CN113595085A - 成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，包括以下步骤：步骤1、根据机组总负荷的调节区域以及机组总负荷实际值与负荷目标值的差值△P，设置不同的负荷调节方式；步骤2、根据DLC负荷曲线要求，以分钟为单位时刻进行机组负荷的计算，并下发至单台机组的控制单元，各机组再根据分配计算好的负荷调节指令和负荷调节方式进行负荷调节，使得机组总负荷的实际值满足DLC负荷曲线的需求；步骤3、当各机组负荷不平衡时，根据下一个时段的负荷变化趋势判断并择机进行机组总负荷的二次分配，使得各机组负荷基本相同。本发明具有提高机组运行的稳定性、弱化了负荷波动对电网的冲击、降低系统设备损耗的特点。

Description

成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法

技术领域

本发明涉及一种抽水蓄能电站机组控制方法，特别是一种成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法。

背景技术

随着华东电网抽水蓄能电站装机容量的日益壮大，单日内负荷曲线快速变化的时段增多，在多个时间段存在抽水蓄能机组集中启停机的情况，此时大量抽水蓄能机组同时急速拉升或降低负荷的转换过程容易产生电网频率的波动，影响网频的稳定性。因此电网调度向各抽水蓄能电站提出了在启停机过程中减缓全厂负荷出力变化速率的需求，以此来缓解对电网负荷冲击的影响程度。

目前华东电网调度的抽水蓄能电站根据当前的成组控制方式进行开停机和负荷调节，按每15分钟为一个考核时间段，单日共96点的计划曲线，结合启停机时间整定单的方式进行开环调度控制。各抽水蓄能电站的常规运行方式为每日两发一抽或三发两抽，按照华东网调下发的日负荷曲线(DLC)进行。电站全厂的成组控制器或成组服务器(以下统称成组控制模块)根据DLC曲线要求进行负荷实时计算并分配下发至单台机组的控制单元，各机组再根据分配计算好的负荷调节指令进行负荷调节。但是由于抽水蓄能机组存在基础负荷的限制因素，机组发电并网后并不具备由空载至满负荷的满量程调节能力，需至少保持在基荷或以上的负荷范围内运行，而根据当前时段DLC负荷目标值计算所得的负荷变化过程是一条全范围负荷曲线，当负荷目标值由传统的两步制负荷变化趋势改为按平滑曲线爬坡式增减的调节方式，会导致以下问题：

(1)单台机组发电启动并网后，由于负荷曲线爬坡速率的滞后，机组将长时间运行于较低负荷区域，机组振动摆度偏大，影响机组运行的稳定性。

(2)非首台机组发电并网后，最新并网的机组立即运行于基荷工况，此时全厂总负荷出力高于当前负荷曲线目标值，先前已处于发电工况的所有机组均将下调出力，而最新并网的机组提高出力，直至全厂机组平均分摊全厂总负荷出力，且随着时间的推移负荷曲线目标值的抬高，全厂机组同步实时抬高负荷以满足负荷曲线的趋势。此过程使全厂机组调速器系统以秒级为单位频繁调节，机组调速器导叶频繁动作使得机组负荷波动频次过高，增大了系统设备的损耗，也使得系统的PID调节趋于不稳定。

(3)在全厂设定的负荷偏差量较小，而运行的机组数量又较多的情况下，平均分配至每台机组的负荷增/减量较小，甚至可能处于机组机械调节的死区范围内而无法进行任何调节。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法。本发明具有提高机组运行的稳定性、弱化了负荷波动对电网的冲击、降低系统设备损耗的特点。

本发明的技术方案：成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，包括以下步骤：

步骤1、根据机组总负荷的调节区域以及机组总负荷的实际值与DLC负荷曲线的负荷目标值的差值△P，针对差值△P在不同的调节区域设置不同的负荷调节方式；

步骤2、减缓机组总负荷调节指令计算并下方的频次：根据DLC负荷曲线要求，以分钟为单位时刻进行机组负荷的计算，并下发至单台机组的控制单元，各机组再根据分配计算好的负荷调节指令和负荷调节方式进行负荷调节，使得机组总负荷的实际值满足DLC负荷曲线的需求；

步骤3、当各机组负荷不平衡时，根据下一个时段的负荷变化趋势判断并择机进行机组总负荷的二次分配，使得各机组负荷基本相同，达到负荷平衡。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，所述调节区域包括调节死区、小功率调节区域以及大功率调节区域。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，所述调节死区的上限值的计算式为：

