淺析抽水蓄能電站對CPS指標的影響及措施

摘要：針對大型抽水蓄能電站機組并網造成省際聯絡線功率波動并影響CPS考核指標的問題，文章根據半嶺抽水蓄能電站機組特性的數據，分析了大容量抽水蓄能電站機組開停機對聯絡線功率及CPS指標的影響，采用多種策略改善大容量抽水蓄能機組開停機對聯絡線功率及CPS考核指標的影響，指出應對抽水蓄能機組負荷特性、調度策略及運行經驗等進行研究。

關鍵詞：抽水蓄能電站；機組特性；CPS指標；機組并網；功率波動 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV743 文章編號：1009-2374（2016）28-0122-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.061

1 概述

隨著我國新能源發電應用技術的發展，如光伏、風電、核電等新型綠色能源在全國裝機容量所占的比重越來越大，為保證電網穩定安全經濟運行，抽水蓄能電站在電力系統中所扮演的調峰填谷、快速調頻調相、事故緊急備用等角色作用越來越突出，投入運行的抽水蓄能電站的數目在不斷增長，同時機組容量也做得越來越大。抽水蓄能電站既可以作為發電廠，又可以作為用戶，具有其他電廠無法比擬的顯著的調峰填谷功能，同時其機組啟停快速，可以根據電網負荷的急劇變化做出快速的反應，所以研究抽水蓄能電站對電力系統的影響及提高電網的抗干擾能力，保障電力系統穩定、安全、經濟運行等具有重要的意義。

半嶺抽水蓄能電站位于福建省莆田市下轄的仙游市境內，安裝4臺300MW可逆式抽水蓄能機組，總裝機容量1200MW，通過500kV嶺大Ⅰ/Ⅱ路接500kV大圓變。半嶺抽水蓄能電站投入運行以后，在福建電網乃至華東電網發揮著調峰填谷、調頻調相、緊急事故備用的積極作用，對整個華東電網的安全、穩定、經濟具有十分重要的作用。但由于其單機容量較大，機組開停機對電網負荷影響化較劇烈，給華東電網與福建電網間聯絡線的調整與控制造成了一定的影響。目前福建電網與華東電網的聯絡線功率按區域控制偏差ACE是否滿足控制性能標準進行控制和考核，即CPS標準進行考核，所以研究半嶺抽水蓄能電站開停機對福建電網負荷和省際聯絡線功率的影響，制定應對措施，對于提高聯絡線功率控制水平，控制CPS指標具有重要的意義。

2 抽水蓄能機組負荷特性分析

半嶺抽水蓄能電站共4臺機組，單機發電出力為300MW，抽水出力為-320MW，機組在發電時0～120MW為振動區。當振動區間為120MW時，機組抽水和發電下的機組特性如下：

第一，停機時發抽水令：停機→（經過約6分30秒）抽水調相穩態（出力-5MW）→（經過約50秒）二級濺水功率（出力-50MW，停留約1分鐘）→（經過16秒左右）抽水穩態（出力-320MW）。

第二，抽水調相時發抽水令：抽水調相工況（出力-5MW）→（經過約50秒）二級濺水功率（出力

-50MW，停留約1分鐘）→（經過16秒左右）抽水穩態（出力-320MW）。

第三，抽水時發停機令：抽水穩態→（經過約14秒）停機。

第四，停機時發發電令：停機→（經過約3分鐘）發電穩態（出力150MW）

第五，發電時發停機令：發電穩態（出力150MW）→（經過約28秒）停機。

通過機組特性分析，我們可以知道抽水蓄能機組單機容量大，且出力調節有死區，發電抽水均無法達到全調節。并網發電時機組出力增加快速，機組的調節范圍是150～300MW。抽水運行時，機組出力經14秒即可達到滿出力-320MW。因此抽水蓄能單臺機組并網發電或抽水時相當于瞬間150MW或300MW左右的負荷波動，對電力系統發供電功率平衡產生較大影響，從而造成福建電網與華東電網的省際聯絡線功率的較為激烈的波動，對省際聯絡線的CPS考核指標產生影響。抽水蓄能電站單機并網抽水的出力閥值為-320MW，高于發電時的出力閾值150MW，故機組在并網抽水時對福建電網省際聯絡線功率控制影響最大。

3 抽水蓄能機組開機情況分析及策略

第一，當全省電網負荷較低的冬春季節，為了保證電網在夜間低谷時段有足夠的負備用，需要半嶺抽水蓄能電站開機抽水，此時因枯水季節水電機組無水發電，水電機組處于停機，而大部分火電機組出力已降至最低出力，系統已基本無負備用，全網機組未投入AGC功能。若半嶺抽水蓄能電站機組開機抽水，機組從-50～

-320MW只需16秒左右，速率非常快，此時沒有足夠的火電機組及水電機組共同參加調整，將造成區域控制偏差ACE長時間超出正常范圍，從而使得考核區間內的CPS指標不合格。

