桐柏抽水蓄能電站成組控制有功變化速率優化

高建偉，馬依文

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

0 引言

華東桐柏抽水蓄能電站（以下簡稱桐柏電站）位于浙江省天臺縣，總裝機容量為1 200 MW，設有4臺單機300 MW的立軸單機混流可逆式機組。電站以雙回500 kV線路接入華東電網，在華東電網承擔調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等任務。桐柏電站機組正常運行工況主要包括：發電工況、發電調相工況、抽水工況、抽水調相工況等。

桐柏電站的每日發電計劃是由華東調控分中心根據電網負荷預測情況提前一日下發。調控分中心下發的日負荷計劃以15 min為一個計劃點，將1天24 h分為96個計劃點，電站需嚴格按照調度下發的發電計劃執行機組啟停及機組有功控制任務。

1 成組功能簡介及存在的問題

1.1 成組控制系統基本情況

抽水蓄能負荷成組控制是實現電網與抽水蓄能電站間以電站為調控單元的系統，在規劃建設過程中，應采用與電站監控系統緊耦合的軟硬件平臺，按照華東電網抽水蓄能電站負荷成組及緊急支援控制功能規范的要求進行功能架構及功能設計。

負荷成組控制系統應采用模塊式的軟件構架，并具備有如下功能：

（1）控制權限及控制方式；

（2）如何調控方式和切換跟蹤處理；

（3）負荷指令計算和分配；

（4）機組啟停控制；

（5）抽水拖動選擇；

（6）電網緊急事故支援功能；

（7）系統故障安全。

電站負荷成組控制計算處理周期應不大于250 ms。

1.2 電網考核要求及存在的問題

隨著華東電網區域內抽水蓄能電站數量快速增長，且多為日調節型電站，同一時刻將會出現多臺抽蓄機組的啟停，對電網頻率造成不小的沖擊。因此在電站負荷的可調范圍內，成組控制需要基于發電負荷曲線的分鐘線性化目標值，進行負荷跟蹤控制。

桐柏電站在成組負荷控制模式下，單臺機組發電開機提前13 min由成組下發電開機令，機組同期并網后為避開水泵水輪機在不穩定工況運行，機組調速器會以最快的速度將有功帶至200 MW，然后再按照200 MW/3 min的有功變化速率，將機組有功帶至成組目標設定值。單臺機組停機提前11 min由成組發停機令，先按照200 MW/3 min的有功變化速率減機組有功，等機組有功減至空載時發令分機組開關。

當96點計劃曲線中2個發電計劃點之間的負荷變化無需成組發令開停機時，成組邏輯將提前13 min開始重新分配各運行中的機組負荷，并按照200 MW/3 min的有功變化速率調整。在上述情況下，兩個發電計劃點的負荷變化調整所用時間通常小于3 min，這種情況全廠負荷僅能滿足華東調控分中心15 min的考核電量，無法滿足5 min的考核電量。為滿足5 min的考核電量要求，需要全廠有功曲線在15 min內勻速調整。因此需新增成組有功變化速率計算邏輯：根據96點計劃的負荷變化情況，在負荷變化較小無需機組啟停時計算成組控制負荷的變化速率，并實時控制全廠機組有功出力。

2 成組有功變化速率控制邏輯優化

2.1 有功變化速率計算邏輯的介入條件

有功變化速率計算邏輯的主要功能：在96點發電計劃中存在前后兩個發電點負荷變化較小，僅需調節當前運行中機組的負荷即可滿足負荷曲線要求時，此邏輯將根據兩個計劃點之間的負荷差來計算出全廠有功變化速率，從而保證全廠有功功率能在15 min內均勻增減至下一個計劃點負荷。

由于新增的有功變化速率計算邏輯功能是基于原有的成組負荷曲線控制邏輯實現，因此新增的邏輯首先需要保證不影響原有成組邏輯的正常運行，其次就是需要明確新增邏輯的介入條件。主要閉鎖介入條件如下：

