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        某大型水電站右岸開(kāi)停機(jī)時(shí)間控制研究

        2024-01-04 10:53:28寸文全陳才龍王代春郭文峰
        水電站機(jī)電技術(shù) 2023年12期
        關(guān)鍵詞:停機(jī)水頭電站

        寸文全,鄺 磊,陳才龍,王代春,郭文峰

        (白鶴灘電廠,四川 寧南 615400)

        改革開(kāi)放之后,我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,國(guó)內(nèi)用電需求不斷增大,峰谷效應(yīng)也日漸明顯,短時(shí)間內(nèi)負(fù)荷大范圍波動(dòng),將導(dǎo)致電網(wǎng)頻率變化,這就需要相當(dāng)量的電站用于電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻。水輪機(jī)組啟動(dòng)迅速,可在幾分鐘內(nèi)開(kāi)機(jī)并網(wǎng),因此在電網(wǎng)中水電站大多承擔(dān)峰荷,在發(fā)電的同時(shí),還需要調(diào)峰調(diào)頻,這就意味著水輪機(jī)組在1 d 之中可能多次啟停,以金沙江某裝機(jī)容量為13 860 MW 的巨型水電站為例,機(jī)組1 d 的啟停次數(shù)可達(dá)二十余次。在這個(gè)開(kāi)停機(jī)過(guò)程中,運(yùn)行人員需根據(jù)負(fù)荷多少,負(fù)荷變化的時(shí)間,以及當(dāng)前水頭下機(jī)組出力的限制來(lái)決定機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間,而電網(wǎng)負(fù)荷變化可能隨時(shí)發(fā)生,在這種情況,考慮以上幾種情況的開(kāi)停機(jī),給運(yùn)行人員帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

        本文所論述的開(kāi)停機(jī)時(shí)間控制,就是在考慮電網(wǎng)負(fù)荷變化,尤其是緊急變化時(shí),考慮負(fù)荷變化的多少,電站總?cè)萘亢蛡溆萌萘浚?dāng)前水頭下機(jī)組的出力限制以及避開(kāi)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行下限(即避開(kāi)機(jī)組振動(dòng)區(qū))的條件下,對(duì)某一時(shí)間段內(nèi)負(fù)荷變化確定機(jī)組合理的開(kāi)停機(jī)時(shí)間,使得水輪機(jī)組在開(kāi)停機(jī)過(guò)程中避免負(fù)荷考慮不到位,或出現(xiàn)部分已開(kāi)機(jī)機(jī)組處于振動(dòng)區(qū)運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間的控制。

        1 機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)

        機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間的控制,取決于當(dāng)前電站所帶負(fù)荷、最終所帶負(fù)荷、負(fù)荷變化時(shí)間段和當(dāng)前水頭。本文分別通過(guò)開(kāi)機(jī)和停機(jī)兩種情況對(duì)時(shí)間控制進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算出機(jī)組在負(fù)荷變化過(guò)程中最早和最晚開(kāi)停機(jī)時(shí)間,保證機(jī)組在這兩個(gè)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行機(jī)組工作在振動(dòng)區(qū)或開(kāi)停機(jī)過(guò)程中無(wú)法滿足負(fù)荷需求的情況,運(yùn)行人員可以根據(jù)這兩個(gè)時(shí)間,自行選擇開(kāi)停機(jī)時(shí)間,從而避免交接班時(shí)或有緊急操作時(shí)開(kāi)停機(jī),達(dá)到合理控制開(kāi)停機(jī)時(shí)間[1-3]。

        1.1 開(kāi)機(jī)

        電網(wǎng)需求增加,則電站負(fù)荷在某一時(shí)間段增加,此時(shí)電站發(fā)揮調(diào)峰調(diào)頻作用,開(kāi)啟備用容量機(jī)組,在這個(gè)過(guò)程中,考慮當(dāng)前水頭下機(jī)組所能帶負(fù)荷的上限和下限,決定機(jī)組的最早開(kāi)機(jī)時(shí)間和最晚開(kāi)機(jī)時(shí)間。

        1.1.1 最早開(kāi)機(jī)時(shí)間

        最早開(kāi)機(jī)時(shí)間是指在電站需要通過(guò)開(kāi)機(jī)來(lái)承擔(dān)調(diào)峰功能時(shí),保證已開(kāi)機(jī)機(jī)組不會(huì)出現(xiàn)越過(guò)振動(dòng)區(qū)的情況下開(kāi)第一臺(tái)機(jī)最早的時(shí)間。