抽水工況策略：根據前10分鐘頻率平均值判斷系統頻率情況1663263.png以及聯絡線功率偏差值△P，當1663270.png>0且△P>0時，則允許機組開機抽水，機組先開機至抽水調相穩態，并提高火電機組出力使聯絡線功率△P約100MW，并在一個考核區間開始統計時下令抽水蓄能電站從抽水調相調至抽水穩態-320MW，在后續的考核區間內通過調整火電機組出力，保證在一個考核區間（10分鐘）內CPS指標合格。

第二，當全省電網負荷處于高峰的夏秋季節時，白天或晚間負荷高峰時，需半嶺抽水蓄能電站開機發電頂峰，此時應在后半夜將半嶺抽水蓄能電站開機抽水，以保證上庫水位及下庫水位滿足高峰時抽水蓄能電站開機發電的庫容要求。此時全省電網的水電機組、火電機組上下備用足夠，機組可以投AGC進行機組出力自動調節。

抽水工況策略1：開機抽水時，可以將機組開機至抽水調相穩態，此時機組從抽水調相轉抽水工況時出力從-50～-320MW或抽水工況轉停機時出力從-320～0MW只需16秒左右，速率非常快，需大火電機組及水電機組共同參與調整，共同分擔抽水蓄能機組造成的區域控制偏差（ACE）在正常范圍內，即抽水蓄能機組開停機時需通過AGC（或其他通道）直降或直升參與調節的機組出力。

抽蓄開停機時應多投火電機組AGC，以便更快地響應AGC指令（可以手動更改AGC調節模式為“只降不升”或“只升不降”），水電機組應提前留出備用進行對沖，將水電機組短時轉空轉運行或降低水電機組出力至最低出力，應盡量控制ACE 10分鐘平均值控制在0左右，減少電量考核。

抽水工況策略2：根據前10分鐘頻率平均值判斷系統頻率情況1663277.png（高周或低周）以及聯絡線功率偏差值△P，以此判斷抽水蓄能機組開機是否有利于CPS指標，若有利于CPS指標則允許其開機，否則閉鎖其開機直至條件允許。當1663284.png>0且△P>0時允許抽水，當1663292.png<0且△P<0時允許停機。此時參照抽水工況策略1的要求，多投火電機組AGC功能或水電機組提前留出備用進行對沖。

發電工況策略3：因抽水蓄能機組并網發電的出力閾值為150MW，故其發電工況下開停機對電網的影響較小，調度員可以合理安排好半嶺抽水蓄能電站的開停機計劃，充分利用自然負荷的快速增長或快速降低，來減少機組并網發電或停機對CPS指標的影響，并在一個考核區間開始統計時提前5分鐘下令抽水蓄能電站機組轉發電工況，以便在后續的考核區間內通過調整火電及水電機組出力，保證在一個考核區間內CPS指標合格。機組發電工況轉停機時，可以將水電機組提前留出備用進行對沖。

第三，其他影響因素。雖然調度員合理安排好抽水蓄能電站的開停機時間，但機組開機仍然存在不確定性，機組狀態轉換不及時，并網有一定延時的情況，這就增加省際聯絡線功率的調整控制的不確定。如：省調在0時47分時下令抽水蓄能#1機組由停機轉抽水工況，為保證機組并網后全省的發供電功率平衡，省調事先令火水電廠增加機組出力。如果機組能夠按照機組特性的時間及時完成并網抽水，則此考核區間內與下一個考核區間內能夠保證CPS考核指標的合格。由于機組并網的不確定性，導致#1機組實際并網時間延遲到0時56分才并網抽水，這就導致#1機組并網所在考核區間內CPS考核指標無法調整至合格范圍。

發電工況時，機組升降速率：#1、#2、#3機為5MW/秒，#4機為3MW/秒。出力調整有兩種模式：單步調整（步長為5MW）和PID調節。半嶺抽水蓄能機組發電工況0～120MW為振動區，無法短時停留。120～300MW區間出力調整正常用PID調節，但半嶺抽蓄電廠PID調節時每次調整出力達50MW或更多（正常水電站調整出力一般為20MW左右），嚴重影響調度CPS指標。暴露出半嶺電廠對電網了解不足，機組出力調整過快，對福建電網嚴重不利，若福建電網孤立網運行，后果更加嚴重。

4 結語

第一，大型抽水蓄能電站開停機對電網CPS指標的影響主要體現在機組抽水工況、發電工況、停機工況等各個運行工況的轉換過程。對電網CPS指標影響隨著運行人員經驗的豐富、相關策略的應用，其對電網的影響的總體趨勢在不斷減小，有時對電網CPS的影響還是比較大，這需要調度運行等相關部門共同努力，制定有效的應對措施，優化完善相應的策略，將影響減少到最小。

第二，加強對抽水蓄能機組的技術研發和機組制造技術攻關，進一步降低發電、抽水運行時的出力閥值，降低機組調節死區，優化機組參數，根據電網的負荷波動的實際情況，完善機組PID調節能力和AGC調節特性，減少其機組開停機及出力調節對電網的負荷的劇烈影響。

參考文獻

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作者簡介：黃德樂，男，供職于福建省電力有限公司廈門供電公司，電氣工程碩士，研究方向：變電運行、調度運行等。

（責任編輯：小 燕）