抽水蓄能电站负荷成组控制和紧急支援策略研究与实现

龚传利，陈绪鹏，连雪广，叶芾芃，张 茜

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.长龙山抽水蓄能电厂，浙江 安吉 313300；3.中国三峡建工（集团）有限公司，北京 101199）

0 引言

长龙山抽水蓄能电站位于浙江安吉县，电站有6 台发电机组，单机发电容量35 万kW，总装机容量为210 万kW。电站参与华东电网调峰、填谷、调频、调相等任务，促进风电、光伏等新能源平稳并网，这要求电站有良好的调节性能。抽水蓄能电站工况变化复杂，同时作为超高水头、高转速、大容量电站，对监控系统的稳定性、可靠性、实时性、智能化提出了很高要求。该电站计算机监控系统采用北京中水科水电科技开发有限公司H9000 V4.5 计算机监控系统[1]。

为了满足华东电网调峰调频任务，长龙山电站AGC 功能分为两部分，一是负荷成组控制；二是应急事故支援。负荷成组控制功能，指以电站为调控单元，根据电网给定有功功率或负荷曲线，计算分配各机组有功，必要情况下，进行机组自动发电和抽水启停控制，满足电网对电站负荷需求。应急事故支援功能，指当电网发生大功率缺失、系统频率严重低于正常范围时，由电网主站侧远方紧急支援控制系统根据电网运行情况，调用抽水蓄能电站可支援容量，实现紧急功率支援以快速恢复电网频率的功能。本文针对这两方面功能结合华东电网考核要求进行深入研究，并提出实现方法。

1 负荷成组控制

1.1 控制模式

电站控制模式分为“开环”、“闭环”、“指导”三种模式，其中，“开环”模式，程序计算分配各机组有功优化分配值，并将优化值在界面上显示，但不下发指令，操作员需手动下发指令；“闭环”模式，程序计算分配各机组有功优化分配值，并自动下发调功和开停机指令；“指导”模式，程序计算分配各机组有功优化分配值，并自动下发调功指令，开停机指令需操作员确认后下发。

1.2 负荷成组拉斜线控制策略

1.2.1 当前负荷曲线目标值

华东电网每天通过101 规约下发负荷曲线，负荷曲线分为今日负荷曲线和明日负荷曲线，每天23：59：50，电站AGC 程序自动将明日负荷曲线拷贝至今日负荷曲线。负荷曲线一天共96 个曲线点值，间隔15 min 一个点。如果仅仅按照时间点调节，就可能出现大幅度阶跃，对电网安全带来隐患。譬如：08：00 曲线值是350 MW，08：15 曲线值是700 MW，如 果08：00～08：15 维 持350 MW，08：15 以 目标为700 MW 调节，这样突然大幅增有功350 MW，不利于电网稳定。根据电网考核要求，目前针对这种情况处理方法是，08：00 曲线值与08：15 曲线值，两点连线，每分钟零秒钟读对应斜线对应值，作为当前1 min 有功目标值。任何时间点，均处于两点15 min间隔里，Tc为当前点，前一点为T0，后一点为T1，T0≤Tc≤T1。

设T0时刻曲线值为PT0，T1时刻曲线值为PT1，则当前有功目标值见式（1）。

1.2.2 发电方向上开停机策略

（1）给定有功模式

根据抽水蓄能电站启停方便的特点，以节水为原则和避免频繁开停机计算最佳运行台数，基于此制定开停机策略。预先设置开停机优先级顺序，开机和停机优先级顺序分开设置，数字小的优先级高。

发电方向开机条件：

其中：

PTc为当前有功目标值；

Pmax为当前AGC 可调发电机组最大有功之和；

Pss-ab为预设置开停机死区；

Pno-AGC为单控机组实发总有功。

发电方向停机条件：

其中：

PTc为当前有功目标值；

为当前AGC 停1 台发电机组最大有功之和；

Pno-AGC为单控机组实发总有功。

（2）负荷曲线模式

负荷曲线模式运行，华东网调是按照全厂实发总有功与每分钟负荷曲线目标值偏差大小进行考核，偏差超过考核值将扣发电积分，首台机组并网后开始考核监测。

当前分钟负荷曲线给定值，减去未成组机组的实发总有功，根据（4）和（5）计算T0时刻的成组发电机组台数nT1，同理可计算T1时刻的成组发电机组台数nT1。根据华东电网要求，需满足：|nT0-nT1|≤3，当nT0＜nT1时，启动机组；当nT0＞nT1时，停机组。

