CN103825280B - 抽水蓄能机组自主启停控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能机组自主启停控制方法和装置，先根据电力系统的统调历史运行曲线及次日方式计划曲线，计算系统次日负荷预测曲线；然后根据次日发电计划曲线，计算系统爬坡能力；再利用系统次日负荷预测曲线，计算系统爬坡能力需求；进一步计算系统爬坡能力缺口和系统功率缺额预测值，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式；最后启停抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。本发明在电力系统运行处于危机状态时及时投入抽水蓄能机组挽救电网运行危机，保障电力系统安全稳定运行；引入抽水蓄能机组快速功率响应能力，改善电力系统频率控制质量；降低抽水蓄能机组启动次数，提升系统运行经济性；减轻调度人员日常工作负荷，节省人力及成本。

Description

抽水蓄能机组自主启停控制方法和装置

技术领域

本发明涉及调峰调频技术领域，特别是涉及一种抽水蓄能机组自主启停控制方法和装置。

背景技术

广东省作为我国的用电大省，广东电网日夜峰谷差距大且变化速率快，其日间频率控制任务十分繁重。根据广东电网的电源结构特点，通常由大量的慢速火电机组承担频率调节任务。同时，受广东负荷类型的特点决定，在日间的几个负荷急升急降段内负荷将会出现多次快速、大幅度波动的情况，极限情况下负荷变化速率超过500MW/分钟。由此，火电机组调节速度缓慢的缺点导致广东电网经常会出现频率考核CPS指标超越限值的情况，出现频率控制危机段，影响广东电网的安全稳定运行。

广东省具有丰富的抽水蓄能电站资源。其境内的广蓄、惠蓄两座超大型抽水蓄能电站除保证核电机组长期安全稳定运行以外，具有巨大的调峰调频运行潜力。同时，广蓄、惠蓄抽水蓄能电站均具有上下两个运行水库，运行方式受自然因素制约较少，具有充分的运行灵活性。在广东下一代调度系统中，抽蓄电站作为调度人员调整系统运行的主要工具，具有重要的地位。受到广东电网EMS系统功能模块的限制，目前广东电网采用人工控制抽水蓄能电站介入系统调峰调频工作的运行方式。

日常运行中，调度人员根据历史运行经验，结合系统负荷预测曲线，在日间负荷急升急降段到来之前选取适当数目的抽水蓄能机组运行于预设的工作模式。尽管通常情况下蓄能机组的调节过程能够对当日的频率控制产生积极的影响，但是人工操作的方式存在着几个弊端：

随意性：由于抽水蓄能机组参与频率调节的指令完全由调度控制人员决定，因此不同调度人员对于抽水蓄能机组的控制方式存在着很大的差别，无法根据广东电网历史运行经验不断完善控制策略。当调度控制人员发生较大变化时，抽水蓄能机组的控制效果会随之受到较大影响，无法稳定可靠地对系统频率控制提供可靠支撑。

模糊性：抽水蓄能机组的启动时机无法以量化的形式进行固定，因此在实际运行需要实时决策抽水蓄能机组的运行状态转换时，抽水蓄能机组工况转换的时机往往不能选择最优运行转换点附近进行工况转换。等效浪费了抽水蓄能机组的快速响应能力。

脆弱性：抽水蓄能机组的人工控制操作需要调度控制人员倾注大量精力。这往往导致调度控制人员在负荷急升急降段内过于关注频率相关物理运行指标进而控制抽水蓄能机组做出正确的应对动作。而另一方面，日内负荷急升急降段是电网运行状态快速发生变化的阶段，也是电网运行较为脆弱的阶段，需要调度人员随时应对可能的突发情况。调度控制人员由于将大部分精力投入到抽水蓄能的相关操作中而降低了对电网整体运行状态的掌控能力。从而导致了电网在负荷急升急降段内的脆弱性。

发明内容

基于上述情况，本发明提出了一种抽水蓄能机组自主启停控制方法，稳定可靠地对电力系统进行调控，根据实际情况及时启停抽水蓄能机组，保障电网在负荷急升急降段内安全运行。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种抽水蓄能机组自主启停控制方法，包括以下步骤：

通过以系数ΔP_Max,计划/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统次日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,计划表示次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

获取电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线；O类机组的爬坡能力由所获取的O类机组的次日发电计划曲线体现；R类机组的爬坡能力通过将R类机组的物理爬坡能力减去按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力计算得到；根据得到的O类和R类机组的爬坡能力，将电力系统所有机组的爬坡能力进行加总，计算得到系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n，其中P_UpCap,n为系统向上爬坡能力，P_DownCap,n为系统向下爬坡能力；

将所获取的电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线进行插值，得到与计算得到的系统次日负荷预测曲线相同密度的曲线，将所述系统次日负荷预测曲线减去插值后得到的机组的次日发电计划曲线，得到需要R类机组进行响应的结果曲线P_Com,n，计算曲线P_Com,n相邻项的差值得到系统爬坡能力需求P_Req,n；