其中，Pd为调节死区的上限值，λ为最低负荷调节系数，N为投入成组模式的总机组台数，n为当前正在运行的机组台数，S为总装机容量。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，所述小功率调节区域的上限值的计算式为：Ps＝μ·Pg，其中，Ps为小功率调节区域的上限值，μ为单台机组的负荷调节系数，Pg为单台机组的额定容量。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，所述负荷调节方式为：当差值△P在调节死区内时，成组控制模块不向机组下发调节指令；当差值△P在小功率调节区域时，成组控制模块向单台机组下发调节指令；当差值△P在大功率调节区域时，成组控制模块对所有具备调节余量的机组下发调节指令。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，当差值△P在小功率调节区域时，成组控制模块将△P优先分配给所有运行机组中负荷最低的机组，若该台机组的可调节余量小于△P时，则将剩余未分配的负荷量分配至负荷次低的机组；若多台机组负荷均相等，则将△P分配给其中优先级最高的一台机组。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，当差值△P在大功率调节区域时，成组控制模块将向所有具备调节余量的机组下发负荷调节指令，使其在调节后达到负荷平衡。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，所述步骤2中，机组负荷具体是根据当前考核时段内的DLC负荷曲线的负荷目标值，计算每分钟的负荷调节指令的变化量，并随着时间推进逐步累计当前时刻所需要执行的负荷总指令。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，所述步骤2中，每分钟的负荷调节指令的变化量的计算式为：

式中，△△P为每分钟监控系统下发给调速器的负荷调节指令变化量，MW/min；△P为当前15分钟时段内负荷变化总量；Pn+1为下一个15分钟时刻电站负荷目标值；Pn为当前15分钟时刻电站负荷目标值。

前述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法中，所述步骤3具体为，当该考核时段的机组总负荷的实际值已满足DLC负荷曲线的需求后，若各机组负荷不平衡，且下一个时段的DLC的负荷目标值保持不变，则在过考核时间点后进行机组总负荷的二次分配，达到各机组负荷平均分配的目的；若各机组负荷不平衡，但下一个时段的DLC的负荷目标值出现了变化，则不再进行二次分配。

与现有技术相比，本发明优化负荷调控手段的同时，针对性地缓解了机组调速器系统的机械疲劳与损耗，实现了抽蓄机组负荷的柔性控制，也提高了机组运行的稳定性和可调性，弱化了负荷波动对电网的冲击，并根据网源两侧的制约因素，寻求了一个满足双方需求平衡点的调控策略。因此，本发明具有提高机组运行的稳定性、弱化了负荷波动对电网的冲击、降低系统设备损耗的特点。

附图说明

图1是负荷分配的判断逻辑流程图；

图2是单台机组启动负荷调节趋势图；

图3是多台机组负荷调节及分配方式图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：

步骤1：设置全厂机组总负荷的调节死区Ф1、小功率调节区域Ф2以及大功率调节区域Ф3，形成负荷优化算法的边界条件，具体如下：

(1.1)全厂机组总负荷的调节死区Ф1的上限值的计算式为：

其中，Pd为调节死区的上限值，λ为全厂最低负荷调节系数，根据不同机组情况一般可取0.5％至1％左右；N为全厂投入成组模式的总机组台数，n为当前正在运行的机组台数，S为全厂总装机容量。由于n为实时可变量，因此Pd亦为动态变化量。

(1.2)计算全厂机组总负荷的小功率调节区域Ф2的上限值的计算式为：Ps＝μ·Pg；

其中，Ps为小功率调节区域的上限值，相当于大功率调节区域Ф3的下限值，μ为单台机组的负荷调节系数，根据机组特性的不同一般可取10％至20％之间，Pg为单机额定容量。

以某总装机容量为1000MW抽水蓄能电站为例，全站共4台机组，单台机组额定容量为250MW，单机基荷为150MW。假设λ＝1％，μ＝20％,全厂4台机组投入成组且有1台机组发电运行，则当前全厂机组总负荷的调节死区Ф1为2.5MW以内、小功率调节区域Ф2为2.5WM至50MW之间，大功率调节区域Ф3为50MW以上。

