啟停及工況轉(zhuǎn)換迅速的優(yōu)勢，賦予電網(wǎng)有功和無功雙向調(diào)控空間，在國家推進分布式電源和發(fā)展智能電網(wǎng)的背景下，在確保抽水蓄能機組、水工設(shè)施安全、保障電站經(jīng)濟利益的基礎(chǔ)上，充分利用抽水蓄能電站的優(yōu)勢，服務(wù)好電網(wǎng)。

抽水蓄能聯(lián)合控制是以電站為調(diào)控對象的網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制，目前部分電站根據(jù)電網(wǎng)要求已投入了負荷成組控制，但由于各電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)、用戶需求等差異，各電網(wǎng)對電站聯(lián)合控制的要求是不同的。

結(jié)合蓄能機組的特點，從網(wǎng)源協(xié)調(diào)需求入手，在梳理現(xiàn)有電站聯(lián)合控制設(shè)計思路的基礎(chǔ)上，探討和研究通用蓄能電站聯(lián)合控制策略。

1 聯(lián)合控制的基本框架

借鑒國外設(shè)計，抽水蓄能電站聯(lián)合控制一般可分負荷、電壓成組控制兩部分，包括了電站模式選擇、負荷、電壓指令計算和分配、機組自啟?？刂乒δ?，基本框架見圖1。

2 控制模式的選擇

抽水蓄能電站聯(lián)合控制方式按機組、電站和系統(tǒng)（電網(wǎng)）分層設(shè)計，各層模式選擇相互獨立，又相互關(guān)聯(lián)。

機組控制模式一般可分“單機”和“成組”兩種，所謂“單機”模式指單臺機組的啟停及有功/無功調(diào)整獨立于聯(lián)合控制，由操作員人工操作；而“成組”模式機組啟停、有功和無功分配由電站聯(lián)合控制軟件自動計算和控制。

電站控制模式分自動模式、操作員指導(dǎo)模式和手動模式三種：

（1）自動模式。意味電站聯(lián)合控制系統(tǒng)投入，系統(tǒng)依照電站設(shè)置指令或調(diào)度下發(fā)的負荷/電壓計劃曲線，自行計算機組的有功/無功指令，根據(jù)指令自動觸發(fā)相應(yīng)機組啟?？刂?，分配機組有功和無功指令，電站“自動”模式僅控制“成組”模式的機組。

（2）操作員指導(dǎo)模式。類似于“自動”模式，只不過需要操作員對系統(tǒng)自行計算單臺機組的有功/無功指令以及機組啟?？刂七M行確認，是一種半自動模式。

（3）手動模式。機組的啟停和指令設(shè)置由操作員人工操作。當(dāng)電站控制模式切換到“手動”模式，所有機組自動切換到“單機”模式。

系統(tǒng)（電網(wǎng)）控制模式是電網(wǎng)AGC/AVC控制模式，其要求電站控制模式必須在“自動”模式，電站操作權(quán)限切換到“電網(wǎng)（遠方）”控制，系統(tǒng)控制模式只能在電站側(cè)選擇切換。

圖1 抽水蓄能聯(lián)合控制基本框圖Fig.1 The basic block diagram of the pumped-storage joint control

3 負荷成組控制

與火電不同的是抽水蓄能集電源和負荷于一身，因此遙調(diào)和遙測信息按照電網(wǎng)符號定義，發(fā)電工況為“正”（＋），電動工況為“負”（－）。

3.1 有功調(diào)控方式

聯(lián)合控制負荷成組分計劃曲線和實時控制兩種方式。

（1）曲線控制是電網(wǎng)通過預(yù)測負荷變化，計算安排電站明天24h、按若干分鐘間隔（華東電網(wǎng)為15min）的發(fā)電/抽水計劃。

（2）實時控制分指令控制和AGC控制，指令控制即可應(yīng)用于發(fā)電也可應(yīng)用于抽水；而AGC控制僅僅在電站“自動”、電站操作權(quán)限在“電網(wǎng)”，且發(fā)電工況有效。

3.2 發(fā)電成組控制

無論是實時控制還是日計劃曲線控制，對發(fā)電成組控制而言區(qū)別只是接受的電站總負荷設(shè)定是連續(xù)或斷續(xù)的，發(fā)電成組控制根據(jù)電站發(fā)電可調(diào)范圍，計算和平均分配各機組負荷設(shè)定，并根據(jù)機組啟停優(yōu)先級，自動觸發(fā)相應(yīng)機組LCU發(fā)電啟?？刂?、設(shè)定發(fā)電負荷。

機組LCU在接受到控制指令后實施啟停控制，調(diào)速器按照機組LCU的發(fā)電負荷設(shè)定進行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

發(fā)電成組控制一般按下列方式計算：

（1）成組機組負荷設(shè)定P成組。

式中：P總設(shè)定——電站總負荷設(shè)定（+）；

P成組——成組機組負荷設(shè)定；

N——機組臺數(shù)，1≤N≤“成組”機組臺數(shù)；

P1——機組安全運行的最小功率；

P2——機組額定發(fā)電功率。

（2）電站發(fā)電工況最大可調(diào)容量及范圍。

3.3 電動成組控制

目前，國內(nèi)抽水蓄能機組在電動工況用電負荷無法像發(fā)電一樣連續(xù)調(diào)節(jié)負荷，因此電動成組控制將根據(jù)電站總負荷設(shè)定（－）計算出需要機組啟停臺數(shù)，自動觸發(fā)機組水泵啟?？刂啤?/p>

電動成組控制按如下規(guī)則計算電動成組臺數(shù)