将计算得到的系统爬坡能力需求P_Req,n与系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n分别相减，计算得到系统爬坡能力缺口P_RateU,n、P_RateD,n，其中P_RateU,n为系统向上爬坡能力缺口，P_RateD,n为系统向下爬坡能力缺口；

根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值：

P_PredictU,n＝P_PredictU,n-1+P_RateU,n，P_PredictD,n＝P_PredictD,n-1+P_RateD,n，P_Predict,n＝max{P_PredictU,n,P_PredictD,n}，其中P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和向下爬坡能力缺口，P_PredictU,n、P_PredictD,n分别为第n个时刻系统向上功率缺额预测值和系统向下功率缺额预测值，P_Predict,n为第n个时刻系统功率缺额预测值；

根据计算得到的系统功率缺额预测值和系统爬坡能力缺口，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式：

N1＝Max{P_Predict,n}/600MW，其中N1表示由不同频率控制危机段内最大系统功率缺额预测值确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，P_Predict,n为第n个时刻的系统功率缺额预测值，600MW为单台抽水蓄能机组的最大爬坡功率；

N2＝Max{P_Rate,n}/110MW/min，其中P_Rate,n＝Max{P_RateU,n,P_RateD,n}，其中N2表示由最大系统爬坡能力缺口确定的抽水蓄能机组的开机数目与运行方式，P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和系统向下爬坡能力缺口，P_Rate,n为第n个时刻的系统爬坡能力缺口，110MW/min为抽水蓄能机组的额定发电输出爬坡能力；

根据确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。

针对现有技术问题，本发明还提出了一种抽水蓄能机组自主启停控制装置，为电力系统注入快速调控能力，增强电网的频率控制能力，适合应用。

具体实现方式为：一种抽水蓄能机组自主启停控制装置，包括：

负荷预测模块，用于通过以系数ΔP_Max,计划/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统次日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,计划表示次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

爬坡能力计算模块，用于获取电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线；O类机组的爬坡能力由所获取的O类机组的次日发电计划曲线体现；R类机组的爬坡能力通过将R类机组的物理爬坡能力减去按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力计算得到；根据得到的O类和R类机组的爬坡能力，将电力系统所有机组的爬坡能力进行加总，计算得到系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n，其中P_UpCap,n为系统向上爬坡能力，P_DownCap,n为系统向下爬坡能力；

爬坡能力需求计算模块，用于将所获取的电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线进行插值，得到与计算得到的系统次日负荷预测曲线相同密度的曲线，将所述系统次日负荷预测曲线减去插值后得到的机组的次日发电计划曲线，得到需要R类机组进行响应的结果曲线P_Com,n，计算曲线P_Com,n相邻项的差值得到系统爬坡能力需求P_Req,n；

爬坡能力缺口计算模块，用于将计算得到的系统爬坡能力需求P_Req,n与系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n分别相减，计算得到系统爬坡能力缺口P_RateU,n、P_RateD,n，其中P_RateU,n为系统向上爬坡能力缺口，P_RateD,n为系统向下爬坡能力缺口；

功率缺额预测模块，用于根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值：

P_PredictU,n＝P_PredictU,n-1+P_RateU,n，P_PredictD,n＝P_PredictD,n-1+P_RateD,n，P_Predict,n＝max{P_PredictU,n,P_PredictD,n}，其中P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和向下爬坡能力缺口，P_PredictU,n、P_PredictD,n分别为第n个时刻系统向上功率缺额预测值和系统向下功率缺额预测值，P_Predict,n为第n个时刻系统功率缺额预测值；

抽水蓄能机组确定模块，用于根据计算得到的系统功率缺额预测值和系统爬坡能力缺口，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式：

N1＝Max{P_Predict,n}/600MW，其中N1表示由不同频率控制危机段内最大系统功率缺额预测值确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，P_Predict,n为第n个时刻的系统功率缺额预测值，600MW为单台抽水蓄能机组的最大爬坡功率；

N2＝Max{P_Rate,n}/110MW/min，其中P_Rate,n＝Max{P_RateU,n,P_RateD,n}，其中N2表示由最大系统爬坡能力缺口确定的抽水蓄能机组的开机数目与运行方式，P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和系统向下爬坡能力缺口，P_Rate,n为第n个时刻的系统爬坡能力缺口，110MW/min为抽水蓄能机组的额定发电输出爬坡能力；

控制模块，用于根据确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明抽水蓄能机组自主启停控制方法和装置，先根据电力系统的统调历史运行曲线及次日方式计划曲线，计算系统次日负荷预测曲线；然后根据电力系统的次日发电计划曲线，计算系统爬坡能力；根据次日发电计划曲线和系统次日负荷预测曲线，计算系统爬坡能力需求；根据系统爬坡能力和系统爬坡能力需求，计算系统爬坡能力缺口；进一步计算系统功率缺额预测值；再根据系统爬坡能力缺口和系统功率缺额预测值，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式；最后启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。使用本发明的技术后，可以在电力系统运行处于危机状态时第一时间投入抽水蓄能机组挽救电网的运行危机，保障电力系统安全稳定运行；通过引入抽水蓄能机组的快速功率响应能力，改善电力系统的频率控制质量，降低电网频率CPS考核越限次数；同时降低抽水蓄能机组的启动次数，提升系统运行经济性；也减轻了调度人员的日常工作负荷，节省人力及成本。