(1.3)令机组总负荷的实际值与DLC负荷曲线的负荷目标值的差值为△P，且△P为正向负荷变化总量，针对差值△P在不同的调节区域设置不同的负荷调节方式：当△P≤Pd时，△P处于调节死区Ф1内，成组控制模块不向机组下发负荷调节指令；当Pd<△P<Ps时，△P处于小功率调节区域Ф2内，成组控制模块优先向厂内所有运行机组中负荷最低的一台机组下发负荷调节指令，将△P优先分配该台机组；若该台机组的可调节余量小于△P，仍有负荷量未分配时，则将剩余未分配的负荷量分配至负荷次低的那台机组，并以此类推。若厂内恰好有多台机组负荷均相等，则向其中优先级最高的一台机组下发负荷调节指令，将△P优先分配该台机组(倘若△P为反向负荷变化总量时，成组控制模块优先向厂内所有运行机组中负荷最高的一台机组下发负荷调节指令，其余与△P为正向调节量的调节类似)；当△P≥Ps时，△P处于大功率调节区域Ф3内，成组控制模块将向所有具备调节余量的机组下发负荷调节指令，具体为，读取当前具备可调的机组数量n及其负荷值Q1,Q2,Q3…Qn，将每台机组的负荷设定值Q’变更为(Q1+Q2+Q3+…+△P)/n，将变更后的Q’分配至所有运行机组，若仍有负荷量未分配时，启动优先级最高的停机机组，且将剩余负荷量分配至该机组，若无多余机组可执行启动流程，则停止分配并执行上位机告警，使其在调节后机组总负荷满足当前考核时段的DLC负荷曲线的负荷目标值需求。判断逻辑可详见流程图1。

步骤2：减缓机组总负荷调节指令计算并下方的频次，根据DLC负荷曲线要求，由实时下发改为以分钟为单位时刻进行机组负荷的计算，根据不同机组的当前工况以及运行状态，向不同机组的控制单元下发当前时刻所需要执行的各自的负荷调节指令，各机组再根据分配计算好的负荷调节指令和负荷调节方式进行负荷调节，保证在每个考核时段到达前，机组总负荷满足当前考核时段的DLC负荷曲线的负荷目标值需求。

具体的，为了避免控制单元中调速器的频繁动作，减少导叶及其执行机构动作频次，根据当前考核时段内的DLC负荷曲线的负荷目标值，当电站负荷于下一个15分钟内发生变化时，监控系统以每分钟一次的速率向调速器下发负荷设定值。鉴于目前电网调度的96点整点考核方式，为避免最后一分钟因调速器调节震荡时间过长而无法趋于稳定，将整体调节的时间段向前平移1分钟，因此每次下发的负荷设定值为负荷变化总量的十四分之一。即机组的负荷分配量按照每隔1分钟以阶梯方式给定，并随着时间推进逐步累计当前时刻所需要执行的负荷总指令。每分钟的负荷调节指令变化量的计算式为：

该计算式对应的就是线性计划曲线。

式中，△△P为每分钟监控系统下发给调速器的负荷调节指令变化量，MW/min；△P为当前15分钟时段内负荷变化总量；Pn+1为下一个15分钟时刻电站负荷目标值；Pn为当前15分钟时刻电站负荷目标值。

以步骤1中所设定的抽水蓄能电站为例，假设调度下发的连续三个DLC负荷曲线的负荷目标值为0MW，250MW，500MW，每个负荷目标值的间隔时段为15分钟，电厂机组优先级按1号、2号、3号、4号依次排列。当进入第一个15分钟时段内后，1号机组立即发电方向启动，约4分钟后机组并网且达到基荷150MW运行，由于此时段内每分钟的负荷调节指令变化量

而第4分钟时成组的负荷设定值仅为Ps3＝250MW÷14×4≈71.4MW，机组又无法降低负荷，因此机组将保持150MW运行，直至第9分钟，Ps9＝250MW÷14×9≈160.7MW超出基荷10.7MW，且大于调节死区Ф1的2.5MW。因此1号机组将在第9分钟内拉升负荷至160.7MW，此后，以每分钟提升17.8MW的速率持续增加负荷，直至第14分钟时，1号机组达到250MW，此过程可详见附图2。当进入第二个15分钟时段内后，由于该时段的最终负荷目标值由250MW增至500MW，全厂的总负荷调节指令继续以每分钟提升17.8MW的速率增加，2号机组执行启机流程，当2号机组同样在该时段的第4分钟并网且达到基荷150MW时，全厂负荷设定值仅为321.4MW，因此为保证全厂总负荷出力与DLC负荷曲线的趋势吻合，成组控制模式将下调1号机组负荷至171.4MW。该时段的第5分钟内，全厂负荷设定值增加至339.2MW，由于2号机组负荷低于1号机组，且ΔΔP≈17.8MW/min小于大功率调节区域Ф3的50MW，因此2号机组将升负荷至167.8MW，1号机组维持171.4MW不变。以次类推，第6分钟，仍为2号机组升负荷至185.6MW，1号机组维持负荷不变；第7分钟1号机组升负荷，而2号机组维持负荷不变，此后两台机组持续交替增加负荷，直至全厂总负荷达到500MW。此过程可详见附图3。