        選擇在最早時(shí)間開(kāi)機(jī),會(huì)使得其余已開(kāi)機(jī)機(jī)組負(fù)荷較其他時(shí)間開(kāi)機(jī)時(shí)低,因此這種情況主要考慮的是已開(kāi)機(jī)機(jī)組不論何時(shí)都不可以越過(guò)穩(wěn)定區(qū)下限負(fù)荷,因此在機(jī)組并網(wǎng)之后,有以下約束條件:

        考慮廠站廠用電及重要負(fù)荷供電可靠性,切機(jī)時(shí)預(yù)留一臺(tái)機(jī)組不被切除,其中Pn、Pl、P2分別為電站當(dāng)前負(fù)荷、機(jī)組最低切機(jī)負(fù)荷和機(jī)組下限負(fù)荷,Ppml為每分鐘增加的負(fù)荷(取正數(shù)),t和n分別為時(shí)間和當(dāng)前開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)。

        式中除t外均已知,求出t之后,考慮電站負(fù)荷變化的起始時(shí)間和機(jī)組開(kāi)機(jī)并網(wǎng)加負(fù)荷時(shí)間td,從而得出最早開(kāi)機(jī)時(shí)間。

        1.1.2 最晚開(kāi)機(jī)時(shí)間

        最晚開(kāi)機(jī)時(shí)間是指電站選擇滿足電網(wǎng)下發(fā)負(fù)荷的情況下最遲的開(kāi)機(jī)時(shí)間,這種情況不會(huì)出現(xiàn)其他機(jī)組處于振動(dòng)區(qū)的情況,但需要考慮水頭對(duì)機(jī)組容量上限的限制:

        此時(shí)已開(kāi)機(jī)機(jī)組均處于高容量負(fù)荷運(yùn)行,在滿足負(fù)荷的條件下,必須保證其余機(jī)組不越過(guò)上限值,因此有如下約束條件:

        式中Ph為機(jī)組運(yùn)行的容量上限值,這與機(jī)組水頭有關(guān),水頭越大,Ph越大,達(dá)到機(jī)組額定容量時(shí)為止,通過(guò)求出式中的時(shí)間t,得到機(jī)組最晚開(kāi)機(jī)時(shí)間。

        1.2 停機(jī)

        在夜間,由于工業(yè)用電量和居民用電量大幅減少,電網(wǎng)負(fù)荷需求量下降,水電站出力大于電網(wǎng)所需求負(fù)荷,電網(wǎng)頻率上升,此時(shí)需要水電站通過(guò)停機(jī)來(lái)平衡。停機(jī)時(shí),和開(kāi)機(jī)有同樣的情況,也有最早停機(jī)時(shí)間和最晚停機(jī)時(shí)間的控制。

        1.2.1 最早停機(jī)時(shí)間

        最早停機(jī)時(shí)間和最早開(kāi)機(jī)時(shí)間過(guò)程有類似的地方,只不過(guò)兩者相反,即最早停機(jī)時(shí)間會(huì)觸及已開(kāi)機(jī)機(jī)組的上限容量。在這種情況下,我們只需要考慮某一機(jī)組停機(jī)之后,其余機(jī)組所帶負(fù)荷不超過(guò)當(dāng)前水頭下機(jī)組容量上限即可,因此可有以下約束:

        停機(jī)和開(kāi)機(jī)過(guò)程不一樣,導(dǎo)致兩者計(jì)算過(guò)程也不一樣。考慮到機(jī)組減負(fù)荷至某一功率時(shí)(接近0 MW)即可停機(jī)從電網(wǎng)中移除,因此只考慮減負(fù)荷的時(shí)間tj,從(4)中計(jì)算出t,用負(fù)荷變化時(shí)的初始時(shí)間加上t 減去tj即可求得最早停機(jī)時(shí)間。

        1.2.2 最晚停機(jī)時(shí)間

        最晚停機(jī)時(shí)間是在停機(jī)過(guò)程中最遲的停機(jī)時(shí)間,若超過(guò)這個(gè)時(shí)間,其余機(jī)組可能越過(guò)某一水頭下機(jī)組的下限容量,從而導(dǎo)致進(jìn)組進(jìn)入振動(dòng)區(qū)。為了避免這種情況,就必須保證發(fā)停機(jī)令時(shí)其余機(jī)組功率大于容量下限值。又因?yàn)榘l(fā)停機(jī)令后,負(fù)荷還在繼續(xù)下降,若其余機(jī)組正好處于下限容量,此時(shí)來(lái)不及減負(fù)荷便可能導(dǎo)致其余機(jī)組進(jìn)入振動(dòng)區(qū),因此設(shè)定了一臺(tái)機(jī)的下限容量作為余量,可得出以下約束:

