抽水蓄能的自动发电控制策略

(整期优先)网络出版时间:2022-09-05
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抽水蓄能的自动发电控制策略

陈旭腾

(调峰调频发电有限公司检修试验分公司,广东广州 510000)

摘要:抽水蓄能的自动化发电技术,是指一个抽水蓄能电站的所有机组在投入自动发电的情况下,根据电网的负荷要求,调节蓄能电站所有机组的工况和负荷出力情况,以达到输出或输入负荷量能平衡整个电网的电力供应需求的一种技术。该技术经过优化提升,能对机组的效率和对电网的整体调节稳定有更大的提高。

关键词:控制策略;抽水蓄能;有功设定值


0引言

习近平总书记在2020 年9 月出席第七十五届联合国大会时表示,中国将提供国家自主贡献度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值,努力争取2060 年前实现碳中和。目前,我国抽水蓄能电站的建设进入了一个高速发展的时期。抽水蓄能机组在电力系统中承担着削峰填谷、调频稳网、调相、事故备用及吸收多余电能等多种任务,是目前电网最重要的储能和调峰调频环节。为保证电网安全稳定运行,充分提高电能质量及电网频率的控制水平,需要对抽水蓄能机组工作的特性进行深入分析,更充分掌控机组的相关信息,保障机组日常运行维护及为抽水蓄能机组状态检修提供支持。

抽水蓄能的自动化发电技术(Automatic Generation Control,AGC),指抽水蓄能电站的所有机组在投入自动发电的情况下,根据电网的负荷要求,调节蓄能电站所有机组的负荷,以达到负荷量能平衡整个电网的电力需求的一种技术。其有以下优点:(1)控制便捷,只需要确认当前的总负荷需求,便可以自动调配整个蓄能电站的机组出力分配;(2)投入期间能随时调节机组优先顺序,保证电厂状态最优化;(3)响应快速,保证电网更快恢复稳定频率;(4)通用性强,对于常规的水电站也能搭配使用。

1背景

当今在电网中,水电站发电实时调度由自动发电控制系统根据电网实时负荷变化,即使根据电网的负荷情况,把负荷分配至电站的每台启动的机组,以保证电网的高效稳定运行。目前,常规抽水蓄能电站自动发电控制功能存在以下问题:

(1)部分抽水蓄能控制的功能局限程度仍很大,只能通过简单的单机负荷控制去调节机组的发电出力情况去最终调节机组负荷状况;

(2)单台机组因意外临时退出控制时,很可能会导致全厂自动发电控制的退出,导致自动发电控制的使用效率大幅度降低。

总的来说,目前抽水蓄能发电的自动发电控制技术使用效率仍然存在部分提升空间,结合机组状态的优化以及机组控制的理想化控制办法,保证抽水蓄能电站及电网的安全稳定运行最大化。

当前惠蓄电站的自动发电控制的控制主要依赖上位机CCW(Controcad Calculation Workshop)程序模块控制,其使用VC6.0编译C++程序进行控制调节机组出力。在需要修改AGC程序时,直接对该CCW程序内容进行修改然后编译更新上位机就可以实现其中的功能。

2自动发电控制技术程序调节抽水蓄能的设计与实施

2.1 AGC单机退出条件

自动发电控制(AGC)策略根据电站实际情况考虑约束条件,机组只有在条件满足情况下才能加入AGC运行,当出现某些异常情况,程序自动将机组从成组退出到单机运行,对于出现可能影响电厂安全运行的条件,软件将会自动退出全厂AGC运行。

以惠蓄机组为例,AGC单机调节(UUPAVJ)包含以下投入条件,其中的任意一个条件不满足将会退出AGC单机控制。

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1 C++程序上AGC单机自动退出的条件

对于其单机的远方控制条件,有许多变量对应,每一个条件的满足都不可或缺,其中变量对应控制方式及说明如下表所示:

变量名

描述

解释

UUPFL

有功执行错误

单机下发的有功不正确时,需要闭锁AGC

UUGEFL

发电执行故障

此时机组不能满足负荷控制条件,退出单机AGC为最佳保障

UUSTFL

停机执行故障

此时机组可能会影响负荷控制条件,退出单机AGC为维持电网负荷不受波动

QUP

有功测量值

此变量无效时,机组有功无法测量,无法进行机组的有功反馈调节,会有电网负荷波动风险

QUPSP

有功设定值

此变量无效时,机组有功无法下发,无法进行机组的有功反馈调节,会有电网负荷波动风险

UUPUFL

泵执行故障

机组非正常状态,AGC无法投入

UUSPFL

抽水调相故障

机组非正常状态,AGC无法投入

UUSGFL

发电调相故障

机组非正常状态,AGC无法投入

UUSPFL

设定值故障

机组下发故障,为防止有功输出异常,退出AGC控制

UUZPAF

机组逻辑错误

机组有可能不可调节,电网有波动风险,退出AGC减少影响

SUEFLT

电气故障

机组电气故障状态下,应该退出AGC以维持机组稳定

SUMFLT

机械故障

机组机械故障状态下,应该退出AGC以维持机组稳定

1 AGC单机自动退出的条件简略说明

2.2 AGC全厂退出条件

当厂站的异常运行会影响全厂的AGC的调节时,此时应当退出全厂AGC,以保证全厂的有功负荷调节不会产生剧烈波动导致电网的波动。

会导致AGC全厂退出的厂站的异常运行情况包括以下可能:

全厂网络全部或部分断开,监控信息异常。全厂网络异常的时候,有很多与AGC控制相关的信号无法侦测,此时AGC无法根据监控的输入信号进行反馈调节,继续投入使用会有不利影响,所以全厂AGC退出;

