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(jì)發(fā)展迅速，國內(nèi)用電需求不斷增大，峰谷效應(yīng)也日漸明顯，短時(shí)間內(nèi)負(fù)荷大范圍波動(dòng)，將導(dǎo)致電網(wǎng)頻率變化，這就需要相當(dāng)量的電站用于電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻。水輪機(jī)組啟動(dòng)迅速，可在幾分鐘內(nèi)開機(jī)并網(wǎng)，因此在電網(wǎng)中水電站大多承擔(dān)峰荷，在發(fā)電的同時(shí)，還需要調(diào)峰調(diào)頻，這就意味著水輪機(jī)組在1 d 之中可能多次啟停，以金沙江某裝機(jī)容量為13 860 MW 的巨型水電站為例，機(jī)組1 d 的啟停次數(shù)可達(dá)二十余次。在這個(gè)開停機(jī)過程中，運(yùn)行人員需根據(jù)負(fù)荷多少，負(fù)荷變化的時(shí)間，以及當(dāng)前水頭下機(jī)組出力的限制來決定機(jī)組開停機(jī)時(shí)間，而電網(wǎng)負(fù)荷變化可能隨時(shí)發(fā)生，在這種情況，考慮以上幾種情況的開停機(jī)，給運(yùn)行人員帶來了極大的挑戰(zhàn)。

本文所論述的開停機(jī)時(shí)間控制，就是在考慮電網(wǎng)負(fù)荷變化，尤其是緊急變化時(shí)，考慮負(fù)荷變化的多少，電站總?cè)萘亢蛡溆萌萘浚?dāng)前水頭下機(jī)組的出力限制以及避開機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行下限（即避開機(jī)組振動(dòng)區(qū)）的條件下，對(duì)某一時(shí)間段內(nèi)負(fù)荷變化確定機(jī)組合理的開停機(jī)時(shí)間，使得水輪機(jī)組在開停機(jī)過程中避免負(fù)荷考慮不到位，或出現(xiàn)部分已開機(jī)機(jī)組處于振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組開停機(jī)時(shí)間的控制。

1 機(jī)組開停機(jī)時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)

機(jī)組開停機(jī)時(shí)間的控制，取決于當(dāng)前電站所帶負(fù)荷、最終所帶負(fù)荷、負(fù)荷變化時(shí)間段和當(dāng)前水頭。本文分別通過開機(jī)和停機(jī)兩種情況對(duì)時(shí)間控制進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出機(jī)組在負(fù)荷變化過程中最早和最晚開停機(jī)時(shí)間，保證機(jī)組在這兩個(gè)過程中不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行機(jī)組工作在振動(dòng)區(qū)或開停機(jī)過程中無法滿足負(fù)荷需求的情況，運(yùn)行人員可以根據(jù)這兩個(gè)時(shí)間，自行選擇開停機(jī)時(shí)間，從而避免交接班時(shí)或有緊急操作時(shí)開停機(jī)，達(dá)到合理控制開停機(jī)時(shí)間[1-3]。

1.1 開機(jī)

電網(wǎng)需求增加，則電站負(fù)荷在某一時(shí)間段增加，此時(shí)電站發(fā)揮調(diào)峰調(diào)頻作用，開啟備用容量機(jī)組，在這個(gè)過程中，考慮當(dāng)前水頭下機(jī)組所能帶負(fù)荷的上限和下限，決定機(jī)組的最早開機(jī)時(shí)間和最晚開機(jī)時(shí)間。

1.1.1 最早開機(jī)時(shí)間

最早開機(jī)時(shí)間是指在電站需要通過開機(jī)來承擔(dān)調(diào)峰功能時(shí)，保證已開機(jī)機(jī)組不會(huì)出現(xiàn)越過振動(dòng)區(qū)的情況下開第一臺(tái)機(jī)最早的時(shí)間。

選擇在最早時(shí)間開機(jī)，會(huì)使得其余已開機(jī)機(jī)組負(fù)荷較其他時(shí)間開機(jī)時(shí)低，因此這種情況主要考慮的是已開機(jī)機(jī)組不論何時(shí)都不可以越過穩(wěn)定區(qū)下限負(fù)荷，因此在機(jī)組并網(wǎng)之后，有以下約束條件：

考慮廠站廠用電及重要負(fù)荷供電可靠性，切機(jī)時(shí)預(yù)留一臺(tái)機(jī)組不被切除，其中Pn、Pl、P2分別為電站當(dāng)前負(fù)荷、機(jī)組最低切機(jī)負(fù)荷和機(jī)組下限負(fù)荷，Ppml為每分鐘增加的負(fù)荷（取正數(shù)），t和n分別為時(shí)間和當(dāng)前開機(jī)臺(tái)數(shù)。

式中除t外均已知，求出t之后，考慮電站負(fù)荷變化的起始時(shí)間和機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)加負(fù)荷時(shí)間td，從而得出最早開機(jī)時(shí)間。

1.1.2 最晚開機(jī)時(shí)間

最晚開機(jī)時(shí)間是指電站選擇滿足電網(wǎng)下發(fā)負(fù)荷的情況下最遲的開機(jī)時(shí)間，這種情況不會(huì)出現(xiàn)其他機(jī)組處于振動(dòng)區(qū)的情況，但需要考慮水頭對(duì)機(jī)組容量上限的限制：

此時(shí)已開機(jī)機(jī)組均處于高容量負(fù)荷運(yùn)行，在滿足負(fù)荷的條件下，必須保證其余機(jī)組不越過上限值，因此有如下約束條件：

