基于“大機(jī)小網(wǎng)”電網(wǎng)需求的抽水蓄能機(jī)組抽水工況啟停速度優(yōu)化研究

陳 偉，張 丹，岳鵬超

(海南蓄能發(fā)電有限公司，海南海口570100)

0 引 言

目前海南電網(wǎng)與廣東電網(wǎng)主網(wǎng)之間僅通過(guò)一回海底電纜連接，海南昌江核電裝機(jī)容量(2×650 MW)所占海南電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷約30%，因此海南電網(wǎng)是典型的“大機(jī)小網(wǎng)”。在聯(lián)絡(luò)線檢修或故障時(shí)的孤網(wǎng)條件下，這一特性更將成為制約海南電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。“大機(jī)小網(wǎng)”特點(diǎn)要求海南電網(wǎng)和發(fā)電廠必須考慮電力系統(tǒng)頻率特性及應(yīng)對(duì)策略。

海南瓊中抽水蓄能電站安裝3臺(tái)單機(jī)容量為200 MW的可逆式混流式水泵水輪機(jī)組。該電站以220 kV電壓等級(jí)出線接入海南電網(wǎng)，用于緩解海南由于昌江核電機(jī)組投產(chǎn)帶來(lái)的調(diào)峰問(wèn)題，并承擔(dān)海南電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動(dòng)等任務(wù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

海南瓊中抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組動(dòng)態(tài)調(diào)試期間，抽水工況開(kāi)停機(jī)過(guò)程功率快速變化造成海南電網(wǎng)頻率波動(dòng)最大值超過(guò)±0.10 Hz。為避免頻率波動(dòng)加劇造成高頻切機(jī)第一輪動(dòng)作，根據(jù)海南中調(diào)評(píng)估的其他電廠AGC調(diào)節(jié)能力，海南電網(wǎng)公司提出要求：不允許瓊中抽水蓄能電站兩臺(tái)及以上機(jī)組同時(shí)抽水工況開(kāi)停機(jī)；機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)升負(fù)荷過(guò)程中二級(jí)濺水功率(-33 MW)到滿負(fù)荷(-205 MW)從25 s調(diào)整到50 s以上；機(jī)組抽水工況停機(jī)降負(fù)荷過(guò)程中1號(hào)機(jī)組從滿負(fù)荷(-205 MW)到出口斷路器分閘時(shí)間從11 s調(diào)整到40 s以上。

1 抽水工況開(kāi)停機(jī)過(guò)程分析

1.1 抽水調(diào)相(PC)→抽水(P)開(kāi)機(jī)過(guò)程

機(jī)組抽水調(diào)相工況(PC)有功功率約為-3 MW，機(jī)組抽水工況(P)有功功率約為-205 MW。抽水工況開(kāi)機(jī)流程為(停機(jī))S→抽水調(diào)相(PC)→抽水(P)，即P必須經(jīng)PC流轉(zhuǎn)，PC→P先后經(jīng)歷啟動(dòng)排氣回水、退出機(jī)組下游密封、打開(kāi)進(jìn)水閥，調(diào)速器通過(guò)控制導(dǎo)葉使機(jī)組有功功率調(diào)整到滿負(fù)荷(-205 MW)。圖1為PC→P流程。

圖1 PC→P流程

1.2 抽水工況(P)→停機(jī)過(guò)程

抽水工況開(kāi)機(jī)流程為抽水工況(P)→停機(jī)(S)，抽水工況通過(guò)控制調(diào)速器將機(jī)組功率降到-10MW后斷開(kāi)機(jī)組出口斷路器。

2 1號(hào)機(jī)組泵工況開(kāi)停機(jī)有功變化曲線分析

瓊中抽水蓄能電站調(diào)速器采用NEYPRIC公司生產(chǎn)的以PID調(diào)節(jié)規(guī)律為基礎(chǔ)的數(shù)字式電液調(diào)速器。UPC是調(diào)速器的核心單元，用于給定相應(yīng)的導(dǎo)葉接力器設(shè)定值。SPC為接力器控制器，用于接受UPC發(fā)出的接力器設(shè)定值，通過(guò)控制導(dǎo)葉接力器的動(dòng)作來(lái)達(dá)到調(diào)整導(dǎo)葉開(kāi)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速和有功功率的目的。

