建立抽水蓄能电站应急响应模式的设想

周 坤，程 鹏

（山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东 泰安 271000）

0 引言

目前，国家电网公司提出了建设坚强智能电网的发展目标，抽水蓄能电站如何为建设坚强智能电网发挥作用，是摆在我们面前的一个重要课题。抽水蓄能电站机组启动速度快，运行方式多样灵活，自动化程度可达100%，尤其是其全站联合负荷控制方式的应用可进一步提高抽水蓄能电站对电网的应急响应速度。目前，抽水蓄能电站的运行主要还是采用人工调度或电网调度员直接操控抽水蓄能电站机组的方式，这种方式无疑降低了抽水蓄能电站的应急响应速度。如果结合电网安全稳定控制系统的应用，利用其控制策略，直接将电网安全稳定控制系统的动作指令下发到抽水蓄能电站，抽水蓄能电站在全站联合负荷控制方式下根据电网安全稳定控制系统的指令实现自动启动机组发电运行或进行机组抽水工况转发电工况运行，这将最大限度地发挥抽水蓄能电站对电网事故的应急响应能力。

1 电网安全稳定控制系统

电网安全稳定控制系统主要用于电网多个厂站的系统暂态安全稳定控制，满足一个区域电网安全稳定控制的需要。

根据系统安全稳定的需要，电网运行方式人员通过大量的离线分析计算，总结出系统稳定的控制策略表，将该表置于电网安全稳定控制系统，电网安全稳定控制系统通过对电网数据实时采集和分析，如果判断电网的运行工况符合某一项控制策略条件，则该系统将按照控制策略表的控制要求向电网发出控制指令。以某抽水蓄能电站参与控制的电网安全稳定控制系统为例，其功能原理见图1。

图1 电网安全稳定控制系统功能原理图

2 抽水蓄能电站全厂联合负荷控制系统

目前的抽水蓄能电站一般都具备全厂联合负荷控制（Joint Control，以下简称JC）功能，就是把整个抽水蓄能电站当成一台机组来控制。

当抽水蓄能电站监控系统的JC功能投入并接到全厂负荷设定值时，JC控制程序会将设定为JC模式的抽水蓄能机组（检修或有缺陷的机组不会被设定为JC模式）按照预设定的机组优先级计算并合理地分配负荷，然后下达指令启动相关机组。 此时，被启动机组同时按照机组启动程序开始启动，水轮机调速器会控制频率直到机组并网，并网后机组调速器转到负荷控制方式，并调节机组负荷至JC程序分配的目标负荷。

机组启动优先级的设定，是指电站监控系统在接收到全厂总负荷设定值之前，JC程序会计算目前电站各个机组的运行状态和可用功率，然后对所有投入JC的机组的启动顺序按照最经济的方案进行排序，下一步机组的启动将按照这种排序进行。

当其中某台机组因异常情况不能响应控制指令时 （如辅机启动失败，导致机组不能启动），JC程序会自动地将控制指令转移给优先级次之的其它机组。

机组在JC模式下运行时，JC程序会不断地计算全厂负荷设定值和实际负荷的差值，这样就会根据全厂负荷设定值的变化调整机组负荷或启停机组。

机组在抽水工况运行时，如果电网出现异常情况，JC程序也可根据调度指令控制机组由抽水工况转到发电工况运行，最大限度地保证电网的安全。比如，某抽水蓄能电站全部4台机组在抽水运行，此时电网遇到紧急情况，电网调度员发出指令 “紧急切除所有机组抽水，并转发电负荷400MW”，电站操作员将电站控制模式设为JC模式，并设定全厂负荷“+400MW”，控制系统会瞬间完成所有抽水机组解列，同时启动两台机组转发电工况，负荷各自分配为“+200MW”，另外两台机组进入停机备用状态。

另外，抽水蓄能电站AGC功能即包括单机AGC功能，也包括JC模式下的全厂AGC功能。如果电站JC功能退出，投入单机AGC，则该机组根据电网AGC负荷指令运行；当抽水蓄能机组投入JC控制模式时，AGC指令是针对整个电站而不是某一台机组，这时再投入AGC，所有投入JC控制模式的抽水蓄能机组将根据EMS下发的全厂AGC指令，按照最优经济分配负荷的策略，自动启动相应台数的机组或调整全厂负荷；这种控制还能降低每台机组调节的频繁程度，进一步提高负荷分配的经济性。

