某大型水電站右岸開停機時間控制研究

寸文全，鄺 磊，陳才龍，王代春，郭文峰

（白鶴灘電廠，四川 寧南 615400）

改革開放之后，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，國內(nèi)用電需求不斷增大，峰谷效應也日漸明顯，短時間內(nèi)負荷大范圍波動，將導致電網(wǎng)頻率變化，這就需要相當量的電站用于電網(wǎng)的調峰調頻。水輪機組啟動迅速，可在幾分鐘內(nèi)開機并網(wǎng)，因此在電網(wǎng)中水電站大多承擔峰荷，在發(fā)電的同時，還需要調峰調頻，這就意味著水輪機組在1 d 之中可能多次啟停，以金沙江某裝機容量為13 860 MW 的巨型水電站為例，機組1 d 的啟停次數(shù)可達二十余次。在這個開停機過程中，運行人員需根據(jù)負荷多少，負荷變化的時間，以及當前水頭下機組出力的限制來決定機組開停機時間，而電網(wǎng)負荷變化可能隨時發(fā)生，在這種情況，考慮以上幾種情況的開停機，給運行人員帶來了極大的挑戰(zhàn)。

本文所論述的開停機時間控制，就是在考慮電網(wǎng)負荷變化，尤其是緊急變化時，考慮負荷變化的多少，電站總容量和備用容量，當前水頭下機組的出力限制以及避開機組穩(wěn)定運行下限（即避開機組振動區(qū)）的條件下，對某一時間段內(nèi)負荷變化確定機組合理的開停機時間，使得水輪機組在開停機過程中避免負荷考慮不到位，或出現(xiàn)部分已開機機組處于振動區(qū)運行，從而實現(xiàn)機組開停機時間的控制。

1 機組開停機時間控制實現(xiàn)

機組開停機時間的控制，取決于當前電站所帶負荷、最終所帶負荷、負荷變化時間段和當前水頭。本文分別通過開機和停機兩種情況對時間控制進行計算，計算出機組在負荷變化過程中最早和最晚開停機時間，保證機組在這兩個過程中不會出現(xiàn)運行機組工作在振動區(qū)或開停機過程中無法滿足負荷需求的情況，運行人員可以根據(jù)這兩個時間，自行選擇開停機時間，從而避免交接班時或有緊急操作時開停機，達到合理控制開停機時間[1-3]。

1.1 開機

電網(wǎng)需求增加，則電站負荷在某一時間段增加，此時電站發(fā)揮調峰調頻作用，開啟備用容量機組，在這個過程中，考慮當前水頭下機組所能帶負荷的上限和下限，決定機組的最早開機時間和最晚開機時間。

1.1.1 最早開機時間

最早開機時間是指在電站需要通過開機來承擔調峰功能時，保證已開機機組不會出現(xiàn)越過振動區(qū)的情況下開第一臺機最早的時間。

選擇在最早時間開機，會使得其余已開機機組負荷較其他時間開機時低，因此這種情況主要考慮的是已開機機組不論何時都不可以越過穩(wěn)定區(qū)下限負荷，因此在機組并網(wǎng)之后，有以下約束條件：

考慮廠站廠用電及重要負荷供電可靠性，切機時預留一臺機組不被切除，其中Pn、Pl、P2分別為電站當前負荷、機組最低切機負荷和機組下限負荷，Ppml為每分鐘增加的負荷（取正數(shù)），t和n分別為時間和當前開機臺數(shù)。

式中除t外均已知，求出t之后，考慮電站負荷變化的起始時間和機組開機并網(wǎng)加負荷時間td，從而得出最早開機時間。

1.1.2 最晚開機時間

最晚開機時間是指電站選擇滿足電網(wǎng)下發(fā)負荷的情況下最遲的開機時間，這種情況不會出現(xiàn)其他機組處于振動區(qū)的情況，但需要考慮水頭對機組容量上限的限制：

此時已開機機組均處于高容量負荷運行，在滿足負荷的條件下，必須保證其余機組不越過上限值，因此有如下約束條件：

式中Ph為機組運行的容量上限值，這與機組水頭有關，水頭越大，Ph越大，達到機組額定容量時為止，通過求出式中的時間t，得到機組最晚開機時間。

1.2 停機

在夜間，由于工業(yè)用電量和居民用電量大幅減少，電網(wǎng)負荷需求量下降，水電站出力大于電網(wǎng)所需求負荷，電網(wǎng)頻率上升，此時需要水電站通過停機來平衡。停機時，和開機有同樣的情況，也有最早停機時間和最晚停機時間的控制。

