浅析抽水蓄能电站对CPS指标的影响及措施

摘要：针对大型抽水蓄能电站机组并网造成省际联络线功率波动并影响CPS考核指标的问题，文章根据半岭抽水蓄能电站机组特性的数据，分析了大容量抽水蓄能电站机组开停机对联络线功率及CPS指标的影响，采用多种策略改善大容量抽水蓄能机组开停机对联络线功率及CPS考核指标的影响，指出应对抽水蓄能机组负荷特性、调度策略及运行经验等进行研究。

关键词：抽水蓄能电站；机组特性；CPS指标；机组并网；功率波动 文献标识码：A

中圖分类号：TV743 文章编号：1009-2374（2016）28-0122-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.061

1 概述

随着我国新能源发电应用技术的发展，如光伏、风电、核电等新型绿色能源在全国装机容量所占的比重越来越大，为保证电网稳定安全经济运行，抽水蓄能电站在电力系统中所扮演的调峰填谷、快速调频调相、事故紧急备用等角色作用越来越突出，投入运行的抽水蓄能电站的数目在不断增长，同时机组容量也做得越来越大。抽水蓄能电站既可以作为发电厂，又可以作为用户，具有其他电厂无法比拟的显著的调峰填谷功能，同时其机组启停快速，可以根据电网负荷的急剧变化做出快速的反应，所以研究抽水蓄能电站对电力系统的影响及提高电网的抗干扰能力，保障电力系统稳定、安全、经济运行等具有重要的意义。

半岭抽水蓄能电站位于福建省莆田市下辖的仙游市境内，安装4台300MW可逆式抽水蓄能机组，总装机容量1200MW，通过500kV岭大Ⅰ/Ⅱ路接500kV大圆变。半岭抽水蓄能电站投入运行以后，在福建电网乃至华东电网发挥着调峰填谷、调频调相、紧急事故备用的积极作用，对整个华东电网的安全、稳定、经济具有十分重要的作用。但由于其单机容量较大，机组开停机对电网负荷影响化较剧烈，给华东电网与福建电网间联络线的调整与控制造成了一定的影响。目前福建电网与华东电网的联络线功率按区域控制偏差ACE是否满足控制性能标准进行控制和考核，即CPS标准进行考核，所以研究半岭抽水蓄能电站开停机对福建电网负荷和省际联络线功率的影响，制定应对措施，对于提高联络线功率控制水平，控制CPS指标具有重要的意义。

2 抽水蓄能机组负荷特性分析

半岭抽水蓄能电站共4台机组，单机发电出力为300MW，抽水出力为-320MW，机组在发电时0～120MW为振动区。当振动区间为120MW时，机组抽水和发电下的机组特性如下：

第一，停机时发抽水令：停机→（经过约6分30秒）抽水调相稳态（出力-5MW）→（经过约50秒）二级溅水功率（出力-50MW，停留约1分钟）→（经过16秒左右）抽水稳态（出力-320MW）。

第二，抽水调相时发抽水令：抽水调相工况（出力-5MW）→（经过约50秒）二级溅水功率（出力

-50MW，停留约1分钟）→（经过16秒左右）抽水稳态（出力-320MW）。

第三，抽水时发停机令：抽水稳态→（经过约14秒）停机。

第四，停机时发发电令：停机→（经过约3分钟）发电稳态（出力150MW）

第五，发电时发停机令：发电稳态（出力150MW）→（经过约28秒）停机。

通过机组特性分析，我们可以知道抽水蓄能机组单机容量大，且出力调节有死区，发电抽水均无法达到全调节。并网发电时机组出力增加快速，机组的调节范围是150～300MW。抽水运行时，机组出力经14秒即可达到满出力-320MW。因此抽水蓄能单台机组并网发电或抽水时相当于瞬间150MW或300MW左右的负荷波动，对电力系统发供电功率平衡产生较大影响，从而造成福建电网与华东电网的省际联络线功率的较为激烈的波动，对省际联络线的CPS考核指标产生影响。抽水蓄能电站单机并网抽水的出力阀值为-320MW，高于发电时的出力阈值150MW，故机组在并网抽水时对福建电网省际联络线功率控制影响最大。

3 抽水蓄能机组开机情况分析及策略

第一，当全省电网负荷较低的冬春季节，为了保证电网在夜间低谷时段有足够的负备用，需要半岭抽水蓄能电站开机抽水，此时因枯水季节水电机组无水发电，水电机组处于停机，而大部分火电机组出力已降至最低出力，系统已基本无负备用，全网机组未投入AGC功能。若半岭抽水蓄能电站机组开机抽水，机组从-50～

-320MW只需16秒左右，速率非常快，此时没有足够的火电机组及水电机组共同参加调整，将造成区域控制偏差ACE长时间超出正常范围，从而使得考核区间内的CPS指标不合格。

