呂 斌，貢晨暉，吳 浩，陸 翔

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇溧陽213334)

0 引 言

目前，特高壓交直流混合輸電的形勢使華東電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行及緊急事故處理面臨更新、更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在大功率交直流輸電線路發(fā)生功率缺額等緊急事故的情況下，由抽水蓄能電站提供遠(yuǎn)方緊急支援是調(diào)度端必要的技術(shù)手段之一。抽水蓄能電站具有多種運行模式，可在負(fù)荷高峰時段向電網(wǎng)提供電能，從開機至額定出力一般只需要3～4 min，額定出力至停機也僅需7～8 min；還可以在負(fù)荷低谷時段啟動水泵把下游水庫的水抽回上游水庫，將水能儲蓄備用。其負(fù)荷快速反應(yīng)跟蹤能力、頻繁工況轉(zhuǎn)換適應(yīng)能力使其具備調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等多種功能[1]。溧陽抽水蓄能電站(以下簡稱“溧陽電站”)身處華東電網(wǎng)負(fù)荷中心，距上海305 km，共裝有6臺單機容量為250 MW的可逆式水泵水輪-發(fā)電電動機機組，總裝機容量為1 500 MW，擔(dān)負(fù)華東電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。溧陽電站于2018年2月正式投入負(fù)荷成組控制系統(tǒng)，于2018年5月底完成了緊急支援控制系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)了在電網(wǎng)故障情況下具有緊急支援的作用。

1 負(fù)荷成組功能與控制要求

1.1 功能

負(fù)荷成組控制系統(tǒng)是以電站為一調(diào)控單元，根據(jù)電站總負(fù)荷指令，自行計算分配機組負(fù)荷、自動進(jìn)行機組啟?？刂疲瑵M足電網(wǎng)對電站負(fù)荷需求。負(fù)荷成組的實現(xiàn)基于南瑞NC3.0系統(tǒng)的成組控制器及其編程軟件，當(dāng)電站的控制方式在全廠成組“投入”，處于“成組”模式下的機組啟動和停機將直接由成組軟件自動控制。成組總負(fù)荷指令以人工負(fù)荷設(shè)定或調(diào)度日負(fù)荷計劃曲線執(zhí)行。調(diào)度96點日負(fù)荷曲線DLC采用DL476規(guī)約通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)一平面、二平面?zhèn)鬏斨霖?fù)荷曲線下載服務(wù)器，并通過101規(guī)約將負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)傳輸至計算機監(jiān)控系統(tǒng)成組模塊。

負(fù)荷成組控制方式分實時控制和計劃曲線陽抽水蓄能電站廠用電運行方式淺析控制。實時控制為指令控制和AGC控制，指令控制包括調(diào)度側(cè)人工負(fù)荷設(shè)定和電站側(cè)人工負(fù)荷設(shè)定，AGC控制則僅限于調(diào)度側(cè)且發(fā)電工況；計劃曲線控制則按照調(diào)度下發(fā)的日負(fù)荷計劃曲線執(zhí)行，具體功能框架見圖1。

圖1 華東電網(wǎng)抽水蓄能電站負(fù)荷成組控制及緊急支援基本功能示意

1.2 控制要求

全廠成組投入條件為至少有1臺機組在成組模

式，機組成組模式的投入條件為機組無事故信號、機組處于可調(diào)狀態(tài)和機組LCU通訊無故障。負(fù)荷成組控制自動開停機時選擇機組的邏輯順序由機組的優(yōu)先級的決定。機組的優(yōu)先級設(shè)定值范圍為0～6，值越大優(yōu)先級越高，優(yōu)先級邏輯按早開早停設(shè)置，在某些異常情況時，運行人員可隨時在全廠機組穩(wěn)態(tài)時調(diào)整機組的優(yōu)先級來滿足安全運行的需要。具體功能畫面如圖2所示。

日負(fù)荷曲線是常用的負(fù)荷指令方式，機組的自動啟停是以下一時間點的負(fù)荷設(shè)定值為目標(biāo)來執(zhí)行的。根據(jù)調(diào)度下發(fā)的負(fù)荷成組定值要求，發(fā)電開機單臺提前14 min，2臺機啟動時，第1臺提前14 min、第2臺提前8 min，3臺機啟動時，第1臺提前14 min、第2臺提前8 min、第3臺提前6 min；發(fā)電停機單臺提前11 min，2臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min，3臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min、第3臺提前5 min；抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水單臺提前11 min，2臺機啟動時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min，3臺機啟動時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min、第3臺提前5 min；抽水停機單臺提前11 min，2臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min，3臺機停機時，第1臺提前11 min、第2臺提前7 min、第3臺提前5 min。

