溧阳抽水蓄能电站负荷成组及紧急支援控制

2019-01-19贡晨晖

水力发电 2018年10期

吕斌，贡晨晖，吴浩，陆翔

(江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司，江苏溧阳213334)

0 引言

目前，特高压交直流混合输电的形势使华东电网安全稳定运行及紧急事故处理面临更新、更严峻的挑战。在大功率交直流输电线路发生功率缺额等紧急事故的情况下，由抽水蓄能电站提供远方紧急支援是调度端必要的技术手段之一。抽水蓄能电站具有多种运行模式，可在负荷高峰时段向电网提供电能，从开机至额定出力一般只需要3～4 min，额定出力至停机也仅需7～8 min；还可以在负荷低谷时段启动水泵把下游水库的水抽回上游水库，将水能储蓄备用。其负荷快速反应跟踪能力、频繁工况转换适应能力使其具备调峰、填谷、调频、调相和事故备用等多种功能[1]。溧阳抽水蓄能电站(以下简称“溧阳电站”)身处华东电网负荷中心，距上海305 km，共装有6台单机容量为250 MW的可逆式水泵水轮-发电电动机机组，总装机容量为1 500 MW，担负华东电网的调峰、填谷、调频及事故备用等任务。溧阳电站于2018年2月正式投入负荷成组控制系统，于2018年5月底完成了紧急支援控制系统的联调，实现了在电网故障情况下具有紧急支援的作用。

1 负荷成组功能与控制要求

1.1 功能

负荷成组控制系统是以电站为一调控单元，根据电站总负荷指令，自行计算分配机组负荷、自动进行机组启停控制，满足电网对电站负荷需求。负荷成组的实现基于南瑞NC3.0系统的成组控制器及其编程软件，当电站的控制方式在全厂成组“投入”，处于“成组”模式下的机组启动和停机将直接由成组软件自动控制。成组总负荷指令以人工负荷设定或调度日负荷计划曲线执行。调度96点日负荷曲线DLC采用DL476规约通过调度数据网一平面、二平面传输至负荷曲线下载服务器，并通过101规约将负荷曲线数据传输至计算机监控系统成组模块。

负荷成组控制方式分实时控制和计划曲线阳抽水蓄能电站厂用电运行方式浅析控制。实时控制为指令控制和AGC控制，指令控制包括调度侧人工负荷设定和电站侧人工负荷设定，AGC控制则仅限于调度侧且发电工况；计划曲线控制则按照调度下发的日负荷计划曲线执行，具体功能框架见图1。

图1 华东电网抽水蓄能电站负荷成组控制及紧急支援基本功能示意

1.2 控制要求

全厂成组投入条件为至少有1台机组在成组模

式，机组成组模式的投入条件为机组无事故信号、机组处于可调状态和机组LCU通讯无故障。负荷成组控制自动开停机时选择机组的逻辑顺序由机组的优先级的决定。机组的优先级设定值范围为0～6，值越大优先级越高，优先级逻辑按早开早停设置，在某些异常情况时，运行人员可随时在全厂机组稳态时调整机组的优先级来满足安全运行的需要。具体功能画面如图2所示。

日负荷曲线是常用的负荷指令方式，机组的自动启停是以下一时间点的负荷设定值为目标来执行的。根据调度下发的负荷成组定值要求，发电开机单台提前14 min，2台机启动时，第1台提前14 min、第2台提前8 min，3台机启动时，第1台提前14 min、第2台提前8 min、第3台提前6 min；发电停机单台提前11 min，2台机停机时，第1台提前11 min、第2台提前7 min，3台机停机时，第1台提前11 min、第2台提前7 min、第3台提前5 min；抽水调相转抽水单台提前11 min，2台机启动时，第1台提前11 min、第2台提前7 min，3台机启动时，第1台提前11 min、第2台提前7 min、第3台提前5 min；抽水停机单台提前11 min，2台机停机时，第1台提前11 min、第2台提前7 min，3台机停机时，第1台提前11 min、第2台提前7 min、第3台提前5 min。

图2 溧阳抽水蓄能电站负荷成组及紧急支援控制监控画面

电动工况启动控制采用SFC拖动方式，启动采用按照日计划曲线安排，提前30 min自动触发机组的SCP工况。

成组控制的机组启停模块具备电网频率波动自动闭锁功能，频率高于50.04 Hz时闭锁发电工况启动或电动工况停机，频率低于49.96 Hz时闭锁发电工况停机组或电动工况启动。

2 紧急支援功能与控制要求

2.1 功能

紧急支援系统是当电网发生大功率失却、系统频率严重偏离正常范围时，由电网主站侧远方紧急支援控制系统根据电网运行情况，调用抽水蓄能电站可支援容量，实现远方紧急功率支援以快速恢复电网频率的功能。

远方紧急事故支援是成组负荷控制附加功能模块，是在成组96点日计划曲线负荷设定P0基础上通过叠加正整数紧急支援附加值△P，由成组控制直接启/停机组投入电网紧急事故支援控制。当电站运行在停机或发电工况，紧急支援投入将通过调用机组旋转备用、直接启动发电机组；当电站运行在水泵工况，紧急支援投入将作用于水泵停机组；当电站运行在SCP工况，紧急支援投入将自动闭锁下一负荷计划点要求的SCP到水泵工况的转换[2]。

