浅谈抽水蓄能电站联合控制策略

项 捷

（原上海市电力公司电力科学研究院，上海市 200437）

浅谈抽水蓄能电站联合控制策略

项 捷

（原上海市电力公司电力科学研究院，上海市 200437）

集有功和无功控制于一体的抽水蓄能电站联合控制，充分利用抽水蓄能机组即可电源又可负荷的特性，其灵活的调控方式，迅速的调节响应，赋予电网智能化双向调控的空间。本文在华东电网各抽水蓄能电站负荷成组已投入运行的基础上，进一步介绍了抽水蓄能电站联合控制的基本构架，电站及机组控制模式，负荷和电压控制的基本策略，有功、无功控制指令的计算和分配方法，为电网应对大功率输送、大规模间歇性电源接入提供可能的手段。

联合控制；负荷成组控制；发电旋转备用裕度；电压成组控制

0 引言

随着我国新能源战略的实施，以风能、太阳能、光伏为主的新能源发电得到了迅速发展，受自然条件的影响，新能源发电容量及持续时间的不稳定性和不确定性制约了其广泛的应用。

作为大型储能电源，抽水蓄能集发电、抽水、调相工况于一身，特有的机组启停及工况转换迅速的优势，赋予电网有功和无功双向调控空间，在国家推进分布式电源和发展智能电网的背景下，在确保抽水蓄能机组、水工设施安全、保障电站经济利益的基础上，充分利用抽水蓄能电站的优势，服务好电网。

抽水蓄能联合控制是以电站为调控对象的网源协调控制，目前部分电站根据电网要求已投入了负荷成组控制，但由于各电网能源结构、用户需求等差异，各电网对电站联合控制的要求是不同的。

结合蓄能机组的特点，从网源协调需求入手，在梳理现有电站联合控制设计思路的基础上，探讨和研究通用蓄能电站联合控制策略。

1 联合控制的基本框架

借鉴国外设计，抽水蓄能电站联合控制一般可分负荷、电压成组控制两部分，包括了电站模式选择、负荷、电压指令计算和分配、机组自启停控制功能，基本框架见图1。

2 控制模式的选择

抽水蓄能电站联合控制方式按机组、电站和系统（电网）分层设计，各层模式选择相互独立，又相互关联。

机组控制模式一般可分“单机”和“成组”两种，所谓“单机”模式指单台机组的启停及有功/无功调整独立于联合控制，由操作员人工操作；而“成组”模式机组启停、有功和无功分配由电站联合控制软件自动计算和控制。

电站控制模式分自动模式、操作员指导模式和手动模式三种：

（1）自动模式。意味电站联合控制系统投入，系统依照电站设置指令或调度下发的负荷/电压计划曲线，自行计算机组的有功/无功指令，根据指令自动触发相应机组启停控制，分配机组有功和无功指令，电站“自动”模式仅控制“成组”模式的机组。

（2）操作员指导模式。类似于“自动”模式，只不过需要操作员对系统自行计算单台机组的有功/无功指令以及机组启停控制进行确认，是一种半自动模式。

（3）手动模式。机组的启停和指令设置由操作员人工操作。当电站控制模式切换到“手动”模式，所有机组自动切换到“单机”模式。

系统（电网）控制模式是电网AGC/AVC控制模式，其要求电站控制模式必须在“自动”模式，电站操作权限切换到“电网（远方）”控制，系统控制模式只能在电站侧选择切换。

图1 抽水蓄能联合控制基本框图Fig.1 The basic block diagram of the pumped-storage joint control

3 负荷成组控制

与火电不同的是抽水蓄能集电源和负荷于一身，因此遥调和遥测信息按照电网符号定义，发电工况为“正”（＋），电动工况为“负”（－）。

3.1 有功调控方式

联合控制负荷成组分计划曲线和实时控制两种方式。

（1）曲线控制是电网通过预测负荷变化，计算安排电站明天24h、按若干分钟间隔（华东电网为15min）的发电/抽水计划。

（2）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控制仅仅在电站“自动”、电站操作权限在“电网”，且发电工况有效。

3.2 发电成组控制

无论是实时控制还是日计划曲线控制，对发电成组控制而言区别只是接受的电站总负荷设定是连续或断续的，发电成组控制根据电站发电可调范围，计算和平均分配各机组负荷设定，并根据机组启停优先级，自动触发相应机组LCU发电启停控制、设定发电负荷。

机组LCU在接受到控制指令后实施启停控制，调速器按照机组LCU的发电负荷设定进行闭环调节。

发电成组控制一般按下列方式计算：

（1）成组机组负荷设定P成组。

式中：P总设定——电站总负荷设定（+）；

P成组——成组机组负荷设定；

N——机组台数，1≤N≤“成组”机组台数；

P1——机组安全运行的最小功率；

P2——机组额定发电功率。

（2）电站发电工况最大可调容量及范围。

3.3 电动成组控制

目前，国内抽水蓄能机组在电动工况用电负荷无法像发电一样连续调节负荷，因此电动成组控制将根据电站总负荷设定（－）计算出需要机组启停台数，自动触发机组水泵启停控制。

电动成组控制按如下规则计算电动成组台数

式中：P总成组——电站总负荷设定（－）；

M额定——机组额定功率。

抽水蓄能电站水泵工况启动可采用两种方式，一种是根据负荷指令直接触发机组从停机到水泵工况的启停控制，另一种触发机组从水泵调相到水泵工况的转换，鉴于后者启动成功率要提高很多，在成组电动控制原则上采用第二种方式。