T-SOFT是NEYPRIC調(diào)速器自帶的調(diào)試軟件。該軟件能夠設(shè)置調(diào)速器UPC、SPC參數(shù)，查看歷史報(bào)警，選取參數(shù)進(jìn)行錄波。

2.1 1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線

PC→P過(guò)程中，機(jī)組有功功率從-10 MW(一級(jí)濺水功率)到-33 MW(二級(jí)濺水功率)歷時(shí)超過(guò)8 s，有功功率變化較慢且幅度較小，對(duì)電網(wǎng)頻率無(wú)影響。圖2是1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線，可以看出該開(kāi)機(jī)過(guò)程二級(jí)濺水功率(-33 MW)到滿負(fù)荷(-205 MW)用時(shí)24.091 s。該暫態(tài)過(guò)程造成海南電網(wǎng)頻率短時(shí)下降超過(guò)0.10 Hz。

圖2 1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線(參數(shù)優(yōu)化前試驗(yàn)數(shù)據(jù))

2.2 1號(hào)機(jī)組抽水工況停機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線

圖3是1號(hào)機(jī)組抽水工況停機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線，該停機(jī)過(guò)程中從滿負(fù)荷(-205 MW)到出口斷路器分閘用時(shí)11.398 s。該暫態(tài)過(guò)程造成海南電網(wǎng)頻率短時(shí)升高超過(guò)0.10 Hz。

圖3 1號(hào)機(jī)組抽水工況停機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線(參數(shù)優(yōu)化前試驗(yàn)數(shù)據(jù))

3 機(jī)組抽水工況開(kāi)停機(jī)速度的優(yōu)化

分析圖1流程得出，只有通過(guò)修改調(diào)速器參數(shù)才能降低機(jī)組抽水工況開(kāi)停機(jī)速率，延緩有功功率上升和下降過(guò)程。

抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程。導(dǎo)葉開(kāi)啟速率受參數(shù)PM_RPOV控制，PM_RPOV的定義為導(dǎo)葉從0開(kāi)度到100%開(kāi)度的動(dòng)作時(shí)間，PM_RPOV原設(shè)置為30 s，二級(jí)濺水功率P2到滿負(fù)荷Pmax用時(shí)T1=24 s。為保證二級(jí)濺水功率P2到滿負(fù)荷Pmax過(guò)程延長(zhǎng)到T2=60 s，PM_RPOV新設(shè)定為(原參數(shù)值×T2)/T1=(30×60)/24=75。

抽水工況停機(jī)過(guò)程。抽水工況導(dǎo)葉關(guān)閉速率由參數(shù)VT_RPAR控制，定義為導(dǎo)葉從開(kāi)度LA_POSA到LA_POSF開(kāi)度的動(dòng)作時(shí)間。VT_RPAR原設(shè)置為15，LA_POSA=0.95，LA_POSF=0。

抽水工況停機(jī)過(guò)程中導(dǎo)葉從90%到65%變化過(guò)程中，機(jī)組功率維持在-205 MW左右。因此考慮以65%導(dǎo)葉值作為分段控制折線點(diǎn)(LA_POSA新設(shè)置為0.65)。

導(dǎo)葉控制第一段快速關(guān)閉規(guī)律：90%開(kāi)度到65%開(kāi)度過(guò)程導(dǎo)葉設(shè)定值PID_CSC為0；導(dǎo)葉控制第二段慢速關(guān)閉規(guī)律，導(dǎo)葉從LA_POSA(65%)到LA_POSF(0%)，關(guān)閉斜率為VT_RPAR。為保證停機(jī)過(guò)程中從滿負(fù)荷(-205 MW)到出口斷路器分閘從11.398 s延長(zhǎng)到45 s，關(guān)閉斜率VT_RPAR新設(shè)置為(45/11.398)×原參數(shù)值=(45/11.398)×15=59.2，取整數(shù)60。

3.1 1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程升負(fù)荷曲線分析

1號(hào)調(diào)速器參數(shù)調(diào)整后進(jìn)行抽水工況開(kāi)停機(jī)試驗(yàn)。從圖4看出，1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程中二級(jí)濺水功率(-33 MW)到滿負(fù)荷(-205 MW)用時(shí)59.672 s，比優(yōu)化前延長(zhǎng)35.5 s，該功率變化過(guò)程造成海南電網(wǎng)頻率短時(shí)波動(dòng)小于0.03 Hz。

