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抽水蓄能機(jī)組安全穩(wěn)定控制策略的研究與應(yīng)用

文檔作者：蔡鑫貴賀儒飛文檔來源：廣州蓄能水電廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月05日
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第40卷第11期
2014年11月 水力發(fā)電
抽水蓄能機(jī)組安全穩(wěn)定控制
策略的研究與應(yīng)用
蔡鑫貴，賀儒飛
(廣州蓄能水電廠，廣東廣州510950)
摘 要：廣州蓄能水電廠穩(wěn)定控制子站系統(tǒng)采用分布式配置方式，采集4回500 kV線路和8臺(tái)抽水蓄能發(fā)電機(jī)等
12個(gè)單元的三相電壓電流，根據(jù)采集的量自動(dòng)判斷系統(tǒng)運(yùn)行方式與每臺(tái)機(jī)的發(fā)電或抽水狀態(tài)。其穩(wěn)定控制策略按作
用對(duì)象分為熱穩(wěn)控制、暫穩(wěn)控制、頻率控制策略及全網(wǎng)控制策略；按功能則可分為線路跳閘切泵、線路過載切機(jī)
(或切泵)、接收遠(yuǎn)方命令切泵、高頻切機(jī)、低頻切泵。廣蓄穩(wěn)控動(dòng)作實(shí)例說明，其安全穩(wěn)定策略正確、有效。
關(guān)鍵詞：控制策略；安全；機(jī)組穩(wěn)定；廣州抽水蓄能電廠
Study and Application of Security and Stability Control Strategies for Pumped Storage Power Station
CAI Xingui，He Rufei
(Guangzhou Pumped Storage Power Station，Guangzhou 5 10950,Guangdong，China)
Abstract The stability control sub-station of Guangzhou Pumped Storage Power Station is distributed configured which
automatically determines the operation status of power system and units by collecting three—phase voltage and current data of
four 500 kV transmission lines and eight units．The stability control strategies include therm al stability control strategy，
transient stability control strategy，frequency control strategy and power grid control strategy according to the objects，and line
tripping under pumping operation，line overload tripping under generating or pumping operation，receiving remote command
to trip under pumping operation，high frequency tripping under generating operation and low frequency tripping under
pumping operation．The actual stability control practices show that the security and stability strategies of Guangzhou Pumped
Storage Power Station are correct and effective．