抽水工况策略：根据前10分钟频率平均值判断系统频率情况1663263.png以及联络线功率偏差值△P，当1663270.png>0且△P>0时，则允许机组开机抽水，机组先开机至抽水调相稳态，并提高火电机组出力使联络线功率△P约100MW，并在一个考核区间开始统计时下令抽水蓄能电站从抽水调相调至抽水稳态-320MW，在后续的考核区间内通过调整火电机组出力，保证在一个考核区间（10分钟）内CPS指标合格。

第二，当全省电网负荷处于高峰的夏秋季节时，白天或晚间负荷高峰时，需半岭抽水蓄能电站开机发电顶峰，此时应在后半夜将半岭抽水蓄能电站开机抽水，以保证上库水位及下库水位满足高峰时抽水蓄能电站开机发电的库容要求。此时全省电网的水电机组、火电机组上下备用足够，机组可以投AGC进行机组出力自动调节。

抽水工况策略1：开机抽水时，可以将机组开机至抽水调相稳态，此时机组从抽水调相转抽水工况时出力从-50～-320MW或抽水工况转停机时出力从-320～0MW只需16秒左右，速率非常快，需大火电机组及水电机组共同参与调整，共同分担抽水蓄能机组造成的区域控制偏差（ACE）在正常范围内，即抽水蓄能机组开停机时需通过AGC（或其他通道）直降或直升参与调节的机组出力。

抽蓄开停机时应多投火电机组AGC，以便更快地响应AGC指令（可以手动更改AGC调节模式为“只降不升”或“只升不降”），水电机组应提前留出备用进行对冲，将水电机组短时转空转运行或降低水电机组出力至最低出力，应尽量控制ACE 10分钟平均值控制在0左右，减少电量考核。

抽水工况策略2：根据前10分钟频率平均值判断系统频率情况1663277.png（高周或低周）以及联络线功率偏差值△P，以此判断抽水蓄能机组开机是否有利于CPS指标，若有利于CPS指标则允许其开机，否则闭锁其开机直至条件允许。当1663284.png>0且△P>0时允许抽水，当1663292.png<0且△P<0时允许停机。此时参照抽水工况策略1的要求，多投火电机组AGC功能或水电机组提前留出备用进行对冲。

发电工况策略3：因抽水蓄能机组并网发电的出力阈值为150MW，故其发电工况下开停机对电网的影响较小，调度员可以合理安排好半岭抽水蓄能电站的开停机计划，充分利用自然负荷的快速增长或快速降低，来减少机组并网发电或停机对CPS指标的影响，并在一个考核区间开始统计时提前5分钟下令抽水蓄能电站机组转发电工况，以便在后续的考核区间内通过调整火电及水电机组出力，保证在一个考核区间内CPS指标合格。机组发电工况转停机时，可以将水电机组提前留出备用进行对冲。

第三，其他影响因素。虽然调度员合理安排好抽水蓄能电站的开停机时间，但机组开机仍然存在不确定性，机组状态转换不及时，并网有一定延时的情况，这就增加省际联络线功率的调整控制的不确定。如：省调在0时47分时下令抽水蓄能#1机组由停机转抽水工况，为保证机组并网后全省的发供电功率平衡，省调事先令火水电厂增加机组出力。如果机组能够按照机组特性的时间及时完成并网抽水，则此考核区间内与下一个考核区间内能够保证CPS考核指标的合格。由于机组并网的不确定性，导致#1机组实际并网时间延迟到0时56分才并网抽水，这就导致#1机组并网所在考核区间内CPS考核指标无法调整至合格范围。

发电工况时，机组升降速率：#1、#2、#3机为5MW/秒，#4机为3MW/秒。出力调整有两种模式：单步调整（步长为5MW）和PID调节。半岭抽水蓄能机组发电工况0～120MW为振动区，无法短时停留。120～300MW区间出力调整正常用PID调节，但半岭抽蓄电厂PID调节时每次调整出力达50MW或更多（正常水电站调整出力一般为20MW左右），严重影响调度CPS指标。暴露出半岭电厂对电网了解不足，机组出力调整过快，对福建电网严重不利，若福建电网孤立网运行，后果更加严重。

4 结语

第一，大型抽水蓄能电站开停机对电网CPS指标的影响主要体现在机组抽水工况、发电工况、停机工况等各个运行工况的转换过程。对电网CPS指标影响随着运行人员经验的丰富、相关策略的应用，其对电网的影响的总体趋势在不断减小，有时对电网CPS的影响还是比较大，这需要调度运行等相关部门共同努力，制定有效的应对措施，优化完善相应的策略，将影响减少到最小。

第二，加强对抽水蓄能机组的技术研发和机组制造技术攻关，进一步降低发电、抽水运行时的出力阀值，降低机组调节死区，优化机组参数，根据电网的负荷波动的实际情况，完善机组PID调节能力和AGC调节特性，减少其机组开停机及出力调节对电网的负荷的剧烈影响。

参考文献

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作者简介：黄德乐，男，供职于福建省电力有限公司厦门供电公司，电气工程硕士，研究方向：变电运行、调度运行等。

（责任编辑：小 燕）