1.2.1 最早停機時間

最早停機時間和最早開機時間過程有類似的地方，只不過兩者相反，即最早停機時間會觸及已開機機組的上限容量。在這種情況下，我們只需要考慮某一機組停機之后，其余機組所帶負荷不超過當前水頭下機組容量上限即可，因此可有以下約束：

停機和開機過程不一樣，導致兩者計算過程也不一樣。考慮到機組減負荷至某一功率時（接近0 MW）即可停機從電網(wǎng)中移除，因此只考慮減負荷的時間tj，從（4）中計算出t，用負荷變化時的初始時間加上t 減去tj即可求得最早停機時間。

1.2.2 最晚停機時間

最晚停機時間是在停機過程中最遲的停機時間，若超過這個時間，其余機組可能越過某一水頭下機組的下限容量，從而導致進組進入振動區(qū)。為了避免這種情況，就必須保證發(fā)停機令時其余機組功率大于容量下限值。又因為發(fā)停機令后，負荷還在繼續(xù)下降，若其余機組正好處于下限容量，此時來不及減負荷便可能導致其余機組進入振動區(qū)，因此設定了一臺機的下限容量作為余量，可得出以下約束：

通過此式可計算得出時間t，再考慮負荷變化時的初始時間和減負荷所需的時間，計算出最晚停機時間。

2 功能演示

借助C#窗體開發(fā)編寫相應程序對開停機時間控制的實現(xiàn)[4，5]，以金沙江下游裝機容量為13 860 MW 的某大型水電站右岸的數(shù)據(jù)做支撐，開發(fā)相應應用程序。

2.1 登陸界面

登陸界面的組成較為簡單，由歡迎語句和兩個按鈕組成，如圖1 所示：

圖1 登錄界面示意

其中開機計算按鈕和停機計算按鈕分別用于開機時間控制界面和停機時間控制界面。

2.2 開機計算界面

開機計算界面由若干標識和輸入框以及一個計算按鈕組成，其中左邊的輸入框用于輸入數(shù)據(jù)，而右邊的數(shù)據(jù)框用以顯示計算結果，如圖2 所示：

圖2 開機計算界面示意

其中，水頭只能輸入154～228 之間的整數(shù)，負荷的單位為MW，可以輸入0～6 930 之間的任意數(shù)，時間采用特殊的模式，由6 位數(shù)字組成，比如282 250，這就代表28 號22：50：00，開機臺數(shù)代表的是當前的開機臺數(shù)，范圍是1～9 之間的整數(shù)。對其輸入數(shù)據(jù)進行模擬計算有如圖3 顯示：

圖3 開機模擬計算結果

從數(shù)據(jù)顯示可以看出，最早開機時間可以是負荷變化開始前的任何時間，這樣我們就可以選擇早一點開機，從而避免開機時接班人員已到場而交班人員還在開機的情況。

2.3 停機計算界面

停機計算界面與開機計算界面相差不大，只是顯示標識不一樣，如圖4 所示：

圖4 停機計算界面示意

同樣輸入數(shù)據(jù)進行停機的模擬計算，可以計算得到最早停機時間和最晚停機時間，手動計算發(fā)現(xiàn)選擇最早停機時間和最晚停機時間分別可以靠近機組運行容量上限值和機組運行容量下限值，這表明通過此算法計算是合適的。其計算結果如圖5 所示。

圖5 停機模擬計算結果

3 結論

通過編程得到窗體應用程序，以此計算某大型水電站機組最早和最晚開停機時間，實現(xiàn)對電站調峰時機組開停機時間選擇，避免在運行人員交接班或者有緊急操作時仍需進行開停機的操作，在一定程度上優(yōu)化了對運行人員的安排；同時，通過程序計算，大大提高了計算效率和正確率，避免了運行人員通過負荷變化和機組出力限制口頭計算出開停機時間可能出現(xiàn)的失誤而導致誤開停機，從而保障了電站的安全穩(wěn)定運行和提高了運行人員的工作效率。