如果

其中：Pumax表示当前水头下机组可发最大有功。

根据该考核规则，对于首台机组开机的情况，该厂机组并网带负荷175 MW，那么需要用175 MW 在负荷曲线中找到位置，倒推确定开机时间。譬如PT0为0 MW，PT1为350 MW，那么负荷曲线中175 MW的时间位置在7.5 min，机组开机过程持续时间约为3 min，那么需要在该时段的4.5 min 位置进行开机，这样才会避免被考核。

对于最后1 台机组停机，需在负荷曲线中选择175 MW 位置，如果本时段只有1 台机组发电，PT0为350 MW，PT1为0 MW，则7.5 min 时，曲线值为175 MW，则可以选择该时间停机。如果PT0为700 MW，PT1为0 MW，则11.25 min 时，曲线值为175 MW，可选择该时间停机。

对于非首台开机和非最后1 台停机，通过机组调节可以满足负荷曲线要求即可，电厂根据机组特点配置提前启停时间。

1.2.3 抽水方向开停机策略

抽水方向开停机，因为目前机组抽水有功功率不可调且为最大抽水容量-360 MW，所以调度给定的抽水方向有功功率均为最大抽水容量的整倍数，所以抽水机组台数根据给定有功功率可直接求出。负荷曲线模式下，计算T0和T1时刻的成组抽水机组台数nT0和nT1，根据华东电网情况，需满足：|nT0-nT1|≤3，当nT0＜nT1时，启 动 机 组；当nT0＞nT1时，停机组。

抽水开机需先选择SFC[2]，才能发抽水调相令或抽水令，该电站1 号，2 号，3 号机优先选择1 号SFC，当选择不成功时，再选择2 号SFC，如果两个SFC 均选择失败，则将该机组退出成组；同理，4 号，5 号，6 号机优先选择2 号SFC，当选择不成功时，再选择1 号SFC，如果两个SFC 均选择失败，则将该机组退出成组。

老井在院子的西南角，比较偏僻，但柳红哗哗的冲水声却特别醒耳，今天她是怎么啦，跟自己有仇似的，一桶桶井水往自己头上倒。是的，柳红今天太有仇了，她恨自己，恨自己冲洗不掉癞阿小抓过胸口的奇痒，冲洗不掉耳边苏秋琴的叫床声，冲洗不掉小腹上公公压过的硬梆梆的感觉……今天，有太多的人往她体内塞了太多的东西，她不想要，她要把它们统统洗掉，但是，她不能够，反被它们肆意地骚扰着。

因为停机开机至抽水调相需要时间较长，通常需要7～8 min，如果两个曲线点间隔15 min 内开2～3台机组至抽水，直接发停机至抽水令，15 min 无法完成，通常提前至前一个15 min 时段由停机开至抽水调相，本15 min 时段再有抽水调相转抽水。即Tc为当前点，前一点为T0，后一点为T1，再后一点为T2，如果T1～T2时段需要开机至抽水，则需要在T0～T1时段开机至抽水调相，开机台数为T2时刻需要增开的抽水机组台数，在T1～T2时段再由抽水调相转抽水。开机至抽水调相、抽水调相转抽水时间可以预先设置。另外，需考虑15 min 时段内，抽水方向开2 台机组需避免在同一管的，其中1 号、2 号机为同一管，3 号、4 号机为同一管，5 号、6 号机为同一管。

1.2.4 开停机有功调节策略

开机过程中，非开停机机组需及时根据曲线当前分钟时段有功值进行补偿调节，确保总有功紧跟曲线两点拉斜线值。当前15 min 时段机组需要停机，减负荷应优先减优先停机机组，等该机组减至175 MW 时，再减其他机组，这样可以防止对于机组发停机时仍然带高负荷。

