抽水蓄能电站控制介绍.ppt

1、抽水蓄能电站控制介绍,北京国电智深控制技术有限公司,从火电到水电,火电厂： 主要以锅炉类型、机组运行参数及汽机凝汽器冷却方式划分： 如亚临界燃煤机组、超临界直接空冷机组、循环流化床机组等水电站： 以水的势能贮存形式划分：坝式水电站、引水式电站 、混合式水电站、抽水蓄能电站 火电：强调机炉协调控制，控制过程相对复杂。火电调度特点是“调机不调厂”.水电：强调远程的控制特点：“无人值班”（少人值守），控制过程与火电比相对简单。其主要控制部分可类比于火电厂汽机发电机侧，但由于担负电网调功、调压等任务，以及地理条件限制，其自动发电控制（AGC）功能的设计比对火电厂要复杂，尤其是在大型水电厂控制中。大型水

2、电厂监控系统分现地控制单元层（LCU）、站级监控层（PCL）及调度中心层（CCL）。因此系统结构相对复杂。水电调度特点是“可调厂可调机”.,抽水蓄能电站在电力系统中的主要作用是调峰填谷、调频、调相和事故备用，包括抽水、抽水调相、发电、发电调相和静止五个基本运行工况，可逆式机组存在双向旋转，输水系统中存在双向水流，与常规机组比较，抽水蓄能机组运行工况较多，工况转换多样而复杂。 抽水蓄能电站是以水体为储能介质，起调节作用。主要解决电力系统的调峰问题。,抽水蓄能电站(pumped storage power station),抽水蓄能电站的组成部分及各部分所起的作用,抽水蓄能电站由上水库、输水系统、

3、安装有机组的厂房和下水库等建筑物组成。 抽水蓄能电站的上水库是蓄存水量的工程设施，电网负荷低谷时段可将抽上来的水储存在库内，负荷高峰时段由水库放下来发电。输水系统是输送水量的工程设施，在水泵工况(抽水)把下水库的水量输送到上水库，在水轮机工况(发电)将上水库放出的水量通过厂房输送到下水库。厂房是放置蓄能机组和电气设备等重要机电设备的场所，也是电厂生产的中心。抽水蓄能电站无论是完成抽水、发电等基本功能，还是发挥调频、调相、升荷爬坡和紧急事故备用等重要作用，都是通过厂房中的机电设备来完成的。抽水蓄能电站的下水库也是蓄存水量的工程设施，负荷低谷时段可满足抽水的需要，负荷高峰时段可蓄存发电放水的水量。

4、,抽水蓄能电站典型监控对象,（1）水轮机、发电电动机及辅助设备（2）主变压器（3）发电机机端电压设备（4）进水球阀和尾水事故门（5）配电装置 GIS（GAS INSTULATED SWITCHGEAR）（6）全厂公用设备 静止变频起动装置（SFC）；厂用电交、直流电源；全厂公用油、气、水系统；通风及空调系统；水力测量系统；水库闸门系统,抽水蓄能电站控制流程,蓄能电站机组运行工况及工况变换方式,蓄能电站机组运行工况及工况变换方式,常规水轮机组的运行工况基本上只有三种：停机、发电和调相，而抽水蓄能电站机组有停机、发电、发电调相、抽水、抽水调相五种稳定运行工况和背靠背启动、黑启动两种特殊工况。蓄能电

5、站可有14种工况转换过程，其中抽水转满载发电又可分正常与紧急二种方式，其中紧急转换时间虽然短，但在运行中尽量避免采用，因这种转换过程中机组的振动很大，对机组有较大的危害。,操作方式,水轮机工况发电及停机2种操作方式 水泵工况抽水及停机2种操作方式 发电转调相及返回2种操作方式 抽水转调相及返回2种操作方式 停止至发电方向调相及停机2种操作方式 停止至抽水方向调相及停机2种操作方式 发电转空载转抽水1种操作方式 抽水转空载转发电1种操作方式 抽水直接转发电1种操作方式 黑启动1种操作方式,抽水蓄能电站的运行方式及常规水电机组的不同,抽水蓄能电站有发电和抽水两种主要运行方式，在两种运行方式之间又有