4 无功成组控制

蓄能电站在电网中一般为终端电站，正常情况下，发电工况时电站作为电源点，基本满足电网母线电压考核要求；电动工况时电站为负荷点，而电动工况运行电网一般安排在电网负荷较轻、电网电压较高时段。

4.1 无功调控方式

类似的，无功成组调控分计划曲线和实时控制两种方式，实时控制又分电压闭环控制和无功开环控制两种。

（1）电压曲线方式。用一对电压曲线组反映电网对电站在各工况下允许电压波动的范围，联合电压控制将按曲线组计算维持电压所需的无功，一旦无功调节使得母线电压恢复到电压曲线范围内，联合控制将维持无功设定不变。

（2）电压设定值。电压设定值与计划曲线方式十分类似，所不同的是采用电压设定与实际母线电压相比较的方式，根据电压差计算需要增减的无功，并在励磁侧用脉冲方式进行无功调节，直到实际母线电压回复到预设的允许范围内。

（3）无功设定值。电站联合控制将根据下达的无功指令，计算和分配机组无功指令。

4.2 无功计算和分配

鉴于电站的主接线一次接线一般是以两台主变为单元，为了避免同一单元主变低压侧电压的不一致引起在两台主变间的无功环流，同一单元的机组不论在“成组”还是在“单机”，无功设定应尽可能保持一致，因此计算获得的电站总无功设定按平均分配的原则计算。机组无功设定见式（4）

式中：Q电站——电站无功总设定；

Q机组——机组无功设定；

N——并网运行机组的台数；

Qmax——机组过励限值；

Qmin——机组低励限值。

4.3 蓄能电站成组无功控制的辅助手段

由于抽水蓄能机组不是连续运行的，电站无功控制在发电和抽水工况调整手段有：

（1）发电工况。当电站机组在发电工况时，电站联合系统可以利用机组发电工况进相和调相能力来维持母线电压；当电站部分机组在成组备用（停机）状态，若电站无功调节超出其可调范围，可设计启动停机机组调相，不过若采用有功控制优先设计，一旦电网有发电需求，系统将自动将调相机组转换到发电工况。

（2）抽水工况。鉴于水泵工况有功的吸收与水泵扬程（水头）有关，为了避免由于水头的变化导致电站电压的波动，同时确保机组运行在稳定的极限范围内（低励、过励许可范围），水汞工况励磁一般采用恒功率因素的控制模式。因此当电站母线电压超出许可范围，也可采用启动成组备用（停机）机组调相。

（3）调相工况。若电站无机组运行，而电站母线电压超出许可范围，可通过无功成组控制启动成组机组到调相工况进行电压辅助调整。

5 结论

随着电网内抽水蓄能资源的增加，抽水蓄能未来电网的发展中作用受到关注，作为网源协调的主要手段，安全、可靠又不失灵活的电站联合控制是电网所希望的，因此统一对电站联合控制的认识，规范技术要求，采用功能模块化设计方案来满足电网需求的差异是至关重要的。

［1］汪军，张红芳，周庆忠，方辉钦，谢亚平.我国抽水蓄能电站计算机监控技术评析［J］.水电自动化和大坝检测，2002，（1）.WANG Jun,ZHANG Hongfang,ZHOU Qingzhong,FANG Huiqing,XIE Yaping.Pumped storage power station computer monitoring technology in our country and analyzes detection［J］hydropower automation and dam,2002(1).

［2］高苏杰.抽水蓄能的责任［J］.水电与抽水蓄能.2015，1（1）：1-7.GAO Sujie.The responsibility of pumped storage［J］.Hydropower and Pumped Storage,2015,1(1):1-7.

［3］周攀.基于有限状态机的抽水蓄能机组工况转换控制［J］.水电与抽水蓄能，2015，1（1）：91-96.ZHOU Pan.The condition transformation control strategy for pumped-storage power station based on finite state machine［J］.Hydropower and Pumped Storage,2015,1(1):91-96.

［4］杨文道，张岩雨，潘菊芳.抽水蓄能机组电动工况启动的自动控制［J］.水电与抽水蓄能，2015，1（2）：16-21.YANG Wendao,ZHANG Yanyu,PAN Jufang.The automatic control of the pumped start-up of the pumpedstorage unit［J］.Hydropower and Pumped Storage,2015,1(2):16-21.

［5］黄杨梁，邵霞.自动电压控制在抽水蓄能电站应用研究［J］.水电与抽水蓄能，2016，2（2）：78-82.HUANG Yangliang,SHAO Xia.Automatic voltage control in the application of pumped storage plant［J］.Hydropower and Pumped Storage,2016,2(2):78-82.

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

A Brief Description of Joint Control for Pump Storage Power Plant

XIANG Jie
（The Electric Science and Research Institute of Shanghai Electric Power Company,Shanghai 200437,China）

Integrated by active power and reactive power control,using the feature of either power or load,it is given to grid the possibility of bidirectional control by joint control of pump storage power plant with flexible operation and rapidly response .Based on the operation of load group control of plants within grid of East China,This paper mainly describes the basic structure of plant joint control,the control mode of plant and unit ,the strategy of load and voltage control,the way of calculation and distribution of setting points to provide the possibility for being mindful the challenge of large power supply and interrupted power supply.

joint control；load group control；reverse power margin for generation；voltage group control

TV743

A 学科代码：570.15

10.3969/j.issn.2096-093X.2016.05.007