圖2 溧陽抽水蓄能電站負(fù)荷成組及緊急支援控制監(jiān)控畫面

電動工況啟動控制采用SFC拖動方式，啟動采用按照日計劃曲線安排，提前30 min自動觸發(fā)機組的SCP工況。

成組控制的機組啟停模塊具備電網(wǎng)頻率波動自動閉鎖功能，頻率高于50.04 Hz時閉鎖發(fā)電工況啟動或電動工況停機，頻率低于49.96 Hz時閉鎖發(fā)電工況停機組或電動工況啟動。

2 緊急支援功能與控制要求

2.1 功能

緊急支援系統(tǒng)是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大功率失卻、系統(tǒng)頻率嚴(yán)重偏離正常范圍時，由電網(wǎng)主站側(cè)遠(yuǎn)方緊急支援控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)運行情況，調(diào)用抽水蓄能電站可支援容量，實現(xiàn)遠(yuǎn)方緊急功率支援以快速恢復(fù)電網(wǎng)頻率的功能。

遠(yuǎn)方緊急事故支援是成組負(fù)荷控制附加功能模塊，是在成組96點日計劃曲線負(fù)荷設(shè)定P0基礎(chǔ)上通過疊加正整數(shù)緊急支援附加值△P，由成組控制直接啟/停機組投入電網(wǎng)緊急事故支援控制。當(dāng)電站運行在停機或發(fā)電工況，緊急支援投入將通過調(diào)用機組旋轉(zhuǎn)備用、直接啟動發(fā)電機組；當(dāng)電站運行在水泵工況，緊急支援投入將作用于水泵停機組；當(dāng)電站運行在SCP工況，緊急支援投入將自動閉鎖下一負(fù)荷計劃點要求的SCP到水泵工況的轉(zhuǎn)換[2]。

2.2 控制要求

電站側(cè)緊急支援功能投入運行需具備的條件：全廠成組控制方式投入，控制系統(tǒng)運行在96點計劃曲線模式，電站與調(diào)度主站控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信正常，工況信息反饋正確及可支援容量計算正確。

2.2.1 工況反饋

在任何時刻，電站都會給華東調(diào)度中心上傳顯示唯一的工況信息。工況分發(fā)電(包括停機)、電動及SCP(SCT)調(diào)相三種工況：①電動工況。有機組在電動工況或有機組在電動目標(biāo)工況或有機組在電動轉(zhuǎn)停機工況。②調(diào)相工況。電站總負(fù)荷指令為0，且有“成組”工況機組在SCP(SCT)工況或SCP(SCT)目標(biāo)工況。③發(fā)電工況。其他工況，即電站不在“電動工況”或“SCP(SCT)調(diào)相工況”。

2.2.2 可支援容量計算

電站可支援容量表征了電站當(dāng)前能夠?qū)﹄娋W(wǎng)提供緊急事故支援的能力，包含了當(dāng)前時刻Tc可支援容量和T1計劃點時刻可支援容量，這兩個參數(shù)的正確性和可靠性是實現(xiàn)緊急支援功能的基礎(chǔ)。電站可支援容量的計算原則如下[3]：

(1)發(fā)電工況當(dāng)前時刻Tc可支援容量為成組運行機組旋轉(zhuǎn)備用及成組停機機組容量之和。

(2)發(fā)電工況下一時刻T1可支援容量為電站總成組容量與下一時刻負(fù)荷計劃的差值。

(3)電動工況當(dāng)前時刻Tc可支援容量為成組運行機組電動容量。

(4)電動工況下一時刻T1可支援容量為下一時刻負(fù)荷計劃的電動容量。

(5)調(diào)相工況當(dāng)前時刻Tc可支援容量為0。

(6)調(diào)相工況下一時刻T1可支援容量為下一時刻負(fù)荷計劃的電動容量(若負(fù)荷計劃要求轉(zhuǎn)抽水)。

3 試驗過程與注意事項

3.1 負(fù)荷成組試驗過程

負(fù)荷成組控制試驗項目包括：模式功能檢查、模式切換試驗、故障安全測試試驗、負(fù)荷設(shè)定(ALSP)方式下發(fā)電工況功能測試、電站負(fù)荷曲線(DLC)方式下發(fā)電工況功能測試、電站負(fù)荷設(shè)定(ALSP)方式下電動工況功能測試、電站負(fù)荷曲線(DLC)方式下電動工況功能測試及電站負(fù)荷曲線(DLC)方式下SCP自動啟動功能測試。