附图说明

图1为一个实施例中抽水蓄能机组自主启停控制方法的流程示意图；

图2为一个实施例中利用统调历史运行曲线制定次日系统爬坡能力与爬坡能力需求示意图；

图3为根据图2计算得到的系统功率缺额预测值示意图；

图4为一个实施例中实时运行的系统爬坡能力与爬坡能力需求示意图；

图5为根据图4计算得到的系统实际功率缺额示意图；

图6为一个实施例中抽水蓄能机组自主启停控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

一个实施例中抽水蓄能机组自主启停控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：通过以系数ΔP_Max,计划/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统次日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,计划表示次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

步骤S102：获取电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线；O类机组的爬坡能力由所获取的O类机组的次日发电计划曲线体现；R类机组的爬坡能力通过将R类机组的物理爬坡能力减去按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力计算得到；根据得到的O类和R类机组的爬坡能力，将电力系统所有机组的爬坡能力进行加总，计算得到系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n，其中P_UpCap,n为系统向上爬坡能力，P_DownCap,n为系统向下爬坡能力；

步骤S103：将所获取的电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线进行插值，得到与计算得到的系统次日负荷预测曲线相同密度的曲线，将所述系统次日负荷预测曲线减去插值后得到的机组的次日发电计划曲线，得到需要R类机组进行响应的结果曲线P_Com,n，计算曲线P_Com,n相邻项的差值得到系统爬坡能力需求P_Req,n，P_Req,n取值为正数代表电力系统需要向上爬坡能力；P_Req,n取值为负数代表电力系统需要向下爬坡能力；

步骤S104：将计算得到的系统爬坡能力需求P_Req,n与系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n分别相减，计算得到系统爬坡能力缺口P_RateU,n、P_RateD,n，其中P_RateU,n为系统向上爬坡能力缺口，P_RateD,n为系统向下爬坡能力缺口，如果计算结果为正数，表示电力系统的爬坡能力无法满足负荷变化需求，将前后5分钟的时刻定义为频率控制危机段的起始与结束时刻；如果计算结果为负数，表示电力系统的爬坡能力能够满足负荷变化需求；

步骤S105：根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值：

P_PredictU,n＝P_PredictU,n-1+P_RateU,n，P_PredictD,n＝P_PredictD,n-1+P_RateD,n，P_Predict,n＝max{P_PredictU,n,P_PredictD,n}，其中P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和向下爬坡能力缺口，P_PredictU,n、P_PredictD,n分别为第n个时刻系统向上功率缺额预测值和系统向下功率缺额预测值，P_Predict,n为第n个时刻系统功率缺额预测值，当P_trnPcide,数值为负数时说明系统备用充足，能够将之前造成的功率缺额完全补偿，所以令P_Predict,n数值为负数时，P_Predict,n的计算结果为0：P_Predict,n＜0，P_Predict,n＝0，如果在n-1时刻存在功率缺额，通过计算n时刻系统爬坡能力缺口就可以得到第n个时刻的功率缺额预测值；

步骤S106：根据计算得到的系统功率缺额预测值和系统爬坡能力缺口，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式：

N1＝Max{P_Predict,n}/600MW,n∈1段，2段…M段，其中N1表示由不同频率控制危机段内最大系统功率缺额预测值确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，P_Predict,n为第n个时刻的系统功率缺额预测值，600MW为单台抽水蓄能机组的最大爬坡功率；

N2＝Max{P_Rate,n}/110MW/min，其中P_Rate,n＝Max{P_RateU,n,P_RateD,n}，其中N2表示由最大系统爬坡能力缺口确定的抽水蓄能机组的开机数目与运行方式，P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和系统向下爬坡能力缺口，P_Rate,n为第n个时刻的系统爬坡能力缺口，110MW/min为抽水蓄能机组的额定发电输出爬坡能力，当N2表示的开机需求超过1台时，表明系统负荷变化速率非常快，实际中需要选取不同电站的偶数台机组以组合开机模式进行应对，即N2为2-3时选取2台机组运行于组合开机模式，对于相同的频率控制危机段，开机数目由N1,N2中的最大值决定，具体的开机方式由N1,N2的数值共同决定，由N2数值先决策是否需要组合开机模式，再由N1数值决策剩余机组的正反向开机模式；

步骤S107：根据确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。

从以上描述可知，本方法改善电网系统的频率控制质量，保障电网安全稳定运行，具有很好的应用价值。

作为一个实施例，在所述根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值之后，还包括修正计算得到的系统功率缺额预测值：

通过以系数ΔP_Max,当日/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统当日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,当日表示当日方式计划曲线P_当日,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值，存在的主要的预测误差包括横向和纵向误差两部分，即负荷预测曲线的时间误差及幅度误差，时间误差主要指对负荷急升急降段起始时刻的预测误差，幅度误差指对负荷爬坡段爬坡能力的预测误差，使用系统实时运行获得的中调负荷减抽出力曲线加上计划的地调水火电输出计划，等效于统调负荷减抽出力曲线对负荷预测结果进行修正；

