多抽水蓄能电站协同的电网紧急功率支援方法

摘要

本发明提供了一种多抽水蓄能电站协同的电网紧急功率支援方法，包括：紧急支援的启动：根据主站下发至电站的紧急支援启动准备指令、紧急支援启动指令和紧急支援目标功率命令实现紧急支援的启动；紧急支援的执行：电站成组控制系统根据负荷计划曲线和所述紧急支援目标功率进行机组启停及负荷调节；紧急支援的退出：主站下发紧急支援开始退出指令给电站，电站进行机组启停及负荷控制，当紧急支援目标功率减至0时，主站下发紧急支援完成退出指令，完成整个紧急支援过程。本发明利用多个抽水蓄能电站的事故备用能力，利用抽水蓄能电站当地成组控制功能，实现远方自动切泵、满发及自动开启发电机组功能，提供紧急支援功率，实现了电网频率的恢复。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统调度运行和控制技术领域，尤其是一种多抽水蓄能电 站协同的电网紧急功率支援控制方法。

背景技术

随着输电技术的发展，特高压电网的建设，区域大型受端电网通过多回交 直流特高压线路受入大功率电力，单条输电线路的输电能力越来越大，使得电 网的运行结构日益复杂，安全稳定运行的风险也不断增大。电网频率作为电网 稳定运行的重要标志之一，如何在区域电网遭受大的功率缺失情况下，快速提 供紧急功率支援，实现频率恢复，进而避免发生大面积电网连锁事故，保障电 网优质稳定的运行，成为大的受端区域电网控制中心面临的重要运行挑战。

为了增强受端电网频率稳定控制，一般采用增加网内的机组旋转备用容量 以及配置低频减负荷装置的手段，增加机组的旋转备用，需要较大的运行成本， 降低电厂的发电效率；而低频减负荷为电网的第二道防线，更是需要较大的经 济、社会成本。

抽水蓄能电站是目前电力系统中应用广泛、容量大的一种储能技术，其在 电网中主要配置用于调峰填谷、调相、事故备用及黑启动等功能。抽水蓄能机 组具有快速响应能力，跟踪负荷迅速，能适应负荷的急剧变化，可以有效提高 电网运行频率和电压质量的稳定性。在电网日常运行中，抽水蓄能电站目前主 要用于电网的调峰填谷，对于作为事故备用，一般运行方式为在发生电网事故 时，采用调度人工发令，由电站侧人工启动机组发电或者切除抽水工作。这样 的工作方式，需要依赖控制中心的调度经验，并通过多层人工干预，延迟电网 故障以及频率的恢复时间。

中国发明专利CN103078326A(中国电力科学院，一种提高电网频率安全稳 定性的优化方法)针对抽水蓄能电站的事故备用功能，提出了当电网频率过低 时，切除运行在电泵模式下的抽水蓄能电站机组，在电网频率过高时，切除运 行在发电模式下的抽水蓄能电站机组，并进而依据电网频率，通过调节直流线 路功率的方法进行电网的频率稳定控制，以减少低频切负荷、高频切记，减少 电力系统故障对生产运行及人民生活的影响。

中国发明专利CN102629760A(国网电力科学研究院，适用频率安全稳定的 低频切泵及减载协调优化方法)给出了在电网低频情况下，依据频率变化率确 定抽水蓄能电站的切泵，并与低频减载项结合的频率稳定恢复优化方法。实现 频率的故障恢复。

尚未发现针对多抽水蓄能电站全工况下，对电网发生功率损失，提供频率 恢复的协同优化控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在电网发生功率损失时，进行功率支援的优化 分配方法，以及利用多抽水蓄能电站快速提供紧急支援功率，实现电网频率的 恢复的紧急功率支援方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多抽水蓄能电站协同的电网紧急功 率支援方法，在监测到电网有功率损失时，提供紧急支援，所述多抽水蓄能电 站协同的电网紧急功率支援方法包括以下步骤：

紧急支援的启动：设定双遥调命令，所述双遥调命令包括紧急支援目标功 率命令和紧急支援控制投退及模式转换命令，所述紧急支援控制投退及模式转 换命令包括紧急支援启动准备指令和紧急支援启动指令，根据主站下发至各个 电站的所述紧急支援启动准备指令、紧急支援启动指令和紧急支援目标功率命 令实现紧急支援的启动；

紧急支援的执行：通过电站成组控制系统根据负荷计划曲线和所述紧急支 援目标功率进行电站的机组启停及负荷调节以实现紧急支援的执行；

紧急支援的退出：主站下发紧急支援开始退出指令给电站，电站根据负荷 曲线及紧急支援目标功率进行机组启停及负荷控制，当紧急支援目标功率减至0 时，主站下发紧急支援完成退出指令，完成整个紧急支援过程。