2.2 控制要求

电站侧紧急支援功能投入运行需具备的条件：全厂成组控制方式投入，控制系统运行在96点计划曲线模式，电站与调度主站控制系统之间数据通信正常，工况信息反馈正确及可支援容量计算正确。

2.2.1 工况反馈

在任何时刻，电站都会给华东调度中心上传显示唯一的工况信息。工况分发电(包括停机)、电动及SCP(SCT)调相三种工况：①电动工况。有机组在电动工况或有机组在电动目标工况或有机组在电动转停机工况。②调相工况。电站总负荷指令为0，且有“成组”工况机组在SCP(SCT)工况或SCP(SCT)目标工况。③发电工况。其他工况，即电站不在“电动工况”或“SCP(SCT)调相工况”。

2.2.2 可支援容量计算

电站可支援容量表征了电站当前能够对电网提供紧急事故支援的能力，包含了当前时刻Tc可支援容量和T1计划点时刻可支援容量，这两个参数的正确性和可靠性是实现紧急支援功能的基础。电站可支援容量的计算原则如下[3]：

(1)发电工况当前时刻Tc可支援容量为成组运行机组旋转备用及成组停机机组容量之和。

(2)发电工况下一时刻T1可支援容量为电站总成组容量与下一时刻负荷计划的差值。

(3)电动工况当前时刻Tc可支援容量为成组运行机组电动容量。

(4)电动工况下一时刻T1可支援容量为下一时刻负荷计划的电动容量。

(5)调相工况当前时刻Tc可支援容量为0。

(6)调相工况下一时刻T1可支援容量为下一时刻负荷计划的电动容量(若负荷计划要求转抽水)。

3 试验过程与注意事项

3.1 负荷成组试验过程

负荷成组控制试验项目包括：模式功能检查、模式切换试验、故障安全测试试验、负荷设定(ALSP)方式下发电工况功能测试、电站负荷曲线(DLC)方式下发电工况功能测试、电站负荷设定(ALSP)方式下电动工况功能测试、电站负荷曲线(DLC)方式下电动工况功能测试及电站负荷曲线(DLC)方式下SCP自动启动功能测试。

试验过程中主要遇到开机失败后的启机逻辑无效、CP与P同时启动时逻辑混乱、优先级因开停机失败而导致混乱、开停机提前时间错乱、低水头有功调节上限设置不符合实际等问题。经对逻辑多次优化改进后，负荷成组现已满足运行要求。

3.2 紧急支援试验过程

紧急支援厂内试验项目包括：故障安全测试试验、发电工况紧急支援投入和退出测试、抽水工况紧急支援投入和退出测试。

紧急支援联调试验项目包括：测试紧急支援功能分别在发电工况、调相工况和抽水工况，计划出力不变阶段、计划出力变化阶段及主站下发中止命令时，紧急支援全功能过程逻辑的正确性，主站与电站之间遥调信号及返回、电站动作的正确性及时间特性。

试验过程中主要遇到当前可支援容量Tc及下一时刻可支援容量T1在启停过程中计算有毛刺等问题，经多次优化改进后，逻辑现已满足运行要求。

3.3 负荷成组对两套SFC运用的注意事项

溧阳电站6台机组，配置有两套SFC，抽水启动母线设置有分段隔离闸刀。负荷成组控制逻辑初期，程序1次只能控制1台机组执行抽水启动。此逻辑既影响抽水启动效率，又容易出现抽水启动失败后不能达到抽水负荷计划的情况。经对成组控制逻辑、监控启机流程及SFC流程的共同优化，现逻辑修改为正常情况下，以启动母线分段闸刀为分断点，负荷成组系统控制一套SFC默认只能启动相同侧的3台机组，2套SFC可同时启动，分别拖动各侧的1台机组。在负荷成组控制画面中，设置有两套SFC的可用或故障状态的监控状态强制键，以满足1套SFC跨启动母线启动另一侧3台机组的需要。故负荷成组系统在抽水启动逻辑中应充分利用两套SFC的优势，大大提升了电站抽水启动效率及启动灵活性。

3.4 机组启停优先级逻辑的注意事项

原负荷成组系统逻辑中，机组开停机优先级由人为设定值、开停机失败情况、机组运行时间等综合因素计算出开停机综合优先级；但在试验及试运行过程中出现过因开机失败等原因导致的开停机顺序混乱的情况。从实际运行情况来看，人为分析判断机组运行性能和及时处置机组异常运行情况更为可靠；故，逻辑修改为机组开停机优先级只根据人为设定值。

原机组启停逻辑为早开晚停模式，经常导致优先级高的机组在发电抽水点时间间隔短的时候衔接不上；另外还会导致优先级高的机组从最早开到最晚停，有的时候长时间运行达7～8 h，运行时间相比其他机组时间偏长很多，加大了机组设备损耗和长时间运行风险。为此要求负荷成组逻辑修改为早开早停模式，解决了发电抽水时间间隔短时的衔接不上的问题，避免了机组运行时间不均衡问题。