华东抽水蓄能电站侧紧急支援系统的实施和应用

项 捷，高伏英，周 毅，秦 俊

（1.原上海市电力公司电力科学研究院，上海市 200090；2. 国家电网华东电力调控分中心，上海市200120；3.国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

华东抽水蓄能电站侧紧急支援系统的实施和应用

项 捷1，高伏英2，周 毅2，秦 俊3

（1.原上海市电力公司电力科学研究院，上海市 200090；2. 国家电网华东电力调控分中心，上海市200120；3.国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

本文简单说明了以抽水蓄能电站侧负荷成组控制为基础的紧急支援系统基本设计思路、抽水蓄能电站在华东电网频率控制体系中的作用以及抽水蓄能电站负荷成组控制的方式，并重点讲述了电站紧急支援功能及故障安全设计。

抽水蓄能负荷成组控制；紧急支援；电网故障频率恢复系统；故障安全

0 引言

华东电网是国内输送电量最大的电网，电网电源以火电为主，随着国家节能减排政策的落实，域外大容量、远距离、特高压输送大功率电源改变华东电网的电源结构。

清洁能源是国家可持续发展的必然趋势，作为承担着长三角经济发展最快、经济总量规模最大、最活跃地区电力调控的华东电网，区域性停电将严重影响经济发展、社会稳定和民众安全。电网在采用远方大容量清洁能源支撑经济发展、缓解环境压力的同时，还承担着保证电力可靠供应和电网安全运行重责。

抽水蓄能集发电和负荷特性于一身，其机组快速启停特点和多工况运行方式，赋予电网有功、无功双向调控能力。利用抽水蓄能的特点，研究和制定相应策略，与电网协同解决承载大规模清洁能源的安全运行难题。

1 基本思路

以抽水蓄能负荷成组控制为基础，以紧急事故支援附加值为故障频率恢复的快速调控手段，综合利用火电和抽水蓄能两种不同能源的调节特性，研究开发电网智能控制策略，动态地对电网大功率缺失进行调控，确保电网故障恢复过程的平稳和安全。

2 电站在华东电网频率控制体系中的作用

正常方式下，电网频率调节分一次调频和二次调频两种，一次调频是并网机组调速器对频率变化自主调节控制，二次调频是电网利用AGC指令对机组调节控制，恢复电网频率的偏移。

一次调频和二次调频对电网频率控制是协调互补的关系。由于一次调频响应是调速器对频率的单方向、直接的响应，调节是快速、开环有差的。而二次调频是电网和并网机组共同承担的，通过比较频率和用电负荷，采用频率闭环控制手段，实时计算调节机组负荷目标，因此调节相对缓慢。

图1 抽水蓄能电站一次调频和二次调频示意图

华东网源协调频率控制机理是：在频率发生大偏差的初始阶段，一次调频作为电网调频的前馈迅速发挥作用，缓解频率偏差。考虑到火电和水电一次调频频率调节持续性上的差别，电网对一次调频采用差异化控制，即：

（1）当频率波动范围超过0.033Hz，启动并网火电机组一次调频，调节范围是机组额定容量的6%。

（2）当频率波动范围超过0.05Hz，除了火电外，启动并网发电的水电和抽水机组一次调频，调节范围是机组额定容量的10%。

鉴于电网AGC仅控制机组发电，而抽水蓄能机组兼具发电和抽水特性，设计为日调节电站。目前，华东电网抽水蓄能电站一般不参与由电网侧AGC系统直接下发AGC指令而进行负荷控制的模式，而是采用电站以成组控制模式运行，且按电网侧下发的96点电站负荷计划曲线进行控制调节模式参与电网的调峰、填谷。

电站一次调频与二次调频的关系可见图1。

3 电站负荷成组控制

一般意义上，抽水蓄能联合控制是指以电站为基础的负荷和电压协同控制，负荷成组控制则是电站联合控制的一个子系统，其将电站所有机组（如单机容量300MW）组合成一个被控单元（如4×300MW=1200MW）进行负荷调节和控制，不过与大容量发电机组连续调节不同的是，发电工况时该被控对象在涉及机组启停时的调节是断续的；而电动工况时，电站转变成一个大用电负荷，该负荷是无法调节的，只能按机组电动容量逐个投入或切除。

负荷成组控制是电站负荷“自动”控制方式，其要求被控机组处在“成组”模式，成组控制按机组模式来动态计算电站成组的可控范围和调节容量，自动实现机组启停控制和负荷调节。当机组因故障跳闸时，该机组控制模式将自动切换到“单机”模式。

电站负荷成组控制方式有：

（1）实时控制。分指令控制和AGC控制，指令控制即可应用于发电也可应用于抽水；而AGC控制仅局限于电站操作权限设置在“电网”侧且发电工况有效状况。

（2）计划曲线控制。按照调度下发的日96点（15min/点）发电、电动负荷计划进行控制，调度可根据电网运行情况，提前45min对未来计划曲线进行修改和下载更新的曲线。