6、多种从一个工况转到另一工况的运行转换方式。正常的运行方式具有以下功能： (1) 发电功能。常规水电站最主要的功能是发电，即向电力系统提供电能。蓄能电站本身不能向电力系统供应电能，它只是将系统中其他电站的低谷电能和多余电能，通过抽水将水流的机械能变为势能，存蓄于上水库中，待到电网需要时放水发电。蓄能机组发电的年利用时数一般在8001000h之间。蓄能电站的作用是实现电能在时间上的转换。经过抽水和发电两种环节，它的综合效率为75%左右。 (2)调峰功能。具有日调节以上功能的常规水电站，通常在夜间负荷低谷时不发电，而将水量储存于水库中，待尖峰负荷时集中发电，即通常所谓带尖峰运行。而蓄能电站是利用夜间

7、低谷时其他电源(包括火电站、核电站和水电站)的多余电能，抽水至上水库储存起来，待尖峰负荷时发电。因此，蓄能电站抽水时相当于一个用电大户，其作用是把日负荷曲线的低谷填平了，即实现填谷。填谷的作用使火电出力平衡，可降低煤耗，从而获得节煤效益。蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到利用。 (3) 调频功能。调频功能又称旋转备用或负荷自动跟随功能。常规水电站和蓄能电站都有调频功能，但在负荷跟踪速度(爬坡速度)和调频容量变化幅度上蓄能电站更为有利。 常规水电站自起动到满载一般需数分钟。而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪的能力。现代大型蓄能机组可以在一两分钟之内从静止达到满，

8、增加出力的速度可达每秒1万kW，并能频繁转换工况。,蓄能电站机组运行工况及工况变换方式,(4) 调相功能。调相运行的目的是为稳定电网电压，包括发出无功的调相运行方式和吸收无功的进相运行方式。常规水电机组的发电机功率因数为0.850.9，机组可以降低功率因数运行，多发无功，实现调相功能。 抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能，无论在发电工况或在抽水工况，都可以实现调相和进相运行，并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向进行，故其灵活性更大。另外，蓄能电站通常比常规水电站更靠近负荷中心，故其对稳定系统电压的作用要比常规水电机组更好。(5) 事故备用功能。有较大库容的常规水电站都有事故备用功能。 抽水蓄能

9、电站在设计上也考虑有事故备用的库容，但蓄能电站的库容相对于同容量常规水电站要小，所以其事故备用的持续时间没有常规水电站长。在事故备用操作后，机组需抽水将水库库容恢复。同时，抽水蓄能机组由于其水力设计的特点，在作旋转备用时所消耗电功率较少，并能在发电和抽水两个旋转方向空转，故其事故备用的反应时间更短。 此外，蓄能机组如果在抽水时遇电网发生重大事故，则可以由抽水工况快速转换为发电工况，即在一两分钟内，停止抽水并以同样容量转为发电。所以有人说，蓄能机组有两倍装机容量的能力来作为事故备用。当然这种功能是在一定条件下才能产生的。 (6) 黑启动功能。黑启动是指出现系统解列事故后，要求机组在无电源的情况下

10、迅速起动。常规水电站一般不具备这种功能。现代抽水蓄能电站在设计时都要求有此功能。,抽水蓄能电站监控系统结构,回龙抽水蓄能电站监控系统结构,白山三期与桦甸调度中心,发电黑启动控制流程1,发电黑启动控制流程2,发电黑启动控制流程3,发电黑启动控制流程4,自动发电控制（AGC）,定义： 自动发电控制，即根据系统频率输电线负荷或它们之间负荷的变化，对某一规定地区内发电机有功出力进行调节，以维持计划预定的系统频率和与其他地区商定的交换功率在一定的限值之内。梯级AGC的任务 跟踪电网运行状态(电压、频率等)，与机组状态(水、机、电、磁)监测，故障诊断系统连接和协调，在电网运行稳定要求的精度内，分 配、调整

11、控制机组的有功功率，以满足电力系统的运行要求。主要内容:满足梯级及各母线有功功率目标设定值;保持系统频率稳定在允许的范围内，使机组的有功出力在其运行限制内;及时向各电厂(机组)监控系统发布调度指令;在系统事故及故障时，按系统运行规程规定和系统命令，启停机组自动和远动措施，维持系统稳定。,三峡梯级调度AGC,三峡梯级调度AGC说明,三峡梯级AGC设计有下述不同运行方式的切换软开关: 控制权限:“国调/梯调” 调节对象:“母线/枢纽 调节方式:“功给、曲线、调频、频差” 对应不同的运行方式,AGC动态调整各受控厂站间的负荷分配。 1)当梯级AGC的控制权限在“国调”时，只有“功率给定：一种调节方式