式中：P總成組——電站總負荷設(shè)定（－）；

M額定——機組額定功率。

抽水蓄能電站水泵工況啟動可采用兩種方式，一種是根據(jù)負荷指令直接觸發(fā)機組從停機到水泵工況的啟?？刂?，另一種觸發(fā)機組從水泵調(diào)相到水泵工況的轉(zhuǎn)換，鑒于后者啟動成功率要提高很多，在成組電動控制原則上采用第二種方式。

4 無功成組控制

蓄能電站在電網(wǎng)中一般為終端電站，正常情況下，發(fā)電工況時電站作為電源點，基本滿足電網(wǎng)母線電壓考核要求；電動工況時電站為負荷點，而電動工況運行電網(wǎng)一般安排在電網(wǎng)負荷較輕、電網(wǎng)電壓較高時段。

4.1 無功調(diào)控方式

類似的，無功成組調(diào)控分計劃曲線和實時控制兩種方式，實時控制又分電壓閉環(huán)控制和無功開環(huán)控制兩種。

（1）電壓曲線方式。用一對電壓曲線組反映電網(wǎng)對電站在各工況下允許電壓波動的范圍，聯(lián)合電壓控制將按曲線組計算維持電壓所需的無功，一旦無功調(diào)節(jié)使得母線電壓恢復(fù)到電壓曲線范圍內(nèi)，聯(lián)合控制將維持無功設(shè)定不變。

（2）電壓設(shè)定值。電壓設(shè)定值與計劃曲線方式十分類似，所不同的是采用電壓設(shè)定與實際母線電壓相比較的方式，根據(jù)電壓差計算需要增減的無功，并在勵磁側(cè)用脈沖方式進行無功調(diào)節(jié)，直到實際母線電壓回復(fù)到預(yù)設(shè)的允許范圍內(nèi)。

（3）無功設(shè)定值。電站聯(lián)合控制將根據(jù)下達的無功指令，計算和分配機組無功指令。

4.2 無功計算和分配

鑒于電站的主接線一次接線一般是以兩臺主變?yōu)閱卧瑸榱吮苊馔粏卧髯兊蛪簜?cè)電壓的不一致引起在兩臺主變間的無功環(huán)流，同一單元的機組不論在“成組”還是在“單機”，無功設(shè)定應(yīng)盡可能保持一致，因此計算獲得的電站總無功設(shè)定按平均分配的原則計算。機組無功設(shè)定見式（4）

式中：Q電站——電站無功總設(shè)定；

Q機組——機組無功設(shè)定；

N——并網(wǎng)運行機組的臺數(shù)；

Qmax——機組過勵限值；

Qmin——機組低勵限值。

4.3 蓄能電站成組無功控制的輔助手段

由于抽水蓄能機組不是連續(xù)運行的，電站無功控制在發(fā)電和抽水工況調(diào)整手段有：

（1）發(fā)電工況。當(dāng)電站機組在發(fā)電工況時，電站聯(lián)合系統(tǒng)可以利用機組發(fā)電工況進相和調(diào)相能力來維持母線電壓；當(dāng)電站部分機組在成組備用（停機）狀態(tài)，若電站無功調(diào)節(jié)超出其可調(diào)范圍，可設(shè)計啟動停機機組調(diào)相，不過若采用有功控制優(yōu)先設(shè)計，一旦電網(wǎng)有發(fā)電需求，系統(tǒng)將自動將調(diào)相機組轉(zhuǎn)換到發(fā)電工況。

（2）抽水工況。鑒于水泵工況有功的吸收與水泵揚程（水頭）有關(guān)，為了避免由于水頭的變化導(dǎo)致電站電壓的波動，同時確保機組運行在穩(wěn)定的極限范圍內(nèi)（低勵、過勵許可范圍），水汞工況勵磁一般采用恒功率因素的控制模式。因此當(dāng)電站母線電壓超出許可范圍，也可采用啟動成組備用（停機）機組調(diào)相。

（3）調(diào)相工況。若電站無機組運行，而電站母線電壓超出許可范圍，可通過無功成組控制啟動成組機組到調(diào)相工況進行電壓輔助調(diào)整。

5 結(jié)論

隨著電網(wǎng)內(nèi)抽水蓄能資源的增加，抽水蓄能未來電網(wǎng)的發(fā)展中作用受到關(guān)注，作為網(wǎng)源協(xié)調(diào)的主要手段，安全、可靠又不失靈活的電站聯(lián)合控制是電網(wǎng)所希望的，因此統(tǒng)一對電站聯(lián)合控制的認識，規(guī)范技術(shù)要求，采用功能模塊化設(shè)計方案來滿足電網(wǎng)需求的差異是至關(guān)重要的。

［1］汪軍，張紅芳，周慶忠，方輝欽，謝亞平.我國抽水蓄能電站計算機監(jiān)控技術(shù)評析［J］.水電自動化和大壩檢測，2002，（1）.WANG Jun,ZHANG Hongfang,ZHOU Qingzhong,FANG Huiqing,XIE Yaping.Pumped storage power station computer monitoring technology in our country and analyzes detection［J］hydropower automation and dam,2002(1).

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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

A Brief Description of Joint Control for Pump Storage Power Plant

XIANG Jie
（The Electric Science and Research Institute of Shanghai Electric Power Company,Shanghai 200437,China）

Integrated by active power and reactive power control,using the feature of either power or load,it is given to grid the possibility of bidirectional control by joint control of pump storage power plant with flexible operation and rapidly response .Based on the operation of load group control of plants within grid of East China,This paper mainly describes the basic structure of plant joint control,the control mode of plant and unit ,the strategy of load and voltage control,the way of calculation and distribution of setting points to provide the possibility for being mindful the challenge of large power supply and interrupted power supply.

joint control；load group control；reverse power margin for generation；voltage group control

TV743

A 學(xué)科代碼：570.15

10.3969/j.issn.2096-093X.2016.05.007