（1）有機組正常啟停時應閉鎖介入。

（2）機組抽水工況運行時應閉鎖介入。

（3）電網緊急支援動作時應閉鎖介入。

（4）電站成組控制模式退出時應閉鎖介入。

（5）成組不在曲線控制模式時應閉鎖介入。

圖1中變量b_Ramp_Stage觸發時有功變化速率計算邏輯即介入到成組分配各運行機組有功功率的計算邏輯中。其中變量JC；CMD.P.SET.VAL即為下一個計劃點的成組目標有功設定值，變量m_CMD.TARGET.P.SET即為當前計劃點的目標有功值。

由圖1可知，只有當發電計劃前后兩個點有差值，并且上述5個閉鎖介入條件均未動作時，負荷變化速率計算邏輯才會啟動。

圖1 有功變化速率計算邏輯介入閉鎖邏輯示意圖

2.2 無機組啟停情況下的有功變化速率計算邏輯

有功變化速率的計算邏輯主要通過計算兩個計劃點之間的有功差值，除以15 min后即為成組控制的目標有功變化速率。考慮到機組調速器存在功率控制死區，成組控制目標有功值實時變化不利于機組調速器調節機組有功，因此成組控制目標有功值設置了每隔1 min更新一次的邏輯。

圖2 成組控制目標有功值選擇邏輯示意圖

圖2中變量JC；CMD.TARGET.P.SET即為成組控制的全廠有功目標值，當變量b_Ramp_Stage復歸時，即將變量JC；CMD.P.SET.VAL的值直接賦予變量 JC；CMD.TARGET.P.SET，當變量 b_Ramp_Stage觸發時，變量JC；CMD.TARGET.P.SET的計算公式如下：

其中P為成組目標有功值JC；CMD.TARGET.P.SET；V0為當前目標有功值m_CMD.TARGET.P.SET；V1為下一個點目標有功值JC；CMD.P.SET.VAL。

圖3 成組目標有功值計算邏輯示意圖

3 成組控制有功變化速率試驗及分析

3.1 試驗方法及過程

由于新增的有功變化速率控制邏輯運行環境為電站成組控制運行在自動、負荷曲線模式，為驗證該邏輯的正確性，試驗過程中電站機組控制方式均在遠方成組，電站成組控制總投入，負荷曲線控制模式。

試驗過程中全廠機組均在成組自動控制模式，邏輯優化可能導致成組控制機組正常啟停異常、負荷變化未按照計劃曲線執行等情況。因此試驗前應先向調度提交試驗申請單，并附上試驗所需的96點計劃，取得調度批準后方可進行。同時在試驗過程中增加一名中控室值守人員密切監視成組邏輯發令情況，如出現與發電計劃不一致的指令，及時將成組控制方式切至手動模式，人工下發指令。

試驗開始前由監控系統專業人員下載修改完成的成組控制邏輯，并開啟在線測試功能。在試驗進行期間，監控專業人員重點監測邏輯中變量b_Ramp_Stage的動作情況以及變量JC；CMD.TARGET.P.SET的實時數值。

表1 試驗期間發電計劃表 單位：MW

3.2 試驗結果分析

根據試驗期間15：27～16：02記錄的1號機、2號機和3號機的有功功率以及累加后的全廠總有功功率分析可知，成組控制機組有功變化速率邏輯能正確動作，并且有功功率曲線斜率能根據發電計劃正確計算。最終此次試驗過程中1號機、2號機和3號機的有功功率實際曲線變化速率為1.11 MW/min，全廠總有功的實際變化速率為3.33 MW/min，在扣除4 MW的廠用電后，桐柏電站500 kV關口電能表的15 min電量和5 min電量均能滿足調度偏差不超過±2%的要求。

圖4 試驗期間機組有功功率趨勢曲線示意圖

4 結論

抽水蓄能電站機組具有運行工況多、機組啟停頻繁、需要避開不穩定工況運行等特點，因此抽蓄電站的負荷成組控制邏輯較常規水電機組和火電機組要復雜一些，邏輯的修改優化也相對的要更加謹慎。此次新增成組控制機組有功變化速率邏輯工作的主要內容包括：原有邏輯的梳理消化以及試驗過程中的風險預測兩方面。隨著華東地區“兩個細則”條款重新修訂后，相應的考核力度大大加強，對華東區域的并網機組輔助服務和運行管理也提出了更高的要求，抽蓄電站的成組邏輯優化工作也將持續開展。此次邏輯優化工作中出現的種種問題，為今后的成組控制邏輯修改積累了實際經驗。