深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程設計與應用

李 青，姜海軍，李 碩，操俊磊，胡振愷，俞家良，萬 波，沈 燕

（1. 深圳蓄能發電有限公司，廣東 深圳518116；2. 南瑞集團（國網電力科學研究院）有限公司，江蘇 南京211106）

0 引言

深圳抽水蓄能電站位于廣東省深圳市鹽田區和龍崗區交界處，距深圳市中心約20 km，距離香港、大亞灣核電站、嶺澳核電站約25 km，處于廣東電力負荷中心，同時又是西電東送的落點和粵港電網的連接點。電站安裝4臺300 MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機-發電電動機，機組額定轉速428.6 r/min，額定水頭448 m，年發電量15.11億kW·h，年抽水電量19.55億kW·h。電站主接線采用發變組單元接線，每2組發變組單元在主變220 kV側聯合后以4回220 kV出線分別接入廣東電網，在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相以及緊急事故備用等任務。電站按照“無人值班，少人值守”的原則設計，采用全計算機監控方式。

1 機組運行工況轉換方式

深圳抽水蓄能電站運行方式復雜，機組啟停頻繁[1]，主要運行工況有：發電、發電調相、抽水、抽水調相、旋轉備用（空載）、停機等6種基本運行工況，同時具備黑啟動帶線路零起升壓的能力。

機組運行的工況轉換主要有：①停機→發電；②發電→停機；③停機→發電調相；④發電調相→停機；⑤停機→抽水；⑥抽水→停機；⑦停機→抽水調相；⑧抽水調相→停機；⑨停機→旋轉備用（空載）；⑩旋轉備用（空載）→停機；?發電調相→發電；?發電→發電調相；?抽水調相→抽水；?抽水→抽水調相；?旋轉備用（空載）→發電；?發電→旋轉備用（空載）；?抽水→發電；?停機→黑啟動。

2 機組工況轉換控制設計原則

深圳抽水蓄能電站機組運行工況多，轉換控制復雜[2]，對機組工況轉換控制流程要求很高，因此，深圳抽水蓄能電站機組運行工況轉換控制流程需考慮如下設計原則：

（1）模塊化編程原則。機組運行工況多，轉換控制復雜，為了機組工況轉換控制流程編寫簡單、修改方便，且節省內存空間，需要將機組工況轉換控制流程進行模塊化分解，即由幾個子控制流程模塊化組合構成一個完整的機組工況轉換控制流程[3]。

（2）靈活性操作原則。機組工況轉換控制流程需具有靈活的操作性，既可以按照機組工況轉換控制流程自動執行，也可以在操作人員干預下進行單步執行。

（3）容錯性校核原則。機組工況轉換控制流程需具有自檢查和自校核糾錯功能，防止不合理的或非法的命令輸入，當操作命令有誤時能自動閉鎖并產生報警，保證機組工況轉換控制的正確性[3]。

（4）優先性轉換原則。事故停機控制流程的優先級高于停機控制流程，停機控制流程的優先級高于發電、發電調相、抽水、抽水調相、空載和空轉等控制流程，當優先級高的控制流程被執行，優先級相同或低的控制流程均被禁止執行。

（5）可擴性修改原則。機組工況轉換控制流程需具有可添加控制流程和修改原有控制流程的功能，便于擴充和完善機組工況轉換控制流程[3]。

（6）安全可靠性原則。為了保障機組工況轉換控制的安全可靠性，控制流程每一步操作均設置啟動判斷條件，僅當啟動判斷條件滿足后，才解除下一步操作的閉鎖，允許下一步操作；若啟動判斷條件不滿足，則中斷機組工況轉換控制流程，執行事故停機控制流程，使機組停機[3]。此外，還設置機組事故停機后備操作措施，以確保機組安全可靠停機。

3 機組工況轉換控制流程

根據機組工況轉換控制設計原則，將深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程分解成如下運行工況：停機、空轉、空載、發電、發電調相、抽水調相和抽水等7種穩態運行工況，黑啟動特殊態運行工況，背靠背（BTB）拖動、背靠背（BTB）啟動、靜止變頻裝置（SFC）啟動、旋轉停機和中轉停機等5種暫態運行工況。穩態和特殊態運行工況能夠作為操作選擇目標，暫態運行工況則不能作為操作選擇目標。這樣，整個機組工況轉換控制流程便可以全部模塊化分解，每種工況轉換控制流程都由幾個子控制流程模塊組合而成[3]。深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程模塊化組合結構見圖1～圖2，深圳抽水蓄能機組工況轉換控制流程模塊化組合見表1。

圖1 深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程模塊化組合結構圖

圖2 深圳抽水蓄能電站機組事故停機控制流程模塊化組合結構圖

表1 深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程模塊化組合表

4 機組工況轉換控制優先級

根據機組工況轉換控制流程配置，深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程設置了空轉、空載、發電、發電調相、抽水調相、抽水、停機、機械事故停機、電氣事故停機和黑啟動等10種工況轉換控制操作。

考慮機組工況轉換控制的安全性，設置了機組工況轉換控制優先級。事故停機控制流程的優先級高于停機控制流程，停機控制流程的優先級高于發電、發電調相、抽水、抽水調相、空載、空轉和黑啟動等控制流程，其工況轉換控制優先級為：電氣事故停機＞機械事故停機＞停機＞發電=發電調相=抽水=抽水調相=空載=空轉=黑啟動，當高級別的工況轉換控制流程被執行時，將中斷并禁止低級別的工況轉換控制流程執行；當同級別的工況轉換控制流程正在執行時，將禁止其他同級別的工況轉換控制流程執行。

5 結論

抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程是抽水蓄能電站計算機監控系統的重要組成部分[4]。深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程在設計方面充分考慮和采用了模塊化編程原則、靈活性操作原則、容錯性校核原則、優先性轉換原則、可擴性修改原則和安全可靠性原則，控制邏輯嚴謹，安全閉鎖完善，是一種安全、可靠、靈活的抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程。

深圳抽水蓄能電站機組工況轉換控制流程已于2017年11月份正式投入現場運行，自投入運行以來，運行穩定可靠，完成了各種機組運行工況轉換控制任務，滿足深圳抽水蓄能電站機組運行工況轉換控制要求。