基于“大機小網”電網需求的抽水蓄能機組抽水工況啟停速度優化研究

陳 偉，張 丹，岳鵬超

(海南蓄能發電有限公司，海南?？?70100)

0 引 言

目前海南電網與廣東電網主網之間僅通過一回海底電纜連接，海南昌江核電裝機容量(2×650 MW)所占海南電網統調負荷約30%，因此海南電網是典型的“大機小網”。在聯絡線檢修或故障時的孤網條件下，這一特性更將成為制約海南電網安全穩定運行的關鍵因素。“大機小網”特點要求海南電網和發電廠必須考慮電力系統頻率特性及應對策略。

海南瓊中抽水蓄能電站安裝3臺單機容量為200 MW的可逆式混流式水泵水輪機組。該電站以220 kV電壓等級出線接入海南電網，用于緩解海南由于昌江核電機組投產帶來的調峰問題，并承擔海南電力系統的調頻、調相、緊急事故備用和黑啟動等任務，提高系統穩定性。

海南瓊中抽水蓄能電站1號機組動態調試期間，抽水工況開停機過程功率快速變化造成海南電網頻率波動最大值超過±0.10 Hz。為避免頻率波動加劇造成高頻切機第一輪動作，根據海南中調評估的其他電廠AGC調節能力，海南電網公司提出要求：不允許瓊中抽水蓄能電站兩臺及以上機組同時抽水工況開停機；機組抽水工況開機升負荷過程中二級濺水功率(-33 MW)到滿負荷(-205 MW)從25 s調整到50 s以上；機組抽水工況停機降負荷過程中1號機組從滿負荷(-205 MW)到出口斷路器分閘時間從11 s調整到40 s以上。

1 抽水工況開停機過程分析

1.1 抽水調相(PC)→抽水(P)開機過程

機組抽水調相工況(PC)有功功率約為-3 MW，機組抽水工況(P)有功功率約為-205 MW。抽水工況開機流程為(停機)S→抽水調相(PC)→抽水(P)，即P必須經PC流轉，PC→P先后經歷啟動排氣回水、退出機組下游密封、打開進水閥，調速器通過控制導葉使機組有功功率調整到滿負荷(-205 MW)。圖1為PC→P流程。

圖1 PC→P流程

1.2 抽水工況(P)→停機過程

抽水工況開機流程為抽水工況(P)→停機(S)，抽水工況通過控制調速器將機組功率降到-10MW后斷開機組出口斷路器。

2 1號機組泵工況開停機有功變化曲線分析

瓊中抽水蓄能電站調速器采用NEYPRIC公司生產的以PID調節規律為基礎的數字式電液調速器。UPC是調速器的核心單元，用于給定相應的導葉接力器設定值。SPC為接力器控制器，用于接受UPC發出的接力器設定值，通過控制導葉接力器的動作來達到調整導葉開度，進而調節機組轉速和有功功率的目的。

T-SOFT是NEYPRIC調速器自帶的調試軟件。該軟件能夠設置調速器UPC、SPC參數，查看歷史報警，選取參數進行錄波。

2.1 1號機組抽水工況開機過程有功功率變化曲線

PC→P過程中，機組有功功率從-10 MW(一級濺水功率)到-33 MW(二級濺水功率)歷時超過8 s，有功功率變化較慢且幅度較小，對電網頻率無影響。圖2是1號機組抽水工況開機過程有功功率變化曲線，可以看出該開機過程二級濺水功率(-33 MW)到滿負荷(-205 MW)用時24.091 s。該暫態過程造成海南電網頻率短時下降超過0.10 Hz。

圖2 1號機組抽水工況開機過程有功功率變化曲線(參數優化前試驗數據)

2.2 1號機組抽水工況停機過程有功功率變化曲線

圖3是1號機組抽水工況停機過程有功功率變化曲線，該停機過程中從滿負荷(-205 MW)到出口斷路器分閘用時11.398 s。該暫態過程造成海南電網頻率短時升高超過0.10 Hz。

圖3 1號機組抽水工況停機過程有功功率變化曲線(參數優化前試驗數據)