判断当日各个负荷实际急升急降段的起始时刻，与所述统调历史运行曲线比较，利用差额修正所述统调历史运行曲线，通过获取当日统调负荷减抽出力曲线，计算曲线相邻两点差值的方法计算曲线斜率，获得系统实际负荷曲线的斜率曲线，在负荷急升急降段的起始时刻，其斜率将呈现逐步增加的趋势，通过设定负荷急升急降段起始时刻的斜率阈值，当实际中调负荷减抽出力曲线加上计划的地调水火电输出计划的斜率超过阈值并保持稳定2分钟后即可确认当日负荷实际急升急降段的起始时刻，与统调历史运行曲线进行比较并用差额修正统调历史运行曲线的时间误差；

利用当日各个负荷实际急升急降段出现的当日负荷最高值与负荷最低值的差值ΔP_Max,Act修正所述统调历史运行曲线，此处为修正统调历史运行曲线的幅度误差，幅度误差主要用于修正每日的第2个负荷急升急降段的峰值速率预测结果，由于每日12点左右的负荷急降段是当日负荷速率变化最快的时刻，而每日的第1个负荷急升段控制压力不大，利用当日各个负荷实际急升急降段出现的当日负荷最高值与负荷最低值的差值ΔP_Max,Act可以对负荷预测数值进行一次修正，以便对压力最大的负荷急降段的运行情况进行更准确的预测，在实时控制阶段的第二个以后的爬坡段使用ΔP_Max,Act/ΔP_Max,Ref对统调历史运行曲线进行修正，ΔP_Max,Ref表示统调历史运行曲线的负荷最高值与最低值的差值；

计算实时运行时系统实际功率缺额：其中为系统各个时刻的备用差额，k为ACE与功率缺额之间的线性系数，表示能够引起ACE数值单位变化量所需的功率缺额数目，ACE₀为根据当前ACE数值计算得到的预测基值： ${\mathrm{ACE}}_0=\left\{\begin{array}{cc}0& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|<{\mathrm{ACE}}_{Set}\\ {\mathrm{ACE}}_{Act}& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|>{\mathrm{ACE}}_{Set}\end{array}\right.,$ 表示当ACE位于死区时不考虑ACE当前数值对功率缺额的计算，ACE位于死区之外时预测基值通过转换系数决定，根据计算得到的实际功率缺额，当功率缺额超过控制阈值时，通常设为150MW，进行相应的控制动作，具体为：如果系统中存在反向运行机组，则在功率缺额达到控制阈值处的时刻，即预期的控制生效点处，停止反向运行机组运行，由于停止各种机组运行只需要十几秒钟，因此可以在需要的时候即时采取控制措施；如果系统中不存在反向运行机组，需要启动机组以正向方式运行，则功率缺额达到控制阈值前的1分钟为机组的正向运行启动时刻，因为正向工况通常需要1分钟的转换时间，系统实时重复以上计算，直到当前时刻有需要机组需要操作则实时下发操作指令；

根据计算得到的实时运行时系统实际功率缺额，修正计算得到的系统功率缺额预测值。

电力系统机组按照运行方式分为两类：一类为机组控制方式代码末位为O的机组，O类机组不会响应ACE信号的变化，将根据次日发电计划曲线运行，在次日发电计划曲线发生变化时，O类机组会响应次日发电计划曲线的变化，因此O类机组的爬坡能力将通过其次日发电计划曲线的形状进行体现；另一类为机组控制方式代码末位为R的机组，R类机组在以次日发电计划曲线运行的同时还会响应系统的ACE信号变化量，因此R类机组的爬坡能力受次日发电计划曲线形状的制约，需要使用其机组的物理爬坡能力减去按次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力，得到R类机组的爬坡能力；

作为一个实施例，所述R类机组的物理爬坡能力通过将R类机组实速率一项的数值除以2计算得到。

作为一个实施例，所述按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力通过将所获取的R类机组的次日发电计划曲线的相邻两个计划运行点差值的绝对值除以60计算得到。

作为一个实施例，所述系统次日负荷预测曲线：通过获取天气状况和次日天气状况最接近的最近一日的电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,Ref和次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,计划计算得到。

一个实施例中利用统调历史运行曲线制定次日系统爬坡能力与爬坡能力需求(爬坡速率需求与能力)，如图2所示，电力系统在2013年10月11日使用2013年9月17日统调历史运行曲线制定次日系统爬坡能力与爬坡能力需求。图中最上方与最下方的两条曲线表示系统按照次日发电计划曲线计算得到的系统向上、向下爬坡能力。中间的曲线表示系统次日负荷预测结果计算得到爬坡能力需求。当中间曲线超过上下两条曲线时，可以认为系统处于频率控制危机段内，图2显示系统具有4个频率控制危机段，系统爬坡能力缺口极值分别为156MW/分钟，171MW/分钟，106MW/分钟，118MW/分钟。图3为根据图2计算得到的系统功率缺额预测值(预测功率缺口)示意图。得到的4个频率控制危机段最大功率缺口分别为447MW，510MW，166MW，267MW。需要启动的机组数目为2台，2台，1台，1台。

