桐柏抽水蓄能电站成组控制有功变化速率优化

高建伟，马依文

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台317200）

0 引言

华东桐柏抽水蓄能电站（以下简称桐柏电站）位于浙江省天台县，总装机容量为1 200 MW，设有4台单机300 MW的立轴单机混流可逆式机组。电站以双回500 kV线路接入华东电网，在华东电网承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用等任务。桐柏电站机组正常运行工况主要包括：发电工况、发电调相工况、抽水工况、抽水调相工况等。

桐柏电站的每日发电计划是由华东调控分中心根据电网负荷预测情况提前一日下发。调控分中心下发的日负荷计划以15 min为一个计划点，将1天24 h分为96个计划点，电站需严格按照调度下发的发电计划执行机组启停及机组有功控制任务。

1 成组功能简介及存在的问题

1.1 成组控制系统基本情况

抽水蓄能负荷成组控制是实现电网与抽水蓄能电站间以电站为调控单元的系统，在规划建设过程中，应采用与电站监控系统紧耦合的软硬件平台，按照华东电网抽水蓄能电站负荷成组及紧急支援控制功能规范的要求进行功能架构及功能设计。

负荷成组控制系统应采用模块式的软件构架，并具备有如下功能：

（1）控制权限及控制方式；

（2）如何调控方式和切换跟踪处理；

（3）负荷指令计算和分配；

（4）机组启停控制；

（5）抽水拖动选择；

（6）电网紧急事故支援功能；

（7）系统故障安全。

电站负荷成组控制计算处理周期应不大于250 ms。

1.2 电网考核要求及存在的问题

随着华东电网区域内抽水蓄能电站数量快速增长，且多为日调节型电站，同一时刻将会出现多台抽蓄机组的启停，对电网频率造成不小的冲击。因此在电站负荷的可调范围内，成组控制需要基于发电负荷曲线的分钟线性化目标值，进行负荷跟踪控制。

桐柏电站在成组负荷控制模式下，单台机组发电开机提前13 min由成组下发电开机令，机组同期并网后为避开水泵水轮机在不稳定工况运行，机组调速器会以最快的速度将有功带至200 MW，然后再按照200 MW/3 min的有功变化速率，将机组有功带至成组目标设定值。单台机组停机提前11 min由成组发停机令，先按照200 MW/3 min的有功变化速率减机组有功，等机组有功减至空载时发令分机组开关。

当96点计划曲线中2个发电计划点之间的负荷变化无需成组发令开停机时，成组逻辑将提前13 min开始重新分配各运行中的机组负荷，并按照200 MW/3 min的有功变化速率调整。在上述情况下，两个发电计划点的负荷变化调整所用时间通常小于3 min，这种情况全厂负荷仅能满足华东调控分中心15 min的考核电量，无法满足5 min的考核电量。为满足5 min的考核电量要求，需要全厂有功曲线在15 min内匀速调整。因此需新增成组有功变化速率计算逻辑：根据96点计划的负荷变化情况，在负荷变化较小无需机组启停时计算成组控制负荷的变化速率，并实时控制全厂机组有功出力。

2 成组有功变化速率控制逻辑优化

2.1 有功变化速率计算逻辑的介入条件

有功变化速率计算逻辑的主要功能：在96点发电计划中存在前后两个发电点负荷变化较小，仅需调节当前运行中机组的负荷即可满足负荷曲线要求时，此逻辑将根据两个计划点之间的负荷差来计算出全厂有功变化速率，从而保证全厂有功功率能在15 min内均匀增减至下一个计划点负荷。

由于新增的有功变化速率计算逻辑功能是基于原有的成组负荷曲线控制逻辑实现，因此新增的逻辑首先需要保证不影响原有成组逻辑的正常运行，其次就是需要明确新增逻辑的介入条件。主要闭锁介入条件如下：