图1 首台单机组发电开机

图2 最后1 台单机组发电转停机

1.2.5 有功分配策略

发电方向成组控制根据电站总负荷设定，在扣除电站所有“单机”实发总有功后，按“成组”机组步长修正等容量比例分配法[3]，计算和分配机组的有功，因为该电厂机组容量相同，所以平均分配计算目标有功。

单台“成组”机组负荷设定Pi，即：

其中：

Pno-AGC为单控机组实发总有功；

factor[i]为当前机组容量比例系数；

factor总为可调机组发电态机组容量比例系数总和。

当总有功给定增加时，在当前各机组有功给定基础上，选择有功给定容量比例最小的机组优先增加一个预设分配步长，如果总有功给定值未分配完，再次选择当前有功给定容量比例最小的机组增加一个预设分配步长，如果剩余有功给定值分配额小于步长，将该机组增加剩余分配额，依次类推，直至将总有功给定值分配完成。总有功给定减少时，与总有功给定增加方法类似。基于上述方法，给定值变化不大时，1～2 台机组参与调节即可完成有功分配，避免了机组频繁调节，同时也防止因为按照容量比例分配，机组分配值在调节死区内，导致机组拒动。

2 电网紧急事故支援功能

紧急事故支援是当电网系统频率严重低于正常范围时，通过调控抽水蓄能电站可支援容量，从而对电网紧急功率支援，紧急事故支援是成组负荷控制的扩展功能。

2.1 机组工况

（1）抽水工况：有机组在抽水态或抽水转停机过程或停机转抽水过程。

（2）抽水调相工况：电站总负荷指令为0，且有“成组”工况机组在抽水调相工况或抽水调相目标工况。

（3）发电工况：不属于上述工况的其他工况，包括发电或停机等工况。

2.2 紧急事故支援指令

网调下发紧急支援令为0～100 数字。当收到网调下发11 时，表示准备投入；当收到网调下发22 且已经收到11 时，表示投入，此时可以读取下发的紧急支援附加值Δp，该值叠加到当前时段目标值PTc上，PTc+Δp作为当前最终目标值。当收到网调下发33 时，表示准备退出；当收到网调下发66 且已经收到33 时，表示退出。如果在投入过程中，收到77 指令，表示紧急支援中止，此时退出紧急支援，且保持当前负荷不变，退出电厂成组功能，机组单控运行，如果需要投入成组，需要操作员手动投入。

2.3 紧急事故支援控制策略

紧急支援附加值Δp一定是正数，紧急支援投入后，当机组运行在发电工况时，通过发电开启备用机组或者调用旋转备用容量；当机组运行在抽水工况时，抽水机组停机用来满足紧急支援；当处于抽水调相工况时，闭锁下一计划点要求的抽水调相转抽水工况转换。该模式下以PTc+Δp作为当前最终目标值，开停机策略同负荷成组控制模式。

2.4 当前时刻Tc 可支援容量

电站当前时刻Tc 可支援容量，体现了电站当前能够对电网提供紧急事故支援的能力，网调要求上送当前时刻Tc 可支援容量和T1计划点时刻可支援容量两个参数，下列以计算Tc 时刻为例，计算可支援容量Pc-Tc，T1时刻计算方法相同。

（1）发电工况

其中：

n：为成组可调机组中处于稳态工况机组台数；

Pumax：为机组当前水头最大可调有功功率；

Pi：为第i 个成组可调机组稳态工况目标负荷设定值；

（2）抽水工况

其中：

n：为成组可调机组中处于抽水稳态工况机组台数；

PP-max：为机组抽水额定容量；

（3）抽水调相工况

该工况下可支援容量为0。

7 结语

目前长龙山抽水蓄能电站已经完成了成组控制试验和紧急支援功能试验，试验满足华东电网最新要求，自2022 年8 月投运以来运行良好。该电站控制策略根据华东网调新的计划曲线拉斜线考核方式研制，很好满足了发电方向和抽水方向开停机过程中负荷曲线考核要求，抽水方向开机策略针对两个曲线点间隔15 min 内该多台机情况，也给出了解决方案，最后介绍了紧急事故支援功能指令、控制策略和计算可支援容量方法。文中介绍的策略，适用于华东电网调度的抽水蓄能电站，其他电网调度抽水蓄能电站也可以参考。