溧陽抽水蓄能電站負荷成組及緊急支援控制

呂 斌，貢晨暉，吳 浩，陸 翔

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發電有限公司，江蘇溧陽213334)

0 引 言

目前，特高壓交直流混合輸電的形勢使華東電網安全穩定運行及緊急事故處理面臨更新、更嚴峻的挑戰。在大功率交直流輸電線路發生功率缺額等緊急事故的情況下，由抽水蓄能電站提供遠方緊急支援是調度端必要的技術手段之一。抽水蓄能電站具有多種運行模式，可在負荷高峰時段向電網提供電能，從開機至額定出力一般只需要3～4 min，額定出力至停機也僅需7～8 min；還可以在負荷低谷時段啟動水泵把下游水庫的水抽回上游水庫，將水能儲蓄備用。其負荷快速反應跟蹤能力、頻繁工況轉換適應能力使其具備調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等多種功能[1]。溧陽抽水蓄能電站(以下簡稱“溧陽電站”)身處華東電網負荷中心，距上海305 km，共裝有6臺單機容量為250 MW的可逆式水泵水輪-發電電動機機組，總裝機容量為1 500 MW，擔負華東電網的調峰、填谷、調頻及事故備用等任務。溧陽電站于2018年2月正式投入負荷成組控制系統，于2018年5月底完成了緊急支援控制系統的聯調，實現了在電網故障情況下具有緊急支援的作用。

1 負荷成組功能與控制要求

1.1 功能

負荷成組控制系統是以電站為一調控單元，根據電站總負荷指令，自行計算分配機組負荷、自動進行機組啟停控制，滿足電網對電站負荷需求。負荷成組的實現基于南瑞NC3.0系統的成組控制器及其編程軟件，當電站的控制方式在全廠成組“投入”，處于“成組”模式下的機組啟動和停機將直接由成組軟件自動控制。成組總負荷指令以人工負荷設定或調度日負荷計劃曲線執行。調度96點日負荷曲線DLC采用DL476規約通過調度數據網一平面、二平面傳輸至負荷曲線下載服務器，并通過101規約將負荷曲線數據傳輸至計算機監控系統成組模塊。

負荷成組控制方式分實時控制和計劃曲線陽抽水蓄能電站廠用電運行方式淺析控制。實時控制為指令控制和AGC控制，指令控制包括調度側人工負荷設定和電站側人工負荷設定，AGC控制則僅限于調度側且發電工況；計劃曲線控制則按照調度下發的日負荷計劃曲線執行，具體功能框架見圖1。

圖1 華東電網抽水蓄能電站負荷成組控制及緊急支援基本功能示意

1.2 控制要求

全廠成組投入條件為至少有1臺機組在成組模

式，機組成組模式的投入條件為機組無事故信號、機組處于可調狀態和機組LCU通訊無故障。負荷成組控制自動開停機時選擇機組的邏輯順序由機組的優先級的決定。機組的優先級設定值范圍為0～6，值越大優先級越高，優先級邏輯按早開早停設置，在某些異常情況時，運行人員可隨時在全廠機組穩態時調整機組的優先級來滿足安全運行的需要。具體功能畫面如圖2所示。

日負荷曲線是常用的負荷指令方式，機組的自動啟停是以下一時間點的負荷設定值為目標來執行的。根據調度下發的負荷成組定值要求，發電開機單臺提前14 min，2臺機啟動時，第1臺提前14 min、第2臺提前8 min，3臺機啟動時，第1臺提前14 min、第2臺提前8 min、第3臺提前6 min；發電停機單臺提前11 min，2臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min，3臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min、第3臺提前5 min；抽水調相轉抽水單臺提前11 min，2臺機啟動時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min，3臺機啟動時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min、第3臺提前5 min；抽水停機單臺提前11 min，2臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min，3臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min、第3臺提前5 min。

圖2 溧陽抽水蓄能電站負荷成組及緊急支援控制監控畫面

電動工況啟動控制采用SFC拖動方式，啟動采用按照日計劃曲線安排，提前30 min自動觸發機組的SCP工況。

成組控制的機組啟停模塊具備電網頻率波動自動閉鎖功能，頻率高于50.04 Hz時閉鎖發電工況啟動或電動工況停機，頻率低于49.96 Hz時閉鎖發電工況停機組或電動工況啟動。

2 緊急支援功能與控制要求

2.1 功能

緊急支援系統是當電網發生大功率失卻、系統頻率嚴重偏離正常范圍時，由電網主站側遠方緊急支援控制系統根據電網運行情況，調用抽水蓄能電站可支援容量，實現遠方緊急功率支援以快速恢復電網頻率的功能。

遠方緊急事故支援是成組負荷控制附加功能模塊，是在成組96點日計劃曲線負荷設定P0基礎上通過疊加正整數緊急支援附加值△P，由成組控制直接啟/停機組投入電網緊急事故支援控制。當電站運行在停機或發電工況，緊急支援投入將通過調用機組旋轉備用、直接啟動發電機組；當電站運行在水泵工況，緊急支援投入將作用于水泵停機組；當電站運行在SCP工況，緊急支援投入將自動閉鎖下一負荷計劃點要求的SCP到水泵工況的轉換[2]。

2.2 控制要求

電站側緊急支援功能投入運行需具備的條件：全廠成組控制方式投入，控制系統運行在96點計劃曲線模式，電站與調度主站控制系統之間數據通信正常，工況信息反饋正確及可支援容量計算正確。