一个实施例中实时运行的系统爬坡能力与爬坡能力需求(爬坡速率需求与能力)，如图4所示，为系统2013年10月12日的实时运行计算结果。4个频率控制危机段内的爬坡能力缺口极值分别为309MW/分钟，297MW/分钟，160MW/分钟，165MW/分钟。图5为根据图4计算得到的系统实际功率缺额(预测功率缺口)为467MW，1061MW，414.5MW以及322MW。据此本发明装置将在当日7:56,11:54,13:17与17:27时分别向蓄能机组发出相应的工况转换决策指令。实际启动的机组数目为2台，2台，1台，1台。

一个实施例中抽水蓄能机组自主启停控制装置，如图6所示，包括：

负荷预测模块，用于通过以系数ΔP_Max,计划/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统次日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,计划表示次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

爬坡能力计算模块，用于获取电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线；O类机组的爬坡能力由所获取的O类机组的次日发电计划曲线体现；R类机组的爬坡能力通过将R类机组的物理爬坡能力减去按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力计算得到；根据得到的O类和R类机组的爬坡能力，将电力系统所有机组的爬坡能力进行加总，计算得到系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n，其中P_UpCap,n为系统向上爬坡能力，P_DownCap,n为系统向下爬坡能力；

爬坡能力需求计算模块，用于将所获取的电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线进行插值，得到与计算得到的系统次日负荷预测曲线相同密度的曲线，将所述系统次日负荷预测曲线减去插值后得到的机组的次日发电计划曲线，得到需要R类机组进行响应的结果曲线P_Com,n，计算曲线P_Com,n相邻项的差值得到系统爬坡能力需求P_Req,n，P_Req,n取值为正数代表电力系统需要向上爬坡能力；P_Req,n取值为负数代表电力系统需要向下爬坡能力；

爬坡能力缺口计算模块，用于将计算得到的系统爬坡能力需求P_Req,n与系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n分别相减，计算得到系统爬坡能力缺口P_RateU,n、P_RateD,n，其中P_RateU,n为系统向上爬坡能力缺口，P_RateD,n为系统向下爬坡能力缺口，如果计算结果为正数，表示电力系统的爬坡能力无法满足负荷变化需求，将前后5分钟的时刻定义为频率控制危机段的起始与结束时刻；如果计算结果为负数，表示电力系统的爬坡能力能够满足负荷变化需求；

功率缺额预测模块，用于根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值：

P_PredictU,n＝P_PredictU,n-1+P_RateU,n，P_PredictD,n＝P_PredictD,n-1+P_RateD,n，P_Predict,n＝max{P_PredictU,n,P_PredictD,n}，其中P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和向下爬坡能力缺口，P_PredictU,n、P_PredictD,n分别为第n个时刻系统向上功率缺额预测值和系统向下功率缺额预测值，P_Predict,n为第n个时刻系统功率缺额预测值，当P_trnPcide,数值为负数时说明系统备用充足，能够将之前造成的功率缺额完全补偿，所以令P_Predict,n数值为负数时，P_Predict,n的计算结果为0：P_Predict,n＜0，P_Predict,n＝0，如果在n-1时刻存在功率缺额，通过计算n时刻系统爬坡能力缺口就可以得到第n个时刻的功率缺额预测值；

抽水蓄能机组确定模块，用于根据计算得到的系统功率缺额预测值和系统爬坡能力缺口，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式：

N1＝Max{P_Predict,n}/600MW,n∈1段，2段…M段，其中N1表示由不同频率控制危机段内最大系统功率缺额预测值确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，P_Predict,n为第n个时刻的系统功率缺额预测值，600MW为单台抽水蓄能机组的最大爬坡功率；

N2＝Max{P_Rate,n}/110MW/min，其中P_Rate,n＝Max{P_RateU,n,P_RateD,n}，其中N2表示由最大系统爬坡能力缺口确定的抽水蓄能机组的开机数目与运行方式，P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和系统向下爬坡能力缺口，P_Rate,n为第n个时刻的系统爬坡能力缺口，110MW/min为抽水蓄能机组的额定发电输出爬坡能力，当N2表示的开机需求超过1台时，表明系统负荷变化速率非常快，实际中需要选取不同电站的偶数台机组以组合开机模式进行应对，即N2为2-3时选取2台机组运行于组合开机模式，对于相同的频率控制危机段，开机数目由N1,N2中的最大值决定，具体的开机方式由N1,N2的数值共同决定，由N2数值先决策是否需要组合开机模式，再由N1数值决策剩余机组的正反向开机模式；

控制模块，用于根据确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。

如图6所示，本装置各模块连接关系的一个优选的实施例为：负荷预测模块，爬坡能力计算模块，爬坡能力需求计算模块，爬坡能力缺口计算模块，功率缺额预测模块，抽水蓄能机组确定模块和控制模块依次顺序连接。