4 电站紧急支援控制

华东抽水蓄能电站紧急支援是新研究开发的华东电网故障频率恢复体系中电站侧控制部分。紧急事故支援功能的设计是在原有电站成组控制计划曲线功能模块基础上，采用电站按总计划负荷指令叠加紧急支援附加值，并直接启停机组方式来实现的。基本构架可见图2。

图2 电站紧急支援框架示意图

鉴于电网故障发生的随机性，电站紧急支援的启动必须考虑电站可能运行的各种工况（停机、发电、调相、抽水）、机组运行的稳态和暂态过程，以及与电网信息交互的安全性、可靠性和实时性。

电站紧急支援功能设计的关键是电站当前和下一时刻可调容量的确定。作为电站与调度侧故障频率恢复控制系统之间交互的关键参数，上传到调度侧的电站可调容量（正整数）实时地反映了电站当前的工况、运行状态及当前和下一时刻点电站可支援的容量，是电网故障频率恢复系统启动抽水蓄能远方紧急支援附加值计算分配以及电网故障频率系统恢复退出后调控的依据。

电站可调容量的计算原则如下：

（1）发电工况（当前）为成组运行机组旋转备用及成组停机机组容量总和。

（2）发电工况（下一时刻）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）为成组运行机组电动容量。

（4）电动工况（下一时刻）为下一时刻负荷计划的电动容量。

（5）调相工况（当前）为零。

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

一旦电网故障频率恢复系统启动，电网调度控制系统根据抽水蓄能电站当前可调容量计算和分配叠加的紧急支援附加值（正整数），要求电站紧急支援系统按下列原则控制：

（1）停机工况，即刻触发机组发电流程，启动机组到发电工况。

（2）发电工况，即刻调用现有的旋转备用，同时触发成组停机机组的发电流程。

（3）电动工况，即刻触发水泵停机流程，释放相应的有功功率。

（4）调相工况，即刻闭锁下一个计划曲线点调相转抽水的流程。

根据事先约定，电网故障频率恢复系统在第二个计划周期启动自动退出控制，紧急支援附加值根据电站当时工况，以不同的线性递减方式，逐步将附加值降至零，使电站在一定的时间内恢复到预定的计划曲线控制方式。

5 故障安全设计

由于华东电网故障频率恢复系统分跨电网和电站两个不同的控制系统，因此系统设计的安全性尤为重要。按照故障安全的要求，电网和电站两侧自身的安全监测和故障处理分别由各自系统模块承担。

对电站而言，一旦监测到自身系统、设备以及与电网调度间的通信故障，将自动终止紧急支援功能，保持先前运行状态并自动切换到电站手动控制方式，同时向上层发送故障告警信息。而电站或机组安全运行限制、指令超限等应在电站负荷成组控制中实施，并通过上传电站当前可调容量来限制电网的调节范围。

6 结束语

华东电网故障频率恢复系统在经历了电站侧功能测试、故障安全测试、电网和单个电站的联合功能测试、电网和多个电站的联合测试及试运行后，已经在2015年迎峰度夏前正式投入运行。

该系统启动门槛是电网频率低于49.80Hz，10s内未恢复至49.90Hz以内，损失功率大于等于（4830MW+300MW）。可以预见，作为电网事故频率调节手段之一的抽水蓄能，必将会在电网未来应对外来直流大功率缺失中发挥重要的作用。

[1]汪德星，杨立兵.自动发电控制（AGC）技术在华东电力系统中的应用.华东电力，2005.

[2]游光华，邓磊.抽水蓄能机组在电网调频中的实践研究.水电自动化与大坝监测，2014.

[3]周毅.华东电网动态区域控制误差应用分析.电力系统自动化，34（8）：106-110.

项 捷（1957—），女，高级工程师，主要研究方向：电网及电站自动化。E-mail：xiangjiesh@126.com

高伏英（1966—），女，高级工程师，从事电网调度自动化运行和管理工作。E-mail：13386056537@163.com

周 毅（1982—），男，高级工程师，主要研究方向：电网调度运行管理。E-mail：joryie@163.com

秦 俊（1977—），男，高级工程师，主要研究方向：电站自动化。E-mail：dsy_qinj@163.com

The Implementation and Application of the Emergency Power Support Control of East China Pumped Storage Power Station

XIANG Jie1，GAO Fuying2，ZHOU Yi2，QIN Jun3
（1.The Electric Science and Research Institute of Shanghai Electric Power Company，Shanghai 200090，China；2.State Grid East China Electric Power Dispatch center，Shanghai 200120，China；3.Technology Center state grid Xinyuan Company Ltd.，Beijing 100161，China）

This paper briefly describes the basic design idea of emergency power support control on the pumped storage power station load group control system，the way of load group control and the role played in frequency control system of East China power grid，also introduced the function of emergency power support control and system fault secure.

load group control；emergency power support control；frequency recovery system during grid；fault secure