3 基于电网安全稳定控制系统和电站联合负荷控制系统下的抽水蓄能电站应急响应控制模式

3.1 控制模型的建立

如果将电网安全稳定控制系统、抽水蓄能电站全厂联合负荷控制系统以及全厂AGC功能结合到一起，将实现“基于电网安全稳定控制系统和电站联合负荷控制系统下的抽水蓄能电站应急响应控制模式”。这种模式下，电网安全稳定控制系统将控制指令自动下达给抽水蓄能电站，在JC模式下，抽水蓄能电站监控系统接到这个指令后会自动启停机组或调整机组负荷来响应电网安全稳定控制系统的指令，整个响应过程都是自动完成的，可实现抽水蓄能电站最快速的事故应急响应。其次，抽水蓄能电站机组在完成应急响应动作后，还可以根据电网调度要求再投入全厂AGC功能，实现全厂负荷调整自动跟踪整个电网的需要。

建立一个简单的系统构成模型，如图2所示。

图2 抽水蓄能电站应急响应控制模型

3.2 应急响应控制系统的运行方式

电网安全稳定控制系统始终投入运行，其指令处于最优先控制级别；一般情况下，JC功能应投入，抽水蓄能电站的AGC功能则根据电网调度的指令投入或退出。

在电网遇到紧急情况时，电网安全稳定控制系统动作，发出指令，抽水蓄能机组按照电网安全稳定控制系统的控制指令，在JC模式下自动启动发电或切除抽水机组运行 （不考虑安全稳定控制系统发出紧急抽水指令），直到电站运行状态符合安全稳定控制系统发出的指令后，安全稳定控制系统指令信号消失，但抽水蓄能电站仍保持前面的运行状态不变。

此时根据电网运行需要，可按照调度员的指令投入全厂AGC，抽水蓄能机组将按照AGC指令运行；如果此时电网安全稳定控制系统再次发出指令，则该指令优先于AGC指令，抽水蓄能电站将按照电网安全稳定控制系统指令运行。

只有在电网调度要求机组按照调度员指令进行控制时，JC功能才允许退出，在JC功能退出的情况下，电网安全稳定控制系统将不起作用。

3.3 电网安全稳定控制系统对抽水蓄能电站的控制策略

电网安全稳定控制系统对抽水蓄能电站的控制策略主要有以下几个方面，以装机4台300MW机组的抽水蓄能电站为例。

机组由抽水工况转换为部分或全部机组停机备用工况（-300～-1 200MW 转-900～0MW），如“低频减载”。

机组由停机备用工况转换为部分或全部机组发电工况，或者是有部分机组在发电，但需要增加机组进行发电（0～900MW 转 300～1 200MW），俗称“紧急顶出力”。

部分或全部机组由抽水工况转换为部分或全部机组发电工况（-300～-1200MW 转 300～1200MW）。这种情况就比较复杂了，如果负荷变化差小于1 200MW，则不需要工况转换，解列抽水机组运行的同时，启动另外机组发电即可；如果负荷变化的差值大于1 200MW，则必然有某台或全部机组由抽水工况转发电工况。最严重的工况就是4台机组全部由抽水工况转为发电工况。

3.4 应急响应控制系统的优点

从以上分析可以看出，上述控制方式的最大优点是应急响应过程全部自动完成。加上抽水蓄能电站机组启动速度快，一般从静止到发电只需要2Min，从抽水工况转发电工况也只需要7～8Min。另外，联合负荷控制下，全厂机组的控制就象控制一台机组，要比一台一台的人工控制减少操作时间。拿最严重的4台机组由抽水工况转为4台机组发电工况而言，这种模式完成目标负荷的时间，比人工操作要少10Min左右，可以想象，电网如果出现这种情况，10Min是非常重要的。

4 结语

无论是电网安全稳定控制系统，还是抽水蓄能电站全厂联合负荷控制系统，在技术上都是成熟的，在许多电网都得到应用。基于上述两个系统的抽水蓄能电站应急响应控制模式的设想如果得到实现，无疑将最大限度地发挥抽水蓄能电站对电网事故的应急响应能力，对提高电网的智能化水平和可靠性发挥极大的作用。