首先负荷预测模块根据电力系统的统调历史运行曲线及次日方式计划曲线，计算系统次日负荷预测曲线；然后爬坡能力计算模块根据电力系统的次日发电计划曲线计算系统爬坡能力；爬坡能力需求计算模块根据电力系统的次日发电计划曲线和计算得到的系统次日负荷预测曲线，计算系统爬坡能力需求；再由爬坡能力缺口计算模块根据计算得到的系统爬坡能力和系统爬坡能力需求，计算系统爬坡能力缺口；功率缺额预测模块根据系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值；抽水蓄能机组确定模块根据计算得到的系统爬坡能力缺口和系统功率缺额预测值，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式；最后控制模块根据确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频，本装置改善电网系统的频率控制质量，保障电力系统安全稳定运行，适合应用。

作为一个实施例，还包括修正模块，连接在所述功率缺额预测模块和所述抽水蓄能机组确定模块之间，修正计算得到的系统功率缺额预测值：

通过以系数ΔP_Max,当日/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统当日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,当日表示当日方式计划曲线P_当日,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值，存在的主要的预测误差包括横向和纵向误差两部分，即负荷预测曲线的时间误差及幅度误差，时间误差主要指对负荷急升急降段起始时刻的预测误差，幅度误差指对负荷爬坡段爬坡能力的预测误差，使用系统实时运行获得的中调负荷减抽出力曲线加上计划的地调水火电输出计划，等效于统调负荷减抽出力曲线对负荷预测结果进行修正；

判断当日各个负荷实际急升急降段的起始时刻，与所述统调历史运行曲线比较，利用差额修正所述统调历史运行曲线，通过获取当日统调负荷减抽出力曲线，计算曲线相邻两点差值的方法计算曲线斜率，获得系统实际负荷曲线的斜率曲线，在负荷急升急降段的起始时刻，其斜率将呈现逐步增加的趋势，通过设定负荷急升急降段起始时刻的斜率阈值，当实际中调负荷减抽出力曲线加上计划的地调水火电输出计划的斜率超过阈值并保持稳定2分钟后即可确认当日负荷实际急升急降段的起始时刻，与统调历史运行曲线进行比较并用差额修正统调历史运行曲线的时间误差；

利用当日各个负荷实际急升急降段出现的当日负荷最高值与负荷最低值的差值ΔP_Max,Act修正所述统调历史运行曲线，此处为修正统调历史运行曲线的幅度误差，幅度误差主要用于修正每日的第2个负荷急升急降段的峰值速率预测结果，由于每日12点左右的负荷急降段是当日负荷速率变化最快的时刻，而每日的第1个负荷急升段控制压力不大，利用当日各个负荷实际急升急降段出现的当日负荷最高值与负荷最低值的差值ΔP_Max,Act可以对负荷预测数值进行一次修正，以便对压力最大的负荷急降段的运行情况进行更准确的预测，在实时控制阶段的第二个以后的爬坡段使用ΔP_Max,Act/ΔP_Max,Ref对统调历史运行曲线进行修正，ΔP_Max,Ref表示统调历史运行曲线的负荷最高值与最低值的差值；

计算实时运行时系统实际功率缺额：其中为系统各个时刻的备用差额，k为ACE与功率缺额之间的线性系数，表示能够引起ACE数值单位变化量所需的功率缺额数目，ACE₀为根据当前ACE数值计算得到的预测基值： ${\mathrm{ACE}}_0=\left\{\begin{array}{cc}0& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|<{\mathrm{ACE}}_{Set}\\ {\mathrm{ACE}}_{Act}& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|>{\mathrm{ACE}}_{Set}\end{array}\right.,$ 表示当ACE位于死区时不考虑ACE当前数值对功率缺额的计算，ACE位于死区之外时预测基值通过转换系数决定，根据计算得到的实际功率缺额，当功率缺额超过控制阈值时，通常设为150MW，进行相应的控制动作，具体为：如果系统中存在反向运行机组，则在功率缺额达到控制阈值处的时刻，即预期的控制生效点处，停止反向运行机组运行，由于停止各种机组运行只需要十几秒钟，因此可以在需要的时候即时采取控制措施；如果系统中不存在反向运行机组，需要启动机组以正向方式运行，则功率缺额达到控制阈值前的1分钟为机组的正向运行启动时刻，因为正向工况通常需要1分钟的转换时间，系统实时重复以上计算，直到当前时刻有需要机组需要操作则实时下发操作指令；

根据计算得到的实时运行时系统实际功率缺额，修正计算得到的系统功率缺额预测值。

电力系统机组按照运行方式分为两类：一类为机组控制方式代码末位为O的机组，O类机组不会响应ACE信号的变化，将根据次日发电计划曲线运行，在次日发电计划曲线发生变化时，O类机组会响应次日发电计划曲线的变化，因此O类机组的爬坡能力将通过其次日发电计划曲线的形状进行体现；另一类为机组控制方式代码末位为R的机组，R类机组在以次日发电计划曲线运行的同时还会响应系统的ACE信号变化量，因此R类机组的爬坡能力受次日发电计划曲线形状的制约，需要使用其机组的物理爬坡能力减去按次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力，得到R类机组的爬坡能力；