式中Ph為機(jī)組運(yùn)行的容量上限值，這與機(jī)組水頭有關(guān)，水頭越大，Ph越大，達(dá)到機(jī)組額定容量時(shí)為止，通過求出式中的時(shí)間t，得到機(jī)組最晚開機(jī)時(shí)間。

1.2 停機(jī)

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(fù)荷需求量下降，水電站出力大于電網(wǎng)所需求負(fù)荷，電網(wǎng)頻率上升，此時(shí)需要水電站通過停機(jī)來平衡。停機(jī)時(shí)，和開機(jī)有同樣的情況，也有最早停機(jī)時(shí)間和最晚停機(jī)時(shí)間的控制。

1.2.1 最早停機(jī)時(shí)間

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

停機(jī)和開機(jī)過程不一樣，導(dǎo)致兩者計(jì)算過程也不一樣?？紤]到機(jī)組減負(fù)荷至某一功率時(shí)（接近0 MW）即可停機(jī)從電網(wǎng)中移除，因此只考慮減負(fù)荷的時(shí)間tj，從（4）中計(jì)算出t，用負(fù)荷變化時(shí)的初始時(shí)間加上t 減去tj即可求得最早停機(jī)時(shí)間。

1.2.2 最晚停機(jī)時(shí)間

最晚停機(jī)時(shí)間是在停機(jī)過程中最遲的停機(jī)時(shí)間，若超過這個(gè)時(shí)間，其余機(jī)組可能越過某一水頭下機(jī)組的下限容量，從而導(dǎo)致進(jìn)組進(jìn)入振動(dòng)區(qū)。為了避免這種情況，就必須保證發(fā)停機(jī)令時(shí)其余機(jī)組功率大于容量下限值。又因?yàn)榘l(fā)停機(jī)令后，負(fù)荷還在繼續(xù)下降，若其余機(jī)組正好處于下限容量，此時(shí)來不及減負(fù)荷便可能導(dǎo)致其余機(jī)組進(jìn)入振動(dòng)區(qū)，因此設(shè)定了一臺(tái)機(jī)的下限容量作為余量，可得出以下約束：

通過此式可計(jì)算得出時(shí)間t，再考慮負(fù)荷變化時(shí)的初始時(shí)間和減負(fù)荷所需的時(shí)間，計(jì)算出最晚停機(jī)時(shí)間。

2 功能演示

借助C#窗體開發(fā)編寫相應(yīng)程序?qū)﹂_停機(jī)時(shí)間控制的實(shí)現(xiàn)[4，5]，以金沙江下游裝機(jī)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(yīng)應(yīng)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(gè)按鈕組成，如圖1 所示：

圖1 登錄界面示意

其中開機(jī)計(jì)算按鈕和停機(jī)計(jì)算按鈕分別用于開機(jī)時(shí)間控制界面和停機(jī)時(shí)間控制界面。

2.2 開機(jī)計(jì)算界面

開機(jī)計(jì)算界面由若干標(biāo)識(shí)和輸入框以及一個(gè)計(jì)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(jì)算結(jié)果，如圖2 所示：

圖2 開機(jī)計(jì)算界面示意

其中，水頭只能輸入154～228 之間的整數(shù)，負(fù)荷的單位為MW，可以輸入0～6 930 之間的任意數(shù)，時(shí)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(hào)22：50：00，開機(jī)臺(tái)數(shù)代表的是當(dāng)前的開機(jī)臺(tái)數(shù)，范圍是1～9 之間的整數(shù)。對(duì)其輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算有如圖3 顯示：

圖3 開機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果

從數(shù)據(jù)顯示可以看出，最早開機(jī)時(shí)間可以是負(fù)荷變化開始前的任何時(shí)間，這樣我們就可以選擇早一點(diǎn)開機(jī)，從而避免開機(jī)時(shí)接班人員已到場(chǎng)而交班人員還在開機(jī)的情況。

2.3 停機(jī)計(jì)算界面

停機(jī)計(jì)算界面與開機(jī)計(jì)算界面相差不大，只是顯示標(biāo)識(shí)不一樣，如圖4 所示：

圖4 停機(jī)計(jì)算界面示意

同樣輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行停機(jī)的模擬計(jì)算，可以計(jì)算得到最早停機(jī)時(shí)間和最晚停機(jī)時(shí)間，手動(dòng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)選擇最早停機(jī)時(shí)間和最晚停機(jī)時(shí)間分別可以靠近機(jī)組運(yùn)行容量上限值和機(jī)組運(yùn)行容量下限值，這表明通過此算法計(jì)算是合適的。其計(jì)算結(jié)果如圖5 所示。

圖5 停機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

通過編程得到窗體應(yīng)用程序，以此計(jì)算某大型水電站機(jī)組最早和最晚開停機(jī)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站調(diào)峰時(shí)機(jī)組開停機(jī)時(shí)間選擇，避免在運(yùn)行人員交接班或者有緊急操作時(shí)仍需進(jìn)行開停機(jī)的操作，在一定程度上優(yōu)化了對(duì)運(yùn)行人員的安排；同時(shí)，通過程序計(jì)算，大大提高了計(jì)算效率和正確率，避免了運(yùn)行人員通過負(fù)荷變化和機(jī)組出力限制口頭計(jì)算出開停機(jī)時(shí)間可能出現(xiàn)的失誤而導(dǎo)致誤開停機(jī)，從而保障了電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行和提高了運(yùn)行人員的工作效率。