单机AGC投入机组数为0。当全厂只有一台机组投入单机AGC的时候,全厂AGC控制依然能够正常投入使用,但是当剩余这一台机组也突然退出单机AGC时,全厂无可用机组,此时不可能可以进行任何功率调节,更不能参加电网的调频工作,所以此时全厂AGC也必须跟随退出。

2.3 AGC运行模式

AGC的运行分多种运行模式,这样的目的是为了机组在运行的时候能同时保证调度侧的正常监控,同时有紧急情况下也能现地及时处理问题。多层级控制的效果主要体现在此。

2.3.1电站AGC控制功能

系统设置“AGC联合控制功能”软开关,可进行“投入”/“退出”设定。

当功能为“投入”状态时,AGC功能运行,此时机组的有功设定自动设置,无法人为手动操作;当功能为“退出”状态时,AGC功能退出,此时单机有功设定值由电站值班人员或调度直接设定。

电站运行值班人员进行AGC联合控制功能的“退出”手动设定时不需要条件,“投入”设定需要在2.2中所说的退出条件均不满足的情况下方可进行投入。

2.3.2电站AGC控制权分类

电站AGC控制权可进行“电站”/“调度” /“集控”三种方式设定。

“电站控制”模式下,AGC响应电站有功设定命令进行机组启停和功率设定控制。该模式下负荷给定有定值和曲线两种设定方式。“调度控制”模式下, AGC响应调度负荷设定命令进行机组启停和功率设定控制。调度侧只能进行“有功功率给定”方式设定。“集控控制”模式下,AGC响应集控中心(如有)负荷设定命令进行机组启停和功率设定控制。调度侧只能进行“有功功率给定”方式设定。

集控模式和控制权调度模式下负荷给定只有定值设定方式。

从电站切为调度/集控的条件:(1)电站总有功实发值与当前调度/集控设定值差值小于全厂有功调整死区;(2)电站总有功设定值与当前调度/集控设定值差值小于全厂有功设值死区;(3)电站远动系统与调度/集控通讯正常。

2.3.3 AGC开环/闭环调节

系统设置AGC开环/闭环调节软开关,可进行“开环”/“闭环”模式设定。

“开环”模式下,AGC对全厂负荷进行分配运算,但分配值不下发到机组RTU执行,有功分配值仅对提供操作人员进行指导,检查软件有功分配值是否正确。该模式下软件不对机组直接进行控制,由操作人员进行手动有功设定。

“闭环”模式下,AGC分配的机组有功将下发到相应机组RTU进行执行,从“开环”模式切到“闭环”模式的必要条件是(与逻辑):(1)“AGC联合控制功能” 软开关 “投入” ;(2)从“闭环”模式切到“开环”模式的必要条件;(3)可直接进行切换,不需条件;(4)以下任一状态下“AGC联合控制模式”会自动切为“开环”模式;(5)全厂AGC控制功能退出。

2.3.4机组调度控制权复合型功能

各机组可单独设置“机组调度控制权”,可进行“CCR”/“LDC”(中控层/调度侧)模式设定。设置对应的指示灯(Signal LDC Control)亮(LDC)灭(CCR)。

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2监控画面上的单机投退使用

投入指示状态:

灯亮时,表示允许投入远方AGC指令已发出,此时如果机组满足开机条件自动投入使用,如果机组不满足条件,不会投入;

灯灭时,表示远方AGC指令退出,此时无论机组处于任何状态都不会接收调度侧发令控制该机组。

状态说明:点击远控状态控制按钮,将其设置为LDC,投入指示灯亮;点击远控状态控制按钮,将其设置为CCR,投入指示灯灭。状态组合说明见表2:

远控状态为YES

远控状态为NO

投入指示灯亮

正常投入使用,调度侧可远方控制该机组的工况和负荷。

此时机组远方不可控制,调度AGC发令无法直接控制机组。当机组满足投用条件时会自动重新投入。

投入指示灯灭

不存在该状态,如果出现此组合状态是程序异常。

此时机组远方不可控制,无其他操作的情况下,机组不会自动投入。

复合型调度控制权限切换功能说明

相比过去的普通LDC/CCR切换功能,复合型的切换功能优点主要在于机组有暂时的影响投入条件(例如机组正在使用SFC导致同厂其它机组SFC不可用)干扰时,能自动退出调度远方控制,给出提示说明此时机组处于不可用状态,需要调度员注意。

3结语

本策略主要说明抽水蓄能厂站控制方式中的自动发电控制技术的调节情况。该策略在惠蓄电站目前已经在惠蓄电站使用或处于热备用状态。目前策略的优点主要有:

(1)全厂和单机AGC退出条件严格约束,保证电站在投入AGC灵活加入调节的同时,也能随时因为各种异常原因最快在最小影响的程度下退出AGC控制,保证了整个电网的调频的稳定;

(2)蓄能电站的控制层级明确,能保证在机组在调度远方控制的情况下,全厂和单机正常分配。在机组临时不可用的情况下(例如机组占用联络刀导致其它机组不可用),可以暂时退出远方控制以保证机组运行正常;

(3)抽水蓄能的调节能力远大于常规火电站和水电站,所以其应该进一步适应更为灵活强大的AGC调节,有功分配的要求能更加强大,这样才能更好的发挥电网的调峰作用;

最后,此策略成果有一定实用性,可在其它抽水蓄能机组上推广使用,结合当地的机组条件,发挥其更大的抽水蓄能调节作用。

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