圖4 1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線(參數(shù)優(yōu)化后試驗(yàn)數(shù)據(jù))

3.2 1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)過(guò)程降負(fù)荷曲線分析

從圖5看出，1號(hào)機(jī)組從滿負(fù)荷(-205 MW)到機(jī)組斷路器分閘用時(shí)43.855 s，比優(yōu)化前延長(zhǎng)32.4 s。該過(guò)程造成海南電網(wǎng)頻率短時(shí)波動(dòng)小于0.03 Hz。

圖5 1號(hào)機(jī)組抽水工況停機(jī)過(guò)程有功功率變化曲線(參數(shù)優(yōu)化后試驗(yàn)數(shù)據(jù))

3.3 抽水工況開(kāi)停機(jī)機(jī)組各部分振動(dòng)分析

監(jiān)測(cè)1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)停機(jī)試驗(yàn)過(guò)程機(jī)組各部位振動(dòng)擺度。與調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化前開(kāi)停機(jī)過(guò)程比較，未發(fā)現(xiàn)振動(dòng)擺度值增大現(xiàn)象。1號(hào)機(jī)組 PC轉(zhuǎn)P過(guò)程機(jī)組各部位振動(dòng)擺度最大值見(jiàn)表1。

表1 PC→P過(guò)程1號(hào)機(jī)組各部位振動(dòng)擺度最大值

P停機(jī)過(guò)程1號(hào)機(jī)組各部位振動(dòng)擺度最大值見(jiàn)表2。

表2 P→GCB分閘過(guò)程1號(hào)機(jī)組各部位振動(dòng)擺度最大值

4 試驗(yàn)結(jié)論

(1)由于海南電網(wǎng)系統(tǒng)容量相對(duì)較小，且網(wǎng)內(nèi)發(fā)電廠AGC調(diào)節(jié)速度較慢，瓊中抽水蓄能1號(hào)機(jī)組抽水工況開(kāi)停機(jī)過(guò)程功率快速變化造成電網(wǎng)頻率波動(dòng)最大值超過(guò)±0.10 Hz。為避免頻率波動(dòng)加劇造成高頻切機(jī)第一輪動(dòng)作，通過(guò)調(diào)整調(diào)速器參數(shù)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，機(jī)組抽水工況開(kāi)機(jī)升負(fù)荷時(shí)間(-33 MW→-205 MW)從25 s調(diào)整到59 s，機(jī)組抽水工況停機(jī)降負(fù)荷時(shí)間(-205 MW→0 MW)從11 s調(diào)整到44s。試驗(yàn)結(jié)果顯示該參數(shù)優(yōu)化后，瓊中抽水蓄能機(jī)組抽水工況開(kāi)停機(jī)過(guò)程造成電網(wǎng)頻率短時(shí)波動(dòng)小于±0.03Hz，滿足海南電網(wǎng)系統(tǒng)頻率要求。

(2)適當(dāng)延長(zhǎng)機(jī)組抽水工況開(kāi)停機(jī)過(guò)程負(fù)荷升降時(shí)間，該過(guò)程中機(jī)組各部位振動(dòng)擺度值未明顯增加，滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

“大機(jī)小網(wǎng)”特點(diǎn)要求海南電網(wǎng)和發(fā)電廠必須考慮電力系統(tǒng)頻率特性及應(yīng)對(duì)策略。2018年1月，海南電網(wǎng)因第二回海底電纜建設(shè)轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)運(yùn)行。瓊中抽水蓄能機(jī)組提前根據(jù)海南電網(wǎng)需求開(kāi)展抽水工況啟停速率優(yōu)化工作，消除開(kāi)停機(jī)過(guò)程造成的電網(wǎng)頻率波動(dòng)，顯著降低了海南電網(wǎng)在聯(lián)絡(luò)線檢修孤網(wǎng)條件下系統(tǒng)頻率失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。瓊中抽水蓄能機(jī)組抽水工況啟停速度優(yōu)化研究獲得中國(guó)南方電網(wǎng)公司發(fā)文通報(bào)表?yè)P(yáng)。該優(yōu)化項(xiàng)目對(duì)其他“大機(jī)小網(wǎng)”電網(wǎng)的抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器涉網(wǎng)試驗(yàn)有參考意義。