試驗過程中主要遇到開機失敗后的啟機邏輯無效、CP與P同時啟動時邏輯混亂、優(yōu)先級因開停機失敗而導(dǎo)致混亂、開停機提前時間錯亂、低水頭有功調(diào)節(jié)上限設(shè)置不符合實際等問題。經(jīng)對邏輯多次優(yōu)化改進(jìn)后，負(fù)荷成組現(xiàn)已滿足運行要求。

3.2 緊急支援試驗過程

緊急支援廠內(nèi)試驗項目包括：故障安全測試試驗、發(fā)電工況緊急支援投入和退出測試、抽水工況緊急支援投入和退出測試。

緊急支援聯(lián)調(diào)試驗項目包括：測試緊急支援功能分別在發(fā)電工況、調(diào)相工況和抽水工況，計劃出力不變階段、計劃出力變化階段及主站下發(fā)中止命令時，緊急支援全功能過程邏輯的正確性，主站與電站之間遙調(diào)信號及返回、電站動作的正確性及時間特性。

試驗過程中主要遇到當(dāng)前可支援容量Tc及下一時刻可支援容量T1在啟停過程中計算有毛刺等問題，經(jīng)多次優(yōu)化改進(jìn)后，邏輯現(xiàn)已滿足運行要求。

3.3 負(fù)荷成組對兩套SFC運用的注意事項

溧陽電站6臺機組，配置有兩套SFC，抽水啟動母線設(shè)置有分段隔離閘刀。負(fù)荷成組控制邏輯初期，程序1次只能控制1臺機組執(zhí)行抽水啟動。此邏輯既影響抽水啟動效率，又容易出現(xiàn)抽水啟動失敗后不能達(dá)到抽水負(fù)荷計劃的情況。經(jīng)對成組控制邏輯、監(jiān)控啟機流程及SFC流程的共同優(yōu)化，現(xiàn)邏輯修改為正常情況下，以啟動母線分段閘刀為分?jǐn)帱c，負(fù)荷成組系統(tǒng)控制一套SFC默認(rèn)只能啟動相同側(cè)的3臺機組，2套SFC可同時啟動，分別拖動各側(cè)的1臺機組。在負(fù)荷成組控制畫面中，設(shè)置有兩套SFC的可用或故障狀態(tài)的監(jiān)控狀態(tài)強制鍵，以滿足1套SFC跨啟動母線啟動另一側(cè)3臺機組的需要。故負(fù)荷成組系統(tǒng)在抽水啟動邏輯中應(yīng)充分利用兩套SFC的優(yōu)勢，大大提升了電站抽水啟動效率及啟動靈活性。

3.4 機組啟停優(yōu)先級邏輯的注意事項

原負(fù)荷成組系統(tǒng)邏輯中，機組開停機優(yōu)先級由人為設(shè)定值、開停機失敗情況、機組運行時間等綜合因素計算出開停機綜合優(yōu)先級；但在試驗及試運行過程中出現(xiàn)過因開機失敗等原因?qū)е碌拈_停機順序混亂的情況。從實際運行情況來看，人為分析判斷機組運行性能和及時處置機組異常運行情況更為可靠；故，邏輯修改為機組開停機優(yōu)先級只根據(jù)人為設(shè)定值。

原機組啟停邏輯為早開晚停模式，經(jīng)常導(dǎo)致優(yōu)先級高的機組在發(fā)電抽水點時間間隔短的時候銜接不上；另外還會導(dǎo)致優(yōu)先級高的機組從最早開到最晚停，有的時候長時間運行達(dá)7～8 h，運行時間相比其他機組時間偏長很多，加大了機組設(shè)備損耗和長時間運行風(fēng)險。為此要求負(fù)荷成組邏輯修改為早開早停模式，解決了發(fā)電抽水時間間隔短時的銜接不上的問題，避免了機組運行時間不均衡問題。

4 結(jié) 語

溧陽電站負(fù)荷成組及緊急支援控制系統(tǒng)現(xiàn)已投入運行，因功能邏輯還需在各種異常情況下進(jìn)一步驗證，所以目前暫時處于人工指導(dǎo)模式下運行；待負(fù)荷成組及緊急支援功能邏輯驗證正確無誤后，將會設(shè)置在全自動模式運行，以使溧陽電站在華東電網(wǎng)中發(fā)揮更大的作用。