抽水蓄能电站接入系统研究中重点问题的探讨

1、抽水蓄能电站接入系统研究中重点问题的探讨白宏坤 杜林 毛玉宾 冯霞（河南省电力勘测设计院，河南省 郑州市 450007）The Explore About Several Key Questions in Pumped Storage Power Plant Access System Program Study Bai Hongkun Du Lin Mao Yubin Feng Xia （Henan Electric Power Survey and Design Institute，Zhengzhou 450007，Henan Province，China）ABSTRACT: Based

2、on the characteristics and access principles of pumped storage power station, this paper put forward that should pay attention to several key questions in access system study, and for Henan Xinyang pumped storage power station as an example to analysis and elaborate. The study should determine the p

3、eakload scope，design the access system programs according to peakload scope and operation characteristics, verify the programs under varieties operation modes, demonstrate better program from the perspective of technical and economic, and evaluation the impact to the grid. The several important ques

4、tions in pumped storage power station access system studies this paper mentioned are the key to guarantee the power grid operation safely and reliably, have some guiding significance. KEY WORD: pumped storage power station；modulating peak and filling valley；access system program；electric power syste

5、m；impact assessment5摘要：本文根据抽水蓄能电站的特点及接入原则，提出了在其接入系统研究中应注意的几个重点问题，并以河南信阳抽水蓄能电站为例进行了分析和阐述。在接入系统研究中需对抽水蓄能电站的调峰范围进行定位，按其调峰范围及运行特点进行接入系统方案设计，在电网多种运行方式下进行方案校验，从技术经济角度论证较优方案，并对抽水蓄能电站对电网的影响进行评价。本文所提关于抽水蓄能电站接入系统研究中的几个重点问题是保障电网安全可靠运行的关键，具有一定的指导意义。关键词： 抽水蓄能电站；调峰填谷；接入系统；电力系统；影响评价0 引言经济的快速发展及人民生活水平的不断提高，对供电质量的要求

6、越来越高。抽水蓄能机组能够迅速跟踪电力系统的负荷变化，具有敏捷的爬坡能力和显著的调频、调相功能等动态效益，可有效提高电力系统安全稳定运行水平，减少电网运行风险，保证可靠用电。随着我国核电、风电等新能源机组以及大容量火电机组的快速发展，未来抽水蓄能电站具有一定的发展空间。本文根据抽水蓄能电站的特点及接入原则，提出了其接入系统研究中应注意的几个重点问题，并以河南信阳抽水蓄能电站为例进行了分析和阐述。在接入系统研究中需对抽水蓄能电站的调峰范围进行定位，按其调峰范围及运行特点进行接入系统方案设计，在电网多种运行方式下进行方案校验，从技术经济角度论证较优方案，并对抽水蓄能电站对电网的影响进行评价。本文所

7、提关于抽水蓄能电站接入系统研究中的几个重点问题是保障电网安全可靠运行的关键，具有一定的指导意义。1 抽水蓄能电站特点及其接入原则抽水蓄能电站在系统中主要承担调峰、填谷和紧急事故备用任务，并具有调频、调相、黑启动等功能，同时还可优化火电机组运行工况，是保障电网安全运行的重要手段之一。 抽水蓄能电站机组为可逆式水泵水轮机，有发电/抽水两种工况，电站在大负荷时发电调峰运行，在小负荷时抽水填谷运行，一天之中发电/抽水工况转换数次，启停频繁。装机年发电利用小时数低于年抽水利用小时数，年发电量少于抽水电量。由于蓄能电站特殊的运行方式，该类电站若以多个电压等级接入系统，将会使其运行方式和运行管理较为复杂，不

8、利于其方便、快捷的作为电网运行灵活的调节手段。基于抽水蓄能电站为系统调峰的性质，以及其年运行发电小时较低，抽水小时较高的工作特性，因此不能将其完全按照发电厂的性质考虑其接入，应以简化其电网接入、减少网损、减少投资为其接入的主要原则，电站宜以一个电压等级接入系统。2 抽水蓄能电站接入研究中的重要问题根据抽水蓄能电站的特点及接入原则，在进行抽水蓄能电站接入系统研究时，需注意以下几个方面的问题。即首先需要对抽水蓄能电站的调峰范围进行定位，按照抽水蓄能电站调峰范围及运行特点进行接入系统方案设计，然后在电网多种运行方式下进行方案校验，从技术经济角度论证较优方案，并对抽水蓄能电站对电网的影响进行评价。本文

9、以河南信阳抽水蓄能电站为例进行了分析和阐述。2.1确定抽水蓄能电站调峰范围抽水蓄能电站规模较大，且主要为系统调峰，一般消纳的区域范围也较大，需对其调峰范围进行定位，并依其调峰范围进行接入系统方案设计。信阳五岳抽水蓄能电站位于河南省信阳市光山县境内。电站安装4台250MW (发电/抽水)机组，发电装机容量1000MW，计划2015左右全部投运。河南电网以火电机组为主，目前仅有三座大型水电站（2350MW），两座燃气电站（1560MW）和一座抽水蓄能电站（120MW），在建的宝泉抽水蓄能电站（1200MW）将于2009年全部建成投产。三水电站运行方式受黄河流域水库运行调度影响较大，不能充分发挥其调

10、峰作用，电网在依靠其两座燃气电站以及抽水蓄能电站进行调峰后，其余均需要火电机组进行深度调峰。通过分析研究，2015年河南电网若不新增抽水蓄能容量，则火电机组最大深度调峰率将达37；五岳抽水蓄能电站投产后，则河南省电网火电机组最大深度调峰率可下降至31。在火电机组按照50调峰、燃机按照100调峰、抽水蓄能电站按照200调峰情况下，进行豫南、驻信（驻马