进一步地，在监测到电网有功率损失时，满足损失功率大于电网当前可调 的控制区域旋转备用总量，并且差额大于区域内最小的一台抽蓄容量，功率损 失相关的电网频率低于故障下限，持续一定时间内未恢复至设定的正常频率下 限时，提供紧急支援。

进一步地，在所述紧急支援的启动中，主站依次下发所述紧急支援启动准 备指令和紧急支援启动指令。

进一步地，在电网约束条件下进行所述紧急支援的退出，所述电网约束为 所有参与紧急支援的抽蓄电站总负荷曲线及拟退出的总支援功率之和不超过设 定阈值。

进一步地，在电站约束条件下进行所述紧急支援的退出，所述电站约束为 对于由于紧急支援功率减少及负荷计划曲线的变化，使得电站成组控制系统需 要进行发电至停机或者停机至抽水操作，并使得操作停机/启泵的机组台数满足 电站安全运行约束。

本发明还提供了一种多抽水蓄能电站紧急功率支援分配方法，应用在上述 多抽水蓄能电站协同的电网紧急功率支援方法上，在所述紧急支援的启动中， 根据所述多抽水蓄能电站紧急功率支援分配方法完成分配后，再设定双遥调命 令，并根据主站下发至各个电站的所述紧急支援启动准备指令、紧急支援启动 指令和紧急支援目标功率命令实现紧急支援的启动，所述多抽水蓄能电站紧急 功率支援分配方法包括以下步骤：

根据任一个当前电站的抽水单机容量、发电单机容量、发电机组到满发的 剩余容量和成组机组台数获得该电站的支援功率；

根据电站工况及机组工况设定分配优先级，所述分配优先级包括第一优先 级、第二优先级和第三优先级，电站分配功率的机组工况响应优先顺序依次为 所述第一优先级、第二优先级和第三优先级，所述第一优先级为：将处于抽水 工况的电站停机，所述第二优先级为：对处于发电工况的电站，将处于发电工 况且未满发的机组满发，所述第三优先级为：对处于发电工况的电站，如果机 组处于发电工况且已满发，则使其他处于停机状态的机组发电；

对于同等工况的电站，依据设定的电站紧急支援分配优先级进行功率分配；

采用轮次功率分配方式，即依所述电站紧急支援分配优先级，分配的各个 电站支援功率小于该电站的可支援功率容量，每个电站第一轮先在电站可支援 功率容量内，分配1台机组的容量功率，所有参与电站分配完成后，若仍有需 要支援的功率，再开始第二轮分配，循环分配直至分配完成。

进一步地，分配的各个电站支援功率之和小于目标支援功率，并且使得其 差值最小。 。

进一步地，分配的第i个电站的支援功率为ΔPⁱ，且

其中，i＝1,2,...,N，N为总的电站数，为第i个电站的抽水单机容量， 为第i个电站的发电单机容量，为第i个电站当前发电机组到满发的 剩余容量，M为当前该电站的成组机组台数。

本发明主要考虑对于大型区域受端电网，充分利用网内多个抽水蓄能电站 的事故备用能力，综合考虑电网潮流、电站的响应速度及支援能力，进行功率 支援的优化分配，并利用抽水蓄能电站当地成组控制功能，实现远方自动切泵、 满发以及自动开启发电机组功能，快速提供紧急支援功率，实现电网频率的恢 复。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多抽水蓄能电站协同的电网紧急功率支援方法 的流程图；

图2为本发明实施例提供的紧急支援的功率分配逻辑示意图；

图3为本发明实施例提供的紧急支援的启动的逻辑示意图；

图4为本发明实施例提供的紧急支援的退出的流程图；

图5为本发明实施例提供的电站发电工况时的紧急支援过程示意图；

图6为本发明实施例提供的电站抽水工况时的紧急支援过程示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列 描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用 非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明 实施例的目的。

多抽水蓄能紧急功率支援控制系统主要包含了主站侧协同优化控制系统以 及抽蓄电站侧成组控制支撑系统。抽蓄电站侧成组控制支撑系统是在成组控制 系统上进行改造，以实现向电网调度控制中心主站实时上报可支援容量、电站 状态以及快速响应主站下发的远方自动开机/停泵命令。本发明主要描述主站侧 多抽蓄电站的协同优化控制系统工作原理。