3 機組抽水工況開停機速度的優化

分析圖1流程得出，只有通過修改調速器參數才能降低機組抽水工況開停機速率，延緩有功功率上升和下降過程。

抽水工況開機過程。導葉開啟速率受參數PM_RPOV控制，PM_RPOV的定義為導葉從0開度到100%開度的動作時間，PM_RPOV原設置為30 s，二級濺水功率P2到滿負荷Pmax用時T1=24 s。為保證二級濺水功率P2到滿負荷Pmax過程延長到T2=60 s，PM_RPOV新設定為(原參數值×T2)/T1=(30×60)/24=75。

抽水工況停機過程。抽水工況導葉關閉速率由參數VT_RPAR控制，定義為導葉從開度LA_POSA到LA_POSF開度的動作時間。VT_RPAR原設置為15，LA_POSA=0.95，LA_POSF=0。

抽水工況停機過程中導葉從90%到65%變化過程中，機組功率維持在-205 MW左右。因此考慮以65%導葉值作為分段控制折線點(LA_POSA新設置為0.65)。

導葉控制第一段快速關閉規律：90%開度到65%開度過程導葉設定值PID_CSC為0；導葉控制第二段慢速關閉規律，導葉從LA_POSA(65%)到LA_POSF(0%)，關閉斜率為VT_RPAR。為保證停機過程中從滿負荷(-205 MW)到出口斷路器分閘從11.398 s延長到45 s，關閉斜率VT_RPAR新設置為(45/11.398)×原參數值=(45/11.398)×15=59.2，取整數60。

3.1 1號機組抽水工況開機過程升負荷曲線分析

1號調速器參數調整后進行抽水工況開停機試驗。從圖4看出，1號機組抽水工況開機過程中二級濺水功率(-33 MW)到滿負荷(-205 MW)用時59.672 s，比優化前延長35.5 s，該功率變化過程造成海南電網頻率短時波動小于0.03 Hz。

圖4 1號機組抽水工況開機過程有功功率變化曲線(參數優化后試驗數據)

3.2 1號機組抽水工況開機過程降負荷曲線分析

從圖5看出，1號機組從滿負荷(-205 MW)到機組斷路器分閘用時43.855 s，比優化前延長32.4 s。該過程造成海南電網頻率短時波動小于0.03 Hz。

圖5 1號機組抽水工況停機過程有功功率變化曲線(參數優化后試驗數據)

3.3 抽水工況開停機機組各部分振動分析

監測1號機組抽水工況開停機試驗過程機組各部位振動擺度。與調速器參數優化前開停機過程比較，未發現振動擺度值增大現象。1號機組 PC轉P過程機組各部位振動擺度最大值見表1。

表1 PC→P過程1號機組各部位振動擺度最大值

P停機過程1號機組各部位振動擺度最大值見表2。

表2 P→GCB分閘過程1號機組各部位振動擺度最大值

4 試驗結論

(1)由于海南電網系統容量相對較小，且網內發電廠AGC調節速度較慢，瓊中抽水蓄能1號機組抽水工況開停機過程功率快速變化造成電網頻率波動最大值超過±0.10 Hz。為避免頻率波動加劇造成高頻切機第一輪動作，通過調整調速器參數并進行動態試驗，機組抽水工況開機升負荷時間(-33 MW→-205 MW)從25 s調整到59 s，機組抽水工況停機降負荷時間(-205 MW→0 MW)從11 s調整到44s。試驗結果顯示該參數優化后，瓊中抽水蓄能機組抽水工況開停機過程造成電網頻率短時波動小于±0.03Hz，滿足海南電網系統頻率要求。

(2)適當延長機組抽水工況開停機過程負荷升降時間，該過程中機組各部位振動擺度值未明顯增加，滿足機組安全運行要求。

5 結 語

“大機小網”特點要求海南電網和發電廠必須考慮電力系統頻率特性及應對策略。2018年1月，海南電網因第二回海底電纜建設轉入孤網運行。瓊中抽水蓄能機組提前根據海南電網需求開展抽水工況啟停速率優化工作，消除開停機過程造成的電網頻率波動，顯著降低了海南電網在聯絡線檢修孤網條件下系統頻率失穩風險。瓊中抽水蓄能機組抽水工況啟停速度優化研究獲得中國南方電網公司發文通報表揚。該優化項目對其他“大機小網”電網的抽水蓄能機組調速器涉網試驗有參考意義。