作为一个实施例，所述R类机组的物理爬坡能力通过将R类机组实速率一项的数值除以2计算得到。

作为一个实施例，所述按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力通过将所获取的R类机组的次日发电计划曲线的相邻两个计划运行点差值的绝对值除以60计算得到。

作为一个实施例，所述系统次日负荷预测曲线：通过获取天气状况和次日天气状况最接近的最近一日的电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,Ref和次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,计划计算得到。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种抽水蓄能机组自主启停控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过以系数ΔP_Max,计划/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统次日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,计划表示次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

获取电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线；O类机组的爬坡能力由所获取的O类机组的次日发电计划曲线体现；R类机组的爬坡能力通过将R类机组的物理爬坡能力减去按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力计算得到；根据得到的O类和R类机组的爬坡能力，将电力系统所有机组的爬坡能力进行加总，计算得到系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n，其中P_UpCap,n为系统向上爬坡能力，P_DownCap,n为系统向下爬坡能力；

将所获取的电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线进行插值，得到与计算得到的系统次日负荷预测曲线相同密度的曲线，将所述系统次日负荷预测曲线减去插值后得到的机组的次日发电计划曲线，得到需要R类机组进行响应的结果曲线P_Com,n，计算曲线P_Com,n相邻项的差值得到系统爬坡能力需求P_Req,n；

将计算得到的系统爬坡能力需求P_Req,n与系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n分别相减，计算得到系统爬坡能力缺口P_RateU,n、P_RateD,n，其中P_RateU,n为系统向上爬坡能力缺口，P_RateD,n为系统向下爬坡能力缺口；

根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值：

P_PredictU,n＝P_PredictU,n-1+P_RateU,n，P_PredictD,n＝P_PredictD,n-1+P_RateD,n，P_Predict,n＝max{P_PredictU,n,P_PredictD,n}，其中P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和向下爬坡能力缺口，P_PredictU,n、P_PredictD,n分别为第n个时刻系统向上功率缺额预测值和系统向下功率缺额预测值，P_Predict,n为第n个时刻系统功率缺额预测值；

根据计算得到的系统功率缺额预测值和系统爬坡能力缺口，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式：

N1＝Max{P_Predict,n}/600MW，其中N1表示由不同频率控制危机段内最大系统功率缺额预测值确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，P_Predict,n为第n个时刻的系统功率缺额预测值，600MW为单台抽水蓄能机组的最大爬坡功率；

N2＝Max{P_Rate,n}/110MW/min，其中P_Rate,n＝Max{P_RateU,n,P_RateD,n}，其中N2表示由最大系统爬坡能力缺口确定的抽水蓄能机组的开机数目与运行方式，P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和系统向下爬坡能力缺口，P_Rate,n为第n个时刻的系统爬坡能力缺口，110MW/min为抽水蓄能机组的额定发电输出爬坡能力；

根据确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组自主启停控制方法，其特征在于，在所述根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值之后，还包括修正计算得到的系统功率缺额预测值：

通过以系数ΔP_Max,当日/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统当日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,当日表示当日方式计划曲线P_当日,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

判断当日各个负荷实际急升急降段的起始时刻，与所述统调历史运行曲线比较，利用差额修正所述统调历史运行曲线；

利用当日各个负荷实际急升急降段出现的当日负荷最高值与负荷最低值的差值ΔP_Max,Act修正所述统调历史运行曲线；

计算实时运行时系统实际功率缺额：其中为系统各个时刻的备用差额，k为ACE与功率缺额之间的线性系数，表示能够引起ACE数值单位变化量所需的功率缺额数目，ACE₀为根据当前ACE数值计算得到的预测基值： ${\mathrm{ACE}}_0=\left\{\begin{array}{cc}0& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|<{\mathrm{ACE}}_{Set}\\ {\mathrm{ACE}}_{Act}& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|>{\mathrm{ACE}}_{Set}\end{array}\right.,$ 表示当ACE位于死区时不考虑ACE当前数值对功率缺额的计算，ACE位于死区之外时预测基值通过转换系数决定；

根据计算得到的实时运行时系统实际功率缺额，修正计算得到的系统功率缺额预测值。

3.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组自主启停控制方法，其特征在于，所述R类机组的物理爬坡能力通过将R类机组实速率一项的数值除以2计算得到。

4.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组自主启停控制方法，其特征在于，所述按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力通过将所获取的R类机组的次日发电计划曲线的相邻两个计划运行点差值的绝对值除以60计算得到。

5.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组自主启停控制方法，其特征在于，所述系统次日负荷预测曲线：通过获取天气状况和次日天气状况最接近的最近一日的电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,Ref和次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,计划计算得到。

6.一种抽水蓄能机组自主启停控制装置，其特征在于，包括：

负荷预测模块，用于通过以系数ΔP_Max,计划/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统次日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,计划表示次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

爬坡能力计算模块，用于获取电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线；O类机组的爬坡能力由所获取的O类机组的次日发电计划曲线体现；R类机组的爬坡能力通过将R类机组的物理爬坡能力减去按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力计算得到；根据得到的O类和R类机组的爬坡能力，将电力系统所有机组的爬坡能力进行加总，计算得到系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n，其中P_UpCap,n为系统向上爬坡能力，P_DownCap,n为系统向下爬坡能力；