Key W ords：control strategy；security；unit stability；Guangzhou Pumped Storage Power Station
中圖分類號(hào)：TV734．4；TV743(265) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0559—9342(2014)11—0089—04
安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“穩(wěn)控系統(tǒng)”)，
是確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行， 防止系統(tǒng)大停電的最后
一道防線． 對(duì)電網(wǎng)具有非常重要的意義。抽水蓄能
機(jī)組在確保系統(tǒng)穩(wěn)定中發(fā)揮的作用越來越大。其穩(wěn)
控子站系統(tǒng)也成為全網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)的重要一環(huán)。然而，
抽水蓄能電站特有的接入方式， 多樣的工況模式
(電動(dòng)、發(fā)電)以及水頭高等特點(diǎn)決定了其穩(wěn)定控制
的策略與常規(guī)電站有所不同。本文試以廣州抽水蓄
能電站(以下簡(jiǎn)稱“廣蓄”)為例， 闡明蓄能電站所
采取的穩(wěn)定控制策略及其實(shí)際應(yīng)用。
1 廣蓄穩(wěn)控系統(tǒng)構(gòu)成
廣蓄穩(wěn)控子站系統(tǒng)采用分布式配置方式， 由AB
兩套相互獨(dú)立系統(tǒng)組成， 每套系統(tǒng)由1臺(tái)主機(jī)、4
臺(tái)從機(jī)構(gòu)成(見圖1，2)。主機(jī)進(jìn)行邏輯處理和策
略分析、判別是否動(dòng)作出口， 從機(jī)負(fù)責(zé)采樣計(jì)算、
故障判別，并執(zhí)行主機(jī)發(fā)來的跳閘命令。為防止過
切，兩套系統(tǒng)有相互閉鎖關(guān)系，正常運(yùn)行時(shí)一套主
運(yùn)，另一套輔運(yùn)。子站通過通信回路與廣東電網(wǎng)羅
洞穩(wěn)控主站連接，用于控制。
2 廣蓄穩(wěn)控系統(tǒng)功能
廣蓄穩(wěn)控子站系統(tǒng)采集4回500 kV線路和8臺(tái)
抽水蓄能發(fā)電機(jī)等12個(gè)單元的三相電壓電流，根據(jù)
收稿日期：2014—08—28
作者簡(jiǎn)介：蔡鑫貴(1977一)，男，廣東廣州人，工程師，碩士
主要從事發(fā)電廠電氣設(shè)備維護(hù)與管理工作．
WaterPower Vo1．40No．11圈
出
開
500 kV蓄聯(lián)線
500 kV蓄聯(lián)線
出線電纜
500 kV蓄北線
4號(hào)主變
出
開
8號(hào)主變
3號(hào)機(jī)組 4號(hào)機(jī)組 5號(hào)機(jī)組 6號(hào)機(jī)組 7號(hào)機(jī)組 8號(hào)機(jī)組
圖1 廣蓄電站主接線示意
A』』，秀理1 《AJ AB聯(lián)絡(luò)線) 1號(hào)-4號(hào)機(jī)、AJ蓄北線、 巷鼉弩
穩(wěn)控系統(tǒng)從機(jī)A柜 穩(wěn)控系統(tǒng)從機(jī)B柜 穩(wěn)控系統(tǒng)從機(jī)C柜
2號(hào)從機(jī)(Rcs一990A)~ 2~ )L(RCS一990A)l IA4&amp;amp;54~&amp;amp;trJL(RCS一990A)
3號(hào)從機(jī)(Rcs一990A~ 3號(hào)從機(jī)(Rcs一990A)l 1B套4號(hào)從機(jī)(Rcs一990A)1
l l
纖
／ ／
穩(wěn)控系統(tǒng)主機(jī)A柜 穩(wěn)控系統(tǒng)主機(jī)B柜
l號(hào)從機(jī)(Rcs一990A)l 1號(hào)從機(jī)(RCS～990A)I