假设调度下发的当前DLC负荷目标值为Pn＝450MW，1号机组230MW，2号机组220MW运行，此时由于电网突然出现突发状况，投入紧急支援极其附加值250MW。(注：紧急支援为成组功能的一部分，当电网调度向电站下发投入紧急支援投入指令以及其所需要负荷值时，电厂需要以最快的速度立即响应网调的需求)成组控制器将直接下发20MW的负荷增量至1号机组，下发30MW的负荷增量至2号机组，同时向3号机组下发启机指令，当3号机组并网后立即将3号机组拉升至200MW。

步骤3：当该考核时段的机组总负荷的实际值已满足调度DLC负荷曲线的需求后，当前15分钟时段内共有2台机组发电运行，且负荷分别为Q1、Q2，若Q1≠Q2，两个机组负荷不平衡，且Pn+1＝Pn，下一个时段的DLC的负荷目标值保持不变，则成组控制器在下一个时段的第1分钟时刻向2台机组分别下发负荷调节指令Q1’与Q2’,进行机组总负荷的二次分配，使得

达到各机组负荷平均分配的目的；若Q1≠Q2，两个机组负荷不平衡，且Pn+1≠Pn，下一个时段的DLC的负荷目标值出现了变化，预示着当进入下一个时段内机组需要再次进行启停控制或者负荷调节，则维持负荷不变，使得Q1’＝Q1，Q2’＝Q2，无需进行二次分配。

Claims (10)

1.成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、根据机组总负荷的调节区域以及机组总负荷的实际值与DLC负荷曲线的负荷目标值的差值△P，针对差值△P在不同的调节区域设置不同的负荷调节方式；

步骤2、减缓机组总负荷调节指令计算并下方的频次：根据DLC负荷曲线要求，以分钟为单位时刻进行机组负荷的计算，并下发至单台机组的控制单元，各机组再根据分配计算好的负荷调节指令和负荷调节方式进行负荷调节，使得机组总负荷的实际值满足DLC负荷曲线的需求；

步骤3、当各机组负荷不平衡时，根据下一个时段的负荷变化趋势判断并择机进行机组总负荷的二次分配，使得各机组负荷基本相同，达到负荷平衡。

2.根据权利要求1所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：所述调节区域包括调节死区、小功率调节区域以及大功率调节区域。

3.根据权利要求2所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：所述调节死区的上限值的计算式为：

其中，Pd为调节死区的上限值，λ为最低负荷调节系数，N为投入成组模式的总机组台数，n为当前正在运行的机组台数，S为总装机容量。

4.根据权利要求2所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：所述小功率调节区域的上限值的计算式为：Ps＝μ·Pg，其中，Ps为小功率调节区域的上限值，μ为单台机组的负荷调节系数，Pg为单台机组的额定容量。

5.根据权利要求2所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：所述负荷调节方式为：当差值△P在调节死区内时，成组控制模块不向机组下发调节指令；当差值△P在小功率调节区域时，成组控制模块向单台机组下发调节指令；当差值△P在大功率调节区域时，成组控制模块对所有具备调节余量的机组下发调节指令。

6.根据权利要求5所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：当差值△P在小功率调节区域时，成组控制模块将△P优先分配给所有运行机组中负荷最低的机组，若该台机组的可调节余量小于△P时，则将剩余未分配的负荷量分配至负荷次低的机组；若多台机组负荷均相等，则将△P分配给其中优先级最高的一台机组。

7.根据权利要求5所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：当差值△P在大功率调节区域时，成组控制模块将向所有具备调节余量的机组下发负荷调节指令。

8.根据权利要求1所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：所述步骤2中，机组负荷具体是根据当前考核时段内的DLC负荷曲线的负荷目标值，计算每分钟的负荷调节指令的变化量，并随着时间推进逐步累计当前时刻所需要执行的负荷总指令。

9.根据权利要求1所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：所述步骤2中，每分钟的负荷调节指令的变化量的计算式为：

式中，△△P为每分钟监控系统下发给调速器的负荷调节指令变化量，MW/min；△P为当前15分钟时段内负荷变化总量；Pn+1为下一个15分钟时刻电站负荷目标值；Pn为当前15分钟时刻电站负荷目标值。

10.根据权利要求1所述的成组控制模式下抽水蓄能电站机组负荷调控方法，其特征在于：所述步骤3具体为，当前时段的机组总负荷的实际值已满足DLC负荷曲线的需求后，若各机组负荷不平衡，且下一个时段的DLC的负荷目标值保持不变，则在过考核时间点后进行机组总负荷的二次分配，达到各机组负荷平均分配的目的；若各机组负荷不平衡，但下一个时段的DLC的负荷目标值出现了变化，则不再进行二次分配。

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