建立抽水蓄能電站應急響應模式的設想

周 坤，程 鵬

（山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東 泰安 271000）

0 引言

目前，國家電網公司提出了建設堅強智能電網的發展目標，抽水蓄能電站如何為建設堅強智能電網發揮作用，是擺在我們面前的一個重要課題。抽水蓄能電站機組啟動速度快，運行方式多樣靈活，自動化程度可達100%，尤其是其全站聯合負荷控制方式的應用可進一步提高抽水蓄能電站對電網的應急響應速度。目前，抽水蓄能電站的運行主要還是采用人工調度或電網調度員直接操控抽水蓄能電站機組的方式，這種方式無疑降低了抽水蓄能電站的應急響應速度。如果結合電網安全穩定控制系統的應用，利用其控制策略，直接將電網安全穩定控制系統的動作指令下發到抽水蓄能電站，抽水蓄能電站在全站聯合負荷控制方式下根據電網安全穩定控制系統的指令實現自動啟動機組發電運行或進行機組抽水工況轉發電工況運行，這將最大限度地發揮抽水蓄能電站對電網事故的應急響應能力。

1 電網安全穩定控制系統

電網安全穩定控制系統主要用于電網多個廠站的系統暫態安全穩定控制，滿足一個區域電網安全穩定控制的需要。

根據系統安全穩定的需要，電網運行方式人員通過大量的離線分析計算，總結出系統穩定的控制策略表，將該表置于電網安全穩定控制系統，電網安全穩定控制系統通過對電網數據實時采集和分析，如果判斷電網的運行工況符合某一項控制策略條件，則該系統將按照控制策略表的控制要求向電網發出控制指令。以某抽水蓄能電站參與控制的電網安全穩定控制系統為例，其功能原理見圖1。

圖1 電網安全穩定控制系統功能原理圖

2 抽水蓄能電站全廠聯合負荷控制系統

目前的抽水蓄能電站一般都具備全廠聯合負荷控制（Joint Control，以下簡稱JC）功能，就是把整個抽水蓄能電站當成一臺機組來控制。

當抽水蓄能電站監控系統的JC功能投入并接到全廠負荷設定值時，JC控制程序會將設定為JC模式的抽水蓄能機組（檢修或有缺陷的機組不會被設定為JC模式）按照預設定的機組優先級計算并合理地分配負荷，然后下達指令啟動相關機組。 此時，被啟動機組同時按照機組啟動程序開始啟動，水輪機調速器會控制頻率直到機組并網，并網后機組調速器轉到負荷控制方式，并調節機組負荷至JC程序分配的目標負荷。

機組啟動優先級的設定，是指電站監控系統在接收到全廠總負荷設定值之前，JC程序會計算目前電站各個機組的運行狀態和可用功率，然后對所有投入JC的機組的啟動順序按照最經濟的方案進行排序，下一步機組的啟動將按照這種排序進行。

當其中某臺機組因異常情況不能響應控制指令時 （如輔機啟動失敗，導致機組不能啟動），JC程序會自動地將控制指令轉移給優先級次之的其它機組。

機組在JC模式下運行時，JC程序會不斷地計算全廠負荷設定值和實際負荷的差值，這樣就會根據全廠負荷設定值的變化調整機組負荷或啟停機組。

機組在抽水工況運行時，如果電網出現異常情況，JC程序也可根據調度指令控制機組由抽水工況轉到發電工況運行，最大限度地保證電網的安全。比如，某抽水蓄能電站全部4臺機組在抽水運行，此時電網遇到緊急情況，電網調度員發出指令 “緊急切除所有機組抽水，并轉發電負荷400MW”，電站操作員將電站控制模式設為JC模式，并設定全廠負荷“+400MW”，控制系統會瞬間完成所有抽水機組解列，同時啟動兩臺機組轉發電工況，負荷各自分配為“+200MW”，另外兩臺機組進入停機備用狀態。

另外，抽水蓄能電站AGC功能即包括單機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AGC，則該機組根據電網AGC負荷指令運行；當抽水蓄能機組投入JC控制模式時，AGC指令是針對整個電站而不是某一臺機組，這時再投入AGC，所有投入JC控制模式的抽水蓄能機組將根據EMS下發的全廠AGC指令，按照最優經濟分配負荷的策略，自動啟動相應臺數的機組或調整全廠負荷；這種控制還能降低每臺機組調節的頻繁程度，進一步提高負荷分配的經濟性。