主機(jī)(RCS-992A) l 機(jī)(RCS-992A) I
廠J 。 B。]
? 光纖 — —
網(wǎng)線 B 誓鬻
通信接LJ柜 l增乙線、AB聯(lián)絡(luò)線)
A通道MUx B通道MUx 以太網(wǎng)協(xié)議『
一22A 一22A 轉(zhuǎn)換器 I
同軸電／纜 ＼
DDF／SDH
I 『
光纖通信網(wǎng) ：
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圖2 廣蓄穩(wěn)控子站結(jié)構(gòu)
采集的量自動(dòng)判斷系統(tǒng)運(yùn)行方式與每臺(tái)機(jī)的發(fā)電或
抽水狀態(tài)。鑒于抽水蓄能機(jī)組調(diào)相工況吸收有功小，
對(duì)系統(tǒng)影響不大，一般不考慮其穩(wěn)控策略， 因此廣
蓄設(shè)定當(dāng)機(jī)組發(fā)出或吸收有功超過100 MW 時(shí)(額
定330 MW )， 才判斷其處于發(fā)電運(yùn)行或抽水運(yùn)行。
廣蓄的穩(wěn)定控制策略按作用對(duì)象大致可分為四
類： 一，熱穩(wěn)控制策略； 二，暫穩(wěn)控制策略； 三，
頻率控制策略； 四，全網(wǎng)控制策略。其中， 前三類
是本地策略， 第四類是遠(yuǎn)方策略； 按功能分則可分
為線路跳閘切泵、線路過載切機(jī)(或切泵)、接收遠(yuǎn)
方命令切泵、高頻切機(jī)、低頻切泵。
2．1 熱穩(wěn)控制策略
廣蓄的單機(jī)容量較大(330 MW )， 出線數(shù)量不
多(三回出線，一回聯(lián)絡(luò)線)， 出線除了架空線還有
部分是電纜，其熱容量有限。因此。當(dāng)系統(tǒng)或廣蓄
運(yùn)行方式發(fā)生變化． 如線路故障跳閘， 潮流轉(zhuǎn)移；
則可能造成某條線路或電纜過載。此時(shí)， 無論機(jī)組
是發(fā)電還是抽水工況， 當(dāng)檢測(cè)到過載后，均應(yīng)切除
相應(yīng)的機(jī)組，確保出線的功率恢復(fù)至額定容量之內(nèi)。
廣蓄穩(wěn)控系統(tǒng)根據(jù)采集的500 kV線路功率和電
流， 判別是否過載。若過載， 則按照機(jī)組優(yōu)先級(jí)采
取切機(jī)或切泵(見圖3)措施：① 過載切機(jī)或泵的
措施， 每次只切1臺(tái)，直至過載消除或當(dāng)前全廠所
有機(jī)組(泵)均停運(yùn)為止。② 廣蓄聯(lián)線的功率過載
方向若為A廠一B廠， 則只應(yīng)切除A 廠機(jī)組和B廠
泵； 反之，則只應(yīng)切除A廠泵和B廠機(jī)組。③ 蓄北
線和蓄增甲乙線的功率過載方向若為流出母線．則
只應(yīng)切除A、B廠機(jī)組；反之，則只應(yīng)切除A、B廠
泵。④ 若同時(shí)有多條線路發(fā)生過載， 則只允許1條
線路的過流策略出口； 出口動(dòng)作完畢后， 重新計(jì)時(shí)。
2_2 暫穩(wěn)控制策略
電網(wǎng)相關(guān)研究部門對(duì)廣蓄電站接入系統(tǒng)運(yùn)行后
各種可能不利的運(yùn)行方式進(jìn)行分析研究及計(jì)算的結(jié)
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圖3 過載切負(fù)荷功能的邏輯
果表明：① 廣蓄機(jī)組在發(fā)電運(yùn)行工況運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)
出現(xiàn)任何類型故障，均可保持穩(wěn)定；② 廣蓄機(jī)組在
電動(dòng)機(jī)方式(抽水工況)運(yùn)行時(shí)， 當(dāng)廣蓄發(fā)生蓄增
甲或乙線i 相故障跳閘且滿足“Ⅳ一2” 故障模式時(shí)
(Ⅳ 代表所有出線數(shù)量)會(huì)造成失穩(wěn)，其他任何運(yùn)行
方式和單一元件故障都不會(huì)導(dǎo)致失穩(wěn)。