（1）有机组正常启停时应闭锁介入。

（2）机组抽水工况运行时应闭锁介入。

（3）电网紧急支援动作时应闭锁介入。

（4）电站成组控制模式退出时应闭锁介入。

（5）成组不在曲线控制模式时应闭锁介入。

图1中变量b_Ramp_Stage触发时有功变化速率计算逻辑即介入到成组分配各运行机组有功功率的计算逻辑中。其中变量JC；CMD.P.SET.VAL即为下一个计划点的成组目标有功设定值，变量m_CMD.TARGET.P.SET即为当前计划点的目标有功值。

由图1可知，只有当发电计划前后两个点有差值，并且上述5个闭锁介入条件均未动作时，负荷变化速率计算逻辑才会启动。

图1 有功变化速率计算逻辑介入闭锁逻辑示意图

2.2 无机组启停情况下的有功变化速率计算逻辑

有功变化速率的计算逻辑主要通过计算两个计划点之间的有功差值，除以15 min后即为成组控制的目标有功变化速率。考虑到机组调速器存在功率控制死区，成组控制目标有功值实时变化不利于机组调速器调节机组有功，因此成组控制目标有功值设置了每隔1 min更新一次的逻辑。

图2 成组控制目标有功值选择逻辑示意图

图2中变量JC；CMD.TARGET.P.SET即为成组控制的全厂有功目标值，当变量b_Ramp_Stage复归时，即将变量JC；CMD.P.SET.VAL的值直接赋予变量 JC；CMD.TARGET.P.SET，当变量 b_Ramp_Stage触发时，变量JC；CMD.TARGET.P.SET的计算公式如下：

其中P为成组目标有功值JC；CMD.TARGET.P.SET；V0为当前目标有功值m_CMD.TARGET.P.SET；V1为下一个点目标有功值JC；CMD.P.SET.VAL。

图3 成组目标有功值计算逻辑示意图

3 成组控制有功变化速率试验及分析

3.1 试验方法及过程

由于新增的有功变化速率控制逻辑运行环境为电站成组控制运行在自动、负荷曲线模式，为验证该逻辑的正确性，试验过程中电站机组控制方式均在远方成组，电站成组控制总投入，负荷曲线控制模式。

试验过程中全厂机组均在成组自动控制模式，逻辑优化可能导致成组控制机组正常启停异常、负荷变化未按照计划曲线执行等情况。因此试验前应先向调度提交试验申请单，并附上试验所需的96点计划，取得调度批准后方可进行。同时在试验过程中增加一名中控室值守人员密切监视成组逻辑发令情况，如出现与发电计划不一致的指令，及时将成组控制方式切至手动模式，人工下发指令。

试验开始前由监控系统专业人员下载修改完成的成组控制逻辑，并开启在线测试功能。在试验进行期间，监控专业人员重点监测逻辑中变量b_Ramp_Stage的动作情况以及变量JC；CMD.TARGET.P.SET的实时数值。

表1 试验期间发电计划表 单位：MW

3.2 试验结果分析

根据试验期间15：27～16：02记录的1号机、2号机和3号机的有功功率以及累加后的全厂总有功功率分析可知，成组控制机组有功变化速率逻辑能正确动作，并且有功功率曲线斜率能根据发电计划正确计算。最终此次试验过程中1号机、2号机和3号机的有功功率实际曲线变化速率为1.11 MW/min，全厂总有功的实际变化速率为3.33 MW/min，在扣除4 MW的厂用电后，桐柏电站500 kV关口电能表的15 min电量和5 min电量均能满足调度偏差不超过±2%的要求。

图4 试验期间机组有功功率趋势曲线示意图

4 结论

抽水蓄能电站机组具有运行工况多、机组启停频繁、需要避开不稳定工况运行等特点，因此抽蓄电站的负荷成组控制逻辑较常规水电机组和火电机组要复杂一些，逻辑的修改优化也相对的要更加谨慎。此次新增成组控制机组有功变化速率逻辑工作的主要内容包括：原有逻辑的梳理消化以及试验过程中的风险预测两方面。随着华东地区“两个细则”条款重新修订后，相应的考核力度大大加强，对华东区域的并网机组辅助服务和运行管理也提出了更高的要求，抽蓄电站的成组逻辑优化工作也将持续开展。此次逻辑优化工作中出现的种种问题，为今后的成组控制逻辑修改积累了实际经验。