3 基于電網安全穩定控制系統和電站聯合負荷控制系統下的抽水蓄能電站應急響應控制模式

3.1 控制模型的建立

如果將電網安全穩定控制系統、抽水蓄能電站全廠聯合負荷控制系統以及全廠AGC功能結合到一起，將實現“基于電網安全穩定控制系統和電站聯合負荷控制系統下的抽水蓄能電站應急響應控制模式”。這種模式下，電網安全穩定控制系統將控制指令自動下達給抽水蓄能電站，在JC模式下，抽水蓄能電站監控系統接到這個指令后會自動啟停機組或調整機組負荷來響應電網安全穩定控制系統的指令，整個響應過程都是自動完成的，可實現抽水蓄能電站最快速的事故應急響應。其次，抽水蓄能電站機組在完成應急響應動作后，還可以根據電網調度要求再投入全廠AGC功能，實現全廠負荷調整自動跟蹤整個電網的需要。

建立一個簡單的系統構成模型，如圖2所示。

圖2 抽水蓄能電站應急響應控制模型

3.2 應急響應控制系統的運行方式

電網安全穩定控制系統始終投入運行，其指令處于最優先控制級別；一般情況下，JC功能應投入，抽水蓄能電站的AGC功能則根據電網調度的指令投入或退出。

在電網遇到緊急情況時，電網安全穩定控制系統動作，發出指令，抽水蓄能機組按照電網安全穩定控制系統的控制指令，在JC模式下自動啟動發電或切除抽水機組運行 （不考慮安全穩定控制系統發出緊急抽水指令），直到電站運行狀態符合安全穩定控制系統發出的指令后，安全穩定控制系統指令信號消失，但抽水蓄能電站仍保持前面的運行狀態不變。

此時根據電網運行需要，可按照調度員的指令投入全廠AGC，抽水蓄能機組將按照AGC指令運行；如果此時電網安全穩定控制系統再次發出指令，則該指令優先于AGC指令，抽水蓄能電站將按照電網安全穩定控制系統指令運行。

只有在電網調度要求機組按照調度員指令進行控制時，JC功能才允許退出，在JC功能退出的情況下，電網安全穩定控制系統將不起作用。

3.3 電網安全穩定控制系統對抽水蓄能電站的控制策略

電網安全穩定控制系統對抽水蓄能電站的控制策略主要有以下幾個方面，以裝機4臺300MW機組的抽水蓄能電站為例。

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

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

部分或全部機組由抽水工況轉換為部分或全部機組發電工況（-300～-1200MW 轉 300～1200MW）。這種情況就比較復雜了，如果負荷變化差小于1 200MW，則不需要工況轉換，解列抽水機組運行的同時，啟動另外機組發電即可；如果負荷變化的差值大于1 200MW，則必然有某臺或全部機組由抽水工況轉發電工況。最嚴重的工況就是4臺機組全部由抽水工況轉為發電工況。

3.4 應急響應控制系統的優點

從以上分析可以看出，上述控制方式的最大優點是應急響應過程全部自動完成。加上抽水蓄能電站機組啟動速度快，一般從靜止到發電只需要2Min，從抽水工況轉發電工況也只需要7～8Min。另外，聯合負荷控制下，全廠機組的控制就象控制一臺機組，要比一臺一臺的人工控制減少操作時間。拿最嚴重的4臺機組由抽水工況轉為4臺機組發電工況而言，這種模式完成目標負荷的時間，比人工操作要少10Min左右，可以想象，電網如果出現這種情況，10Min是非常重要的。

4 結語

無論是電網安全穩定控制系統，還是抽水蓄能電站全廠聯合負荷控制系統，在技術上都是成熟的，在許多電網都得到應用。基于上述兩個系統的抽水蓄能電站應急響應控制模式的設想如果得到實現，無疑將最大限度地發揮抽水蓄能電站對電網事故的應急響應能力，對提高電網的智能化水平和可靠性發揮極大的作用。