主站侧包含了主站与电站的交互模式、紧急支援启动监测条件、多电站紧 急支援功率分配方法、紧急支援执行流程以及紧急支援退出约束。

为了确保远方自动开机或者抽水停泵的正确执行，防止遥调错误致使电站 误动，主站通过双遥调设定命令方式(即为所述主站与电站的交互模式)向电 站下发紧急支援投入、退出指令。双遥调设定命令分别是紧急支援目标功率命 令ΔP_目标及紧急支援控制投退及模式转换命令，电站接收到正确的响应命令逻辑 后，自动执行紧急支援的投入、退出功能。

如图1所示，本发明提供了一种多抽水蓄能电站协同的电网紧急功率支援 方法，在监测到电网有功率损失时，提供紧急支援，所述多抽水蓄能电站协同 的电网紧急功率支援方法(即所述紧急支援执行流程)包括以下步骤：

紧急支援的启动：设定双遥调命令，所述双遥调命令包括紧急支援目标功 率命令和紧急支援控制投退及模式转换命令，所述紧急支援控制投退及模式转 换命令包括紧急支援启动准备指令和紧急支援启动指令，根据主站下发至各个 电站的所述紧急支援启动准备指令、紧急支援启动指令和紧急支援目标功率命 令实现紧急支援的启动；

紧急支援的执行：通过电站成组控制系统根据负荷计划曲线和所述紧急支 援目标功率进行电站的机组启停及负荷调节以实现紧急支援的执行；

紧急支援的退出：主站下发紧急支援开始退出指令给电站，电站根据负荷 曲线及紧急支援目标功率进行机组启停及负荷控制，当紧急支援目标功率减至0 时，主站下发紧急支援完成退出指令，完成整个紧急支援过程。

所述紧急支援启动监测条件为：监测到电网有大的功率损失，并且满足损 失功率大于电网当前可调的控制区域旋转备用总量，差额大于区域内最小的一 台抽蓄容量；功率损失相关的电网频率低于故障下限f_{Bad_lmt}，持续设定的一定 时间t_{Bad_frequence}内未恢复至设定的正常频率下限f_{Normal_lmt}。

设定若干个计划周期，如图5和图6所示(T_e为紧急支援实际开始的时间)， 第一个计划周期为T₀至T₁，第二个计划周期为T₁至T₂，以此类推。一般情况下， 每个计划周期的时间均为5分钟或15分钟。在一个计划周期或多个计划周期内 完成紧急支援的过程，即实现将紧急支援目标功率命令ΔP_目标降至零。在本实施 例中，每个计划周期的时间均为15分钟，在第三个计划周期内完成紧急支援的 过程。

此外，如图3所示，在所述紧急支援的启动中，紧急支援的启动由主站控 制系统触发，采用向电站发送时序遥调逻辑指令，先后顺序下发紧急支援启动 准备指令和紧急支援启动指令这两个紧急支援控制投退及模式转换遥调指令 值，然后，下发需要支援的紧急支援目标功率ΔP_目标遥调指令。电站顺序收到上 述遥调后，依据成组控制逻辑，立即响应，进行自动启机/停泵，提供紧急功率 支援。

在所述紧急支援的执行中，紧急支援启动后的执行由电站成组控制系统自 主完成，在第二个计划周期开始退出前，电站成组控制系统依据下发的负荷计 划曲线叠加紧急支援目标功率△P，进行电站的机组启停及负荷调节。

紧急支援从第二个计划周期开始退出，启动退出时，主站下发紧急支援开 始退出模式遥调指令，并依据紧急支援退出约束，在若干个计划周期内，每分 钟下发计算出的紧急支援目标功率ΔP_目标遥调指令，电站成组控制系统依据负荷 曲线及紧急支援目标功率，进行机组启停及负荷控制。当紧急支援目标功率ΔP_目标减至0时，主站下发紧急支援完成退出模式遥调指令，完成整个紧急支援过程。

为了防止在一个计划周期内，由于紧急支援的退出，导致电网有过多发电 机组停机或者启动抽水，对系统频率产生不利影响。对于抽蓄电站的紧急支援 退出，进行约束，所述紧急支援退出约束包括电网约束和电站约束。

在电网约束条件下进行所述紧急支援的退出，所述电网约束为所有参与紧 急支援的抽蓄电站总负荷曲线及拟退出的总支援功率之和不超过设定阈值 P_Thresold。

在电站约束条件下进行所述紧急支援的退出，所述电站约束为对于由于紧 急支援功率减少及负荷计划曲线的变化，使得电站成组控制系统需要进行发电 至停机或者停机至抽水操作，并使得操作停机/启泵的机组台数满足电站安全运 行约束。