根據(jù)上述研究結(jié)果， 廣蓄只須針對(duì)“Ⅳ一2” 的
三相短路失穩(wěn)問題設(shè)置對(duì)應(yīng)的控制措施， 就能滿足
系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定要求； 因此制定了“線路三相跳閘
切泵” 控制策略。設(shè)定的廣蓄電站4種系統(tǒng)運(yùn)行方
式如下：① 正常運(yùn)行方式一蓄增甲線、蓄增乙線、
蓄北線、蓄聯(lián)線全部運(yùn)行；② 蓄增一回線停運(yùn)方
式一蓄增甲或蓄增乙停運(yùn)，其余線路全部運(yùn)行；③
蓄北線檢修方式一蓄北線停運(yùn)． 其余線路全部運(yùn)行：
④ 蓄聯(lián)線檢修方式～ 蓄聯(lián)線停運(yùn)， 蓄增甲、蓄增乙
必須運(yùn)行。
在上述4種運(yùn)行方式下． 當(dāng)蓄增甲線、蓄增乙
線單線或雙線跳閘則根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式與系統(tǒng)運(yùn)行
狀態(tài)，采取切泵措施：首先判斷事故前投運(yùn)的泵的
臺(tái)數(shù)是否大于或等于該方式下的切泵門檻定值。若
大于或等于定值．則需要切除的泵的臺(tái)數(shù)為投運(yùn)的
泵的臺(tái)數(shù)減去需要保留的泵的臺(tái)數(shù)。蓄增甲、蓄增
乙、蓄北線當(dāng)前和功率必須小于0才采取切泵措施。
2．3 頻率控制策略
系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定控制一般采用“低頻減載，高
頻切機(jī)” 的方式。抽水蓄能電站，則是按系統(tǒng)頻率
的要求執(zhí)行“低頻切泵，高頻切機(jī)” 的策略。
(1)低頻切泵。廣蓄按A、B廠各設(shè)置4輪低
頻動(dòng)作定值和時(shí)延，并各設(shè)置1個(gè)加速切后續(xù)輪定
值。低頻切泵時(shí)按設(shè)定的切除順序切泵， 可將每個(gè)
廠的泵全部切完(見圖4)。每個(gè)廠低頻切泵時(shí)要求
該廠的出線功率之和的絕對(duì)值必須大于或等于100
MW。即， 電氣判該廠出線有投運(yùn)的線路。
(2)高頻切機(jī)。廣蓄按A、B廠各設(shè)置3輪高
頻動(dòng)作定值和時(shí)延。高頻切機(jī)時(shí)按設(shè)定的切除順序
切機(jī)，每個(gè)廠至少保留1臺(tái)機(jī)不可切(見圖5)。每
圖4 低頻切泵的邏輯
圖5 高頻切機(jī)的邏輯
頻1輪
頻2輪
頻3輪
個(gè)廠高頻切機(jī)時(shí)要切該廠的出線功率之和的絕對(duì)值
必須大于或等于100 Mw ， 即電氣判該廠出線有投
運(yùn)的線路。
2．4 遠(yuǎn)方控制策略
穩(wěn)控系統(tǒng)主站實(shí)時(shí)收集全網(wǎng)的數(shù)據(jù)， 并按照相
應(yīng)的穩(wěn)控策略發(fā)送命令到各子站執(zhí)行， 對(duì)于廣蓄，
所需執(zhí)行的命令為切泵： 廣蓄穩(wěn)控子站接收羅洞主
站發(fā)來的切泵容量。按照設(shè)定的切泵順序切泵．切
泵時(shí)每個(gè)廠最多只能切2臺(tái)且每個(gè)廠至少保留1臺(tái)
泵。切泵時(shí)先對(duì)兩個(gè)廠的泵按照設(shè)定的切除優(yōu)先級(jí)
排隊(duì)，若兩個(gè)廠都沒有切過泵，則選擇兩個(gè)廠中排
在前面且容量大的泵作為第1臺(tái)要切的泵。若第一
臺(tái)泵的功率大于應(yīng)切量則僅切1臺(tái)泵。若A 站第1
臺(tái)泵加上B站第1臺(tái)泵的容量大于要切容量則每個(gè)
站各切1臺(tái)泵。以此類推， 直到切除的泵的容量滿
足遠(yuǎn)方命令需切量為止。當(dāng)切泵量超過1．5倍的本
站遠(yuǎn)切可切泵容量時(shí)，認(rèn)為命令超范圍，為誤發(fā)令，