12、。 调节对象为“母线”时: 梯级AGC进行约束条件检查，满足条件时，将国调给定值转发到各厂站;不满足条件时，报警，数据不转发， AGC维持原值运行。 调节对象为“枢纽”时: 在满足AGC的约束条件下，按照总耗水量最小，优化分配枢纽内各电站间的负荷。 2)当梯级AGC的控制权限在“梯调”时，可以实现下述功能: 调节对象为母线”时: 在调节方式为“功给”时，可以手动设定各梯级各电站母线(AGC单元)的总有功。,三峡梯级调度AGC说明,在调节方式为“曲线”时，AGC根据当日负荷曲线母线给定值，进行约束条件的检查，满足条件时，将给定值转发到各厂站;不满足条件时，报警，数据不下发，AGC维持原值运行；

13、在调节方式为“调频”时，AGC根据当前母线频率是否超过调频死区情况，计算当前梯级总有功，并将负荷分配到梯级电站各母线； 在调节方式为“频差”时，AGC根据当前母线频率是否超过紧急调频上、下限情况，计算当前梯级总有功，并将负荷分配到梯级电站各母线。 调节对象为“枢纽”时： 在调节方式为“功给”时,AGC读取梯调运行人员给定的枢纽总有功，并将负荷分配到梯级电站各母线； 在调节方式为“曲线，时沪CC读取今日负荷曲线的枢纽总有功；并将负荷分配到梯级电站各母线； 在调节方式为“调频”时，AGC根据当前母线频率是否超过调频死区情况，计算当前梯级总有功，并将负荷分配到梯级电站各母线； 在调节方式为“频差”时

14、，AGC根据当前母线频率是否超过紧急调频上、下限情况，计算当前梯级总有功，并将负荷分配到梯级电站各母线。,AGC负荷优化分配原则,根据经济运行的原则，采用分层动态规划法分配总有功，在满足各项约束条件的情况下，根据枢纽各厂电价的不同，加人电价系数，使总耗水量最小(或梯级效益最大)。约束条件： 每个电厂所分配的负荷应介于最大、最小出力之间 考虑旋转备用容量 上下游水位约束:下限Hi 上限 流量约束:下限Hi 上限 水位变幅约束:水位库间变幅限制，小时水位变幅限制。 水库间流量变幅约束 机组特性曲线约束 计算出电厂的等效震动区，以避免分配给电厂的负荷在电厂的机组中无法分配和全厂误差超过允许误差。 负

15、荷转移约束，避免各电厂(母线)之间的负荷大规模的转移 负荷调节幅度约束，为了避免大幅度负荷调节对电网的冲击，并对电厂的安全进行考虑，对相邻两次负荷差值进行限制，并对每个电厂一次开、停机组台数进行限制。 开、停机约束:考虑AGC的控制方式:“开环/半闭环/闭环”、旋转备用容量及开停机时间等因素的约束。,自动电压调节（AVC）,AVC控制,即接收电网调度能量管理系统来的电压指令，根据当前母线电压值，通过增减励磁电流，改变发电机无功，将母线电压调节到正常范围。AVC无功负荷分配原则 AVC无功负荷分配的原则即补偿单控机组的无功变化。 当单控机组无功变化达到一定死区时，AVC自动把变化的无功分配到参加

16、AVC的机组，从而保持全厂总无功不变。分配方法主要有:等功率因素法;考虑机组无功限制(过励，欠励限制);小幅度无功变化时，仅调整单台机组;当前无功实际分配方式。根据机组序号进行分步调节，增无功时按照机组序号的增序选择机组，减无功时按照机组序号的降序选择机组。AVC联控自动退出条件 AVC联控自动退出条件包括电压测值故障，机组无功侧值故障、机组或开关站安稳装置跳闸、双重化的监控系统总站之问通信故障、对于全厂AVC，两个母联开关全部分闸;对于左一、左二AVC，有母联开关合闻。其中电压测值故障主要有:机组监控装置向上送电压测值故障信号;电压越上限或下限;机组监控装置与上位机通信故障。,AVC控制,机组自动退出无功闭环条件 机组自动退出无功闭环的条件包括:1）机组不在并网状态;2）励磁盘控制方式为现地控制方式；3）励磁变差动动作；4）励磁变过流动作;5）励磁变温升动作;6）过激磁保护第二段动作;7）励磁故障动作;8）发电机失磁保护A套动作;9）发电机失磁保护B套动作;110）过压保护动作;11）交流灭磁开关S102分闸;12）直流灭磁开关S101分闸;13）励磁退出;14）LCU不在自动或不在远方;15)励磁盘不在无功调节模式且不在电压调节模式。,