2.2.1 工況反饋

在任何時刻，電站都會給華東調度中心上傳顯示唯一的工況信息。工況分發電(包括停機)、電動及SCP(SCT)調相三種工況：①電動工況。有機組在電動工況或有機組在電動目標工況或有機組在電動轉停機工況。②調相工況。電站總負荷指令為0，且有“成組”工況機組在SCP(SCT)工況或SCP(SCT)目標工況。③發電工況。其他工況，即電站不在“電動工況”或“SCP(SCT)調相工況”。

2.2.2 可支援容量計算

電站可支援容量表征了電站當前能夠對電網提供緊急事故支援的能力，包含了當前時刻Tc可支援容量和T1計劃點時刻可支援容量，這兩個參數的正確性和可靠性是實現緊急支援功能的基礎。電站可支援容量的計算原則如下[3]：

(1)發電工況當前時刻Tc可支援容量為成組運行機組旋轉備用及成組停機機組容量之和。

(2)發電工況下一時刻T1可支援容量為電站總成組容量與下一時刻負荷計劃的差值。

(3)電動工況當前時刻Tc可支援容量為成組運行機組電動容量。

(4)電動工況下一時刻T1可支援容量為下一時刻負荷計劃的電動容量。

(5)調相工況當前時刻Tc可支援容量為0。

(6)調相工況下一時刻T1可支援容量為下一時刻負荷計劃的電動容量(若負荷計劃要求轉抽水)。

3 試驗過程與注意事項

3.1 負荷成組試驗過程

負荷成組控制試驗項目包括：模式功能檢查、模式切換試驗、故障安全測試試驗、負荷設定(ALSP)方式下發電工況功能測試、電站負荷曲線(DLC)方式下發電工況功能測試、電站負荷設定(ALSP)方式下電動工況功能測試、電站負荷曲線(DLC)方式下電動工況功能測試及電站負荷曲線(DLC)方式下SCP自動啟動功能測試。

試驗過程中主要遇到開機失敗后的啟機邏輯無效、CP與P同時啟動時邏輯混亂、優先級因開停機失敗而導致混亂、開停機提前時間錯亂、低水頭有功調節上限設置不符合實際等問題。經對邏輯多次優化改進后，負荷成組現已滿足運行要求。

3.2 緊急支援試驗過程

緊急支援廠內試驗項目包括：故障安全測試試驗、發電工況緊急支援投入和退出測試、抽水工況緊急支援投入和退出測試。

緊急支援聯調試驗項目包括：測試緊急支援功能分別在發電工況、調相工況和抽水工況，計劃出力不變階段、計劃出力變化階段及主站下發中止命令時，緊急支援全功能過程邏輯的正確性，主站與電站之間遙調信號及返回、電站動作的正確性及時間特性。

試驗過程中主要遇到當前可支援容量Tc及下一時刻可支援容量T1在啟停過程中計算有毛刺等問題，經多次優化改進后，邏輯現已滿足運行要求。

3.3 負荷成組對兩套SFC運用的注意事項

溧陽電站6臺機組，配置有兩套SFC，抽水啟動母線設置有分段隔離閘刀。負荷成組控制邏輯初期，程序1次只能控制1臺機組執行抽水啟動。此邏輯既影響抽水啟動效率，又容易出現抽水啟動失敗后不能達到抽水負荷計劃的情況。經對成組控制邏輯、監控啟機流程及SFC流程的共同優化，現邏輯修改為正常情況下，以啟動母線分段閘刀為分斷點，負荷成組系統控制一套SFC默認只能啟動相同側的3臺機組，2套SFC可同時啟動，分別拖動各側的1臺機組。在負荷成組控制畫面中，設置有兩套SFC的可用或故障狀態的監控狀態強制鍵，以滿足1套SFC跨啟動母線啟動另一側3臺機組的需要。故負荷成組系統在抽水啟動邏輯中應充分利用兩套SFC的優勢，大大提升了電站抽水啟動效率及啟動靈活性。

3.4 機組啟停優先級邏輯的注意事項

原負荷成組系統邏輯中，機組開停機優先級由人為設定值、開停機失敗情況、機組運行時間等綜合因素計算出開停機綜合優先級；但在試驗及試運行過程中出現過因開機失敗等原因導致的開停機順序混亂的情況。從實際運行情況來看，人為分析判斷機組運行性能和及時處置機組異常運行情況更為可靠；故，邏輯修改為機組開停機優先級只根據人為設定值。

原機組啟停邏輯為早開晚停模式，經常導致優先級高的機組在發電抽水點時間間隔短的時候銜接不上；另外還會導致優先級高的機組從最早開到最晚停，有的時候長時間運行達7～8 h，運行時間相比其他機組時間偏長很多，加大了機組設備損耗和長時間運行風險。為此要求負荷成組邏輯修改為早開早停模式，解決了發電抽水時間間隔短時的銜接不上的問題，避免了機組運行時間不均衡問題。

4 結 語

溧陽電站負荷成組及緊急支援控制系統現已投入運行，因功能邏輯還需在各種異常情況下進一步驗證，所以目前暫時處于人工指導模式下運行；待負荷成組及緊急支援功能邏輯驗證正確無誤后，將會設置在全自動模式運行，以使溧陽電站在華東電網中發揮更大的作用。