不采取任何措施。
2．5 水錘效應(yīng)的影響
廣蓄每個(gè)廠4臺(tái)機(jī)共用一個(gè)水道， 水道長(zhǎng)(超
過2 000 m)，且垂直落差高(超過500 rn)，若2臺(tái)
及以上機(jī)組同時(shí)跳閘，或跳閘間隔時(shí)間過短，將形
IVcaer Power Vo!．40 No．11圜
／J＼ ／J 。‘ ‘ V I 十I l n
注：表中“／” 表示系統(tǒng)處于任何方式F。
成水錘效應(yīng)，對(duì)水道和球閥水輪機(jī)等機(jī)械部件造成
嚴(yán)重的沖擊．對(duì)電站安全不利。故，為減少這種情
況的發(fā)生，廣蓄穩(wěn)控系統(tǒng)不允許同時(shí)切多臺(tái)機(jī)組．
且切機(jī)動(dòng)作時(shí)間間隔設(shè)置在0．3 s以上。
2．6 廣蓄穩(wěn)控系統(tǒng)功能總體策略
按以上的策略分析研究，廣蓄的穩(wěn)控系統(tǒng)總體
控制策略及功能如表1。
3 廣蓄穩(wěn)控動(dòng)作實(shí)例
3．1 事故前后的運(yùn)行方式
(1) 事前運(yùn)行方式。2009年7月10 日06：
53，500 kV 蓄增乙線計(jì)劃?rùn)z修中，500 kV 蓄增甲
線、蓄北線、蓄能AB聯(lián)線正常運(yùn)行， 廣州蓄能A
廠2號(hào)、3號(hào)機(jī)組泵工況運(yùn)行、B廠6號(hào)、7號(hào)、8
號(hào)機(jī)組泵工況運(yùn)行，500 kV廣州蓄能電廠A、B兩
套穩(wěn)控裝置正常運(yùn)行，其運(yùn)行方式為：A套主運(yùn)、B
套輔運(yùn)。
(2)500 kV蓄增甲線跳閘后運(yùn)行方式。2009年
7月10 日06：53，500 kV 蓄增甲線故障跳閘，廣州
蓄能電廠僅通過500 kV蓄北線與系統(tǒng)相聯(lián)。
3．2 穩(wěn)控裝置動(dòng)作過程
2009年7月10 日06：53，500 kV蓄增甲線故障
跳閘，廣蓄A(yù)、B兩套穩(wěn)控裝置正確檢測(cè)出故障跳
閘．并檢測(cè)到蓄北線潮流1 723 A、1 530 MW (大
于動(dòng)作電流1 675 A、動(dòng)作功率1 170 Mw )， 過載
啟動(dòng)： 經(jīng)6 S的過載延時(shí)，穩(wěn)控裝置蓄北線過載切
泵動(dòng)作 切除A廠2號(hào)泵，并繼續(xù)檢測(cè)蓄北線過載
情況。切除2號(hào)泵后，蓄北線電流降至1 477 A，小
于過載動(dòng)作值，大于告警值(正常電流值1 420 A)，
故不再繼續(xù)切泵，但裝置仍保持告警。在調(diào)度員根
據(jù)事故預(yù)案停運(yùn)B廠8號(hào)泵后， 蓄北線電流低于告
警值，裝置告警復(fù)歸。
3．3 動(dòng)作分析評(píng)價(jià)
此次事件中， 蓄能電廠A、B兩套穩(wěn)控裝置判
斷出過載，A套裝置(主運(yùn))按策略正確動(dòng)作切除
1臺(tái)泵，并閉鎖輔運(yùn)裝置：B套裝置(輔運(yùn))收到
主運(yùn)裝置閉鎖信號(hào)后正確不出口。兩套裝置的動(dòng)作，
準(zhǔn)確消除了500 kV蓄北線的嚴(yán)重過載，保證了電網(wǎng)
的安全運(yùn)行；兩套穩(wěn)控裝置正確進(jìn)行過載循環(huán)判斷，
并正確給出告警信息。
4 結(jié)語
本文通過對(duì)廣蓄電站穩(wěn)控系統(tǒng)策略及其應(yīng)用的
介紹， 闡明了抽水蓄能電站因其具有多種工況，水
頭高等特點(diǎn)而采取了與常規(guī)電站不同的穩(wěn)定控制策
略，并通過實(shí)例驗(yàn)證了該策略的正確性， 可作為其
他抽水蓄能電站制定相應(yīng)的穩(wěn)定控制策略的參考。
(責(zé)任編輯 陳 萍)

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