        通過(guò)此式可計(jì)算得出時(shí)間t,再考慮負(fù)荷變化時(shí)的初始時(shí)間和減負(fù)荷所需的時(shí)間,計(jì)算出最晚停機(jī)時(shí)間。

        2 功能演示

        借助C#窗體開(kāi)發(fā)編寫相應(yīng)程序?qū)﹂_(kāi)停機(jī)時(shí)間控制的實(shí)現(xiàn)[4,5],以金沙江下游裝機(jī)容量為13 860 MW 的某大型水電站右岸的數(shù)據(jù)做支撐,開(kāi)發(fā)相應(yīng)應(yīng)用程序。

        2.1 登陸界面

        登陸界面的組成較為簡(jiǎn)單,由歡迎語(yǔ)句和兩個(gè)按鈕組成,如圖1 所示:

        圖1 登錄界面示意

        其中開(kāi)機(jī)計(jì)算按鈕和停機(jī)計(jì)算按鈕分別用于開(kāi)機(jī)時(shí)間控制界面和停機(jī)時(shí)間控制界面。

        2.2 開(kāi)機(jī)計(jì)算界面

        開(kāi)機(jī)計(jì)算界面由若干標(biāo)識(shí)和輸入框以及一個(gè)計(jì)算按鈕組成,其中左邊的輸入框用于輸入數(shù)據(jù),而右邊的數(shù)據(jù)框用以顯示計(jì)算結(jié)果,如圖2 所示:

        圖2 開(kāi)機(jī)計(jì)算界面示意

        其中,水頭只能輸入154~228 之間的整數(shù),負(fù)荷的單位為MW,可以輸入0~6 930 之間的任意數(shù),時(shí)間采用特殊的模式,由6 位數(shù)字組成,比如282 250,這就代表28 號(hào)22:50:00,開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)代表的是當(dāng)前的開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù),范圍是1~9 之間的整數(shù)。對(duì)其輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算有如圖3 顯示:

        圖3 開(kāi)機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果

        從數(shù)據(jù)顯示可以看出,最早開(kāi)機(jī)時(shí)間可以是負(fù)荷變化開(kāi)始前的任何時(shí)間,這樣我們就可以選擇早一點(diǎn)開(kāi)機(jī),從而避免開(kāi)機(jī)時(shí)接班人員已到場(chǎng)而交班人員還在開(kāi)機(jī)的情況。

        2.3 停機(jī)計(jì)算界面

        停機(jī)計(jì)算界面與開(kāi)機(jī)計(jì)算界面相差不大,只是顯示標(biāo)識(shí)不一樣,如圖4 所示:

        圖4 停機(jī)計(jì)算界面示意

        同樣輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行停機(jī)的模擬計(jì)算,可以計(jì)算得到最早停機(jī)時(shí)間和最晚停機(jī)時(shí)間,手動(dòng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)選擇最早停機(jī)時(shí)間和最晚停機(jī)時(shí)間分別可以靠近機(jī)組運(yùn)行容量上限值和機(jī)組運(yùn)行容量下限值,這表明通過(guò)此算法計(jì)算是合適的。其計(jì)算結(jié)果如圖5 所示。

        圖5 停機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果

        3 結(jié)論

        通過(guò)編程得到窗體應(yīng)用程序,以此計(jì)算某大型水電站機(jī)組最早和最晚開(kāi)停機(jī)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)對(duì)電站調(diào)峰時(shí)機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間選擇,避免在運(yùn)行人員交接班或者有緊急操作時(shí)仍需進(jìn)行開(kāi)停機(jī)的操作,在一定程度上優(yōu)化了對(duì)運(yùn)行人員的安排;同時(shí),通過(guò)程序計(jì)算,大大提高了計(jì)算效率和正確率,避免了運(yùn)行人員通過(guò)負(fù)荷變化和機(jī)組出力限制口頭計(jì)算出開(kāi)停機(jī)時(shí)間可能出現(xiàn)的失誤而導(dǎo)致誤開(kāi)停機(jī),從而保障了電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行和提高了運(yùn)行人員的工作效率。

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