爬坡能力需求计算模块，用于将所获取的电力系统运行方式为O类和R类机组的次日发电计划曲线进行插值，得到与计算得到的系统次日负荷预测曲线相同密度的曲线，将所述系统次日负荷预测曲线减去插值后得到的机组的次日发电计划曲线，得到需要R类机组进行响应的结果曲线P_Com,n，计算曲线P_Com,n相邻项的差值得到系统爬坡能力需求P_Req,n；

爬坡能力缺口计算模块，用于将计算得到的系统爬坡能力需求P_Req,n与系统爬坡能力P_UpCap,n，P_DownCap,n分别相减，计算得到系统爬坡能力缺口P_RateU,n、P_RateD,n，其中P_RateU,n为系统向上爬坡能力缺口，P_RateD,n为系统向下爬坡能力缺口；

功率缺额预测模块，用于根据计算得到的系统爬坡能力缺口，计算系统功率缺额预测值：

P_PredictU,n＝P_PredictU,n-1+P_RateU,n，P_PredictD,n＝P_PredictD,n-1+P_RateD,n，P_Predict,n＝max{P_PredictU,n,P_PredictD,n}，其中P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和向下爬坡能力缺口，P_PredictU,n、P_PredictD,n分别为第n个时刻系统向上功率缺额预测值和系统向下功率缺额预测值，P_Predict,n为第n个时刻系统功率缺额预测值；

抽水蓄能机组确定模块，用于根据计算得到的系统功率缺额预测值和系统爬坡能力缺口，确定抽水蓄能机组的开机数目及运行方式：

N1＝Max{P_Predict,n}/600MW，其中N1表示由不同频率控制危机段内最大系统功率缺额预测值确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，P_Predict,n为第n个时刻的系统功率缺额预测值，600MW为单台抽水蓄能机组的最大爬坡功率；

N2＝Max{P_Rate,n}/110MW/min，其中P_Rate,n＝Max{P_RateU,n,P_RateD,n}，其中N2表示由最大系统爬坡能力缺口确定的抽水蓄能机组的开机数目与运行方式，P_RateU,n、P_RateD,n分别为系统向上爬坡能力缺口和系统向下爬坡能力缺口，P_Rate,n为第n个时刻的系统爬坡能力缺口，110MW/min为抽水蓄能机组的额定发电输出爬坡能力；

控制模块，用于根据确定的抽水蓄能机组的开机数目及运行方式，启动与停止抽水蓄能机组参与电力系统的调峰调频。

7.根据权利要求6所述的抽水蓄能机组自主启停控制装置，其特征在于，还包括修正模块，连接在所述功率缺额预测模块和所述抽水蓄能机组确定模块之间，修正计算得到的系统功率缺额预测值：

通过以系数ΔP_Max,当日/ΔP_Max,Ref对电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n进行修正，计算得到系统当日负荷预测曲线：其中ΔP_Max,当日表示当日方式计划曲线P_当日,n的负荷最高值与最低值的差值，ΔP_Max,Ref表示所述统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值；

判断当日各个负荷实际急升急降段的起始时刻，与所述统调历史运行曲线比较，利用差额修正所述统调历史运行曲线；

利用当日各个负荷实际急升急降段出现的当日负荷最高值与负荷最低值的差值ΔP_Max,Act修正所述统调历史运行曲线；

计算实时运行时系统实际功率缺额：其中为系统各个时刻的备用差额，k为ACE与功率缺额之间的线性系数，表示能够引起ACE数值单位变化量所需的功率缺额数目，ACE₀为根据当前ACE数值计算得到的预测基值： ${\mathrm{ACE}}_0=\left\{\begin{array}{cc}0& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|<{\mathrm{ACE}}_{Set}\\ {\mathrm{ACE}}_{Act}& \left|{\mathrm{ACE}}_{Act}\right|>{\mathrm{ACE}}_{Set}\end{array}\right.,$ 表示当ACE位于死区时不考虑ACE当前数值对功率缺额的计算，ACE位于死区之外时预测基值通过转换系数决定；

根据计算得到的实时运行时系统实际功率缺额，修正计算得到的系统功率缺额预测值。

8.根据权利要求6所述的抽水蓄能机组自主启停控制装置，其特征在于，所述R类机组的物理爬坡能力通过将R类机组实速率一项的数值除以2计算得到。

9.根据权利要求6所述的抽水蓄能机组自主启停控制装置，其特征在于，所述按所获取的R类机组的次日发电计划曲线运行占用的爬坡能力通过将所获取的R类机组的次日发电计划曲线的相邻两个计划运行点差值的绝对值除以60计算得到。

10.根据权利要求6所述的抽水蓄能机组自主启停控制装置，其特征在于，所述系统次日负荷预测曲线：通过获取天气状况和次日天气状况最接近的最近一日的电力系统的统调历史运行曲线P_Ref,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,Ref和次日方式计划曲线P_计划,n的负荷最高值与最低值的差值ΔP_Max,计划计算得到。