如图4所示，图4给出了在电网约束和电站约束条件下的紧急支援退出流 程图，当本次分配时电站负荷指令大于0时，安排一台机组停机以减小ΔP_目标， 当本次分配时电站负荷指令等于0时，安排一台机组抽水以减小ΔP_目标，当本次 分配时电站负荷指令小于0时，安排一台机组抽水以减小ΔP_目标。

如图2所示，本发明还提供了一种多抽水蓄能电站紧急功率支援分配方法 (即所述多电站紧急支援功率分配方法)，应用在所述的多抽水蓄能电站协同的 电网紧急功率支援方法上，在所述紧急支援的启动中，根据所述多抽水蓄能电 站紧急功率支援分配方法完成分配后，再设定双遥调命令，并根据主站下发至 各个电站的所述紧急支援启动准备指令、紧急支援启动指令和紧急支援目标功 率命令实现紧急支援的启动，所述多抽水蓄能电站紧急功率支援分配方法包括 以下步骤：

根据任一个当前电站的抽水单机容量、发电单机容量、发电机组到满发的 剩余容量和成组机组台数获得该电站的支援功率；

根据电站工况及机组工况设定分配优先级，所述分配优先级包括第一优先 级、第二优先级和第三优先级，电站分配功率的机组工况响应优先顺序依次为 所述第一优先级、第二优先级和第三优先级，所述第一优先级为：将处于抽水 工况的电站停机(抽水至停机)，所述第二优先级为：对处于发电工况的电站， 将处于发电工况且未满发的机组满发(发电满发)，所述第三优先级为：对处于 发电工况的电站，如果机组处于发电工况且已满发，则使其他处于停机状态的 机组发电(停机至发电)；

对于同等工况的电站，依据设定的电站紧急支援分配优先级进行功率分配；

采用轮次功率分配方式，即依所述电站紧急支援分配优先级，分配的各个 电站支援功率小于该电站的可支援功率容量，每个电站第一轮先在电站可支援 功率容量内，分配1台机组的容量功率，所有参与电站分配完成后，若仍有需 要支援的功率，再开始第二轮分配，循环分配直至分配完成。以4台电站为例， 在第一轮，依据电站优先级，对电站依次分配1台机组的容量功率。如果第一 轮结束，这4台电站的4台机组还未能提供足够的紧急支援功率，即仍有需要 支援的功率，那么开始第二轮分配。在第二轮分配时，对上面4台已分配完成 的机组不再分配，再依据电站优先级，对电站中机组进行功率分配，如果第二 轮还未完成，则以此类推，直至分配完成。

分配的各个电站支援功率之和小于目标支援功率ΔP_目标，并且使得其差值最 小，分配的第i个电站的支援功率为ΔPⁱ，分配的第i个电站支援功率ΔPⁱ小于该 电站的可支援容量且

其中，i＝1,2,...,N，N为总的电站数，为第i个电站的抽水单机容量， 为第i个电站的发电单机容量，为第i个电站当前发电机组到满发的 剩余容量，M为当前该电站的成组机组台数。

综上，本发明提供一种当电网发生大功率缺失时，自动快速调用所辖多个 抽蓄电站，进行远方启停机控制，为电网提供紧急支援功率，快速恢复频率的 控制方法；实现多厂站协同优化紧急功率支援控制策略，即针对电网所辖的多 个抽蓄电站，依据电站不同的支援响应时间、当前的运行工况、可支援容量等 特征，提供了多站协同，均衡支援，共同为电网提供紧急功率支援控制，以实 现多抽蓄电站紧急支援的协同控制及快速自动调用；提供了多层安全校核体系， 即主站采用双遥调指令安全模式，进行投入、退出控制；并在启动过程，采用 时序遥调模式进行控制，即启动时必须依次下发紧急支援启动准备和紧急支援 启动这两个紧急支援控制投退及模式转换遥调指令，校验确认后，下发紧急支 援目标功率，电站侧才投入紧急支援控制过程。

为了保障遥调指令的安全下达，在IEC60870-5-104协议基础上，增加应用 实时校验功能，主站系统实时校验返送回来的电站接收遥调指令值，进行比对， 若发生异常，直接进行紧急支援控制功能中止闭锁。

本发明主要考虑对于大型区域受端电网，充分利用网内多个抽水蓄能电站 的事故备用能力，综合考虑电网潮流、电站的响应速度及支援能力，进行功率 支援的优化分配，并利用抽水蓄能电站当地成组控制功能，实现远方自动切泵、 满发以及自动开启发电机组功能，快速提供紧急支援功率，实现电网频率的恢 复。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任 何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明 揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离 本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。