淺談抽水蓄能電站聯合控制策略

項 捷

（原上海市電力公司電力科學研究院，上海市 200437）

淺談抽水蓄能電站聯合控制策略

項 捷

（原上海市電力公司電力科學研究院，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，其靈活的調控方式，迅速的調節響應，賦予電網智能化雙向調控的空間。本文在華東電網各抽水蓄能電站負荷成組已投入運行的基礎上，進一步介紹了抽水蓄能電站聯合控制的基本構架，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，為電網應對大功率輸送、大規模間歇性電源接入提供可能的手段。

聯合控制；負荷成組控制；發電旋轉備用裕度；電壓成組控制

0 引言

隨著我國新能源戰略的實施，以風能、太陽能、光伏為主的新能源發電得到了迅速發展，受自然條件的影響，新能源發電容量及持續時間的不穩定性和不確定性制約了其廣泛的應用。

作為大型儲能電源，抽水蓄能集發電、抽水、調相工況于一身，特有的機組啟停及工況轉換迅速的優勢，賦予電網有功和無功雙向調控空間，在國家推進分布式電源和發展智能電網的背景下，在確保抽水蓄能機組、水工設施安全、保障電站經濟利益的基礎上，充分利用抽水蓄能電站的優勢，服務好電網。

抽水蓄能聯合控制是以電站為調控對象的網源協調控制，目前部分電站根據電網要求已投入了負荷成組控制，但由于各電網能源結構、用戶需求等差異，各電網對電站聯合控制的要求是不同的。

結合蓄能機組的特點，從網源協調需求入手，在梳理現有電站聯合控制設計思路的基礎上，探討和研究通用蓄能電站聯合控制策略。

1 聯合控制的基本框架

借鑒國外設計，抽水蓄能電站聯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、機組自啟停控制功能，基本框架見圖1。

2 控制模式的選擇

抽水蓄能電站聯合控制方式按機組、電站和系統（電網）分層設計，各層模式選擇相互獨立，又相互關聯。

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/無功調整獨立于聯合控制，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、操作員指導模式和手動模式三種：

（1）自動模式。意味電站聯合控制系統投入，系統依照電站設置指令或調度下發的負荷/電壓計劃曲線，自行計算機組的有功/無功指令，根據指令自動觸發相應機組啟停控制，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）操作員指導模式。類似于“自動”模式，只不過需要操作員對系統自行計算單臺機組的有功/無功指令以及機組啟停控制進行確認，是一種半自動模式。

（3）手動模式。機組的啟停和指令設置由操作員人工操作。當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（電網）控制模式是電網AGC/AVC控制模式，其要求電站控制模式必須在“自動”模式，電站操作權限切換到“電網（遠方）”控制，系統控制模式只能在電站側選擇切換。

圖1 抽水蓄能聯合控制基本框圖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，因此遙調和遙測信息按照電網符號定義，發電工況為“正”（＋），電動工況為“負”（－）。

3.1 有功調控方式

聯合控制負荷成組分計劃曲線和實時控制兩種方式。

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

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

3.2 發電成組控制

無論是實時控制還是日計劃曲線控制，對發電成組控制而言區別只是接受的電站總負荷設定是連續或斷續的，發電成組控制根據電站發電可調范圍，計算和平均分配各機組負荷設定，并根據機組啟停優先級，自動觸發相應機組LCU發電啟停控制、設定發電負荷。

機組LCU在接受到控制指令后實施啟停控制，調速器按照機組LCU的發電負荷設定進行閉環調節。

發電成組控制一般按下列方式計算：

（1）成組機組負荷設定P成組。

式中：P總設定——電站總負荷設定（+）；

P成組——成組機組負荷設定；

N——機組臺數，1≤N≤“成組”機組臺數；

P1——機組安全運行的最小功率；

P2——機組額定發電功率。

（2）電站發電工況最大可調容量及范圍。

3.3 電動成組控制

目前，國內抽水蓄能機組在電動工況用電負荷無法像發電一樣連續調節負荷，因此電動成組控制將根據電站總負荷設定（－）計算出需要機組啟停臺數，自動觸發機組水泵啟停控制。

電動成組控制按如下規則計算電動成組臺數

式中：P總成組——電站總負荷設定（－）；

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，一種是根據負荷指令直接觸發機組從停機到水泵工況的啟停控制，另一種觸發機組從水泵調相到水泵工況的轉換，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

蓄能電站在電網中一般為終端電站，正常情況下，發電工況時電站作為電源點，基本滿足電網母線電壓考核要求；電動工況時電站為負荷點，而電動工況運行電網一般安排在電網負荷較輕、電網電壓較高時段。

4.1 無功調控方式

類似的，無功成組調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控制和無功開環控制兩種。

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

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

（3）無功設定值。電站聯合控制將根據下達的無功指令，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為單元，為了避免同一單元主變低壓側電壓的不一致引起在兩臺主變間的無功環流，同一單元的機組不論在“成組”還是在“單機”，無功設定應盡可能保持一致，因此計算獲得的電站總無功設定按平均分配的原則計算。機組無功設定見式（4）

式中：Q電站——電站無功總設定；

Q機組——機組無功設定；

N——并網運行機組的臺數；

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運行的，電站無功控制在發電和抽水工況調整手段有：

（1）發電工況。當電站機組在發電工況時，電站聯合系統可以利用機組發電工況進相和調相能力來維持母線電壓；當電站部分機組在成組備用（停機）狀態，若電站無功調節超出其可調范圍，可設計啟動停機機組調相，不過若采用有功控制優先設計，一旦電網有發電需求，系統將自動將調相機組轉換到發電工況。

（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，為了避免由于水頭的變化導致電站電壓的波動，同時確保機組運行在穩定的極限范圍內（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）機組調相。

（3）調相工況。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相工況進行電壓輔助調整。

5 結論

隨著電網內抽水蓄能資源的增加，抽水蓄能未來電網的發展中作用受到關注，作為網源協調的主要手段，安全、可靠又不失靈活的電站聯合控制是電網所希望的，因此統一對電站聯合控制的認識，規范技術要求，采用功能模塊化設計方案來滿足電網需求的差異是至關重要的。

［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控技術評析［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).

［2］高蘇杰.抽水蓄能的責任［J］.水電與抽水蓄能.2015，1（1）：1-7.GAO Sujie.The responsibility of pumped storage［J］.Hydropower and Pumped Storage,2015,1(1):1-7.

［3］周攀.基于有限狀態機的抽水蓄能機組工況轉換控制［J］.水電與抽水蓄能，2015，1（1）：91-96.ZHOU Pan.The condition transformation control strategy for pumped-storage power station based on finite state machine［J］.Hydropower and Pumped Storage,2015,1(1):91-96.

［4］楊文道，張巖雨，潘菊芳.抽水蓄能機組電動工況啟動的自動控制［J］.水電與抽水蓄能，2015，1（2）：16-21.YANG Wendao,ZHANG Yanyu,PAN Jufang.The automatic control of the pumped start-up of the pumpedstorage unit［J］.Hydropower and Pumped Storage,2015,1(2):16-21.

［5］黃楊梁，邵霞.自動電壓控制在抽水蓄能電站應用研究［J］.水電與抽水蓄能，2016，2（2）：78-82.HUANG Yangliang,SHAO Xia.Automatic voltage control in the application of pumped storage plant［J］.Hydropower and Pumped Storage,2016,2(2):78-82.

項 捷（1957—），女，高級工程師，主要研究方向：電網及電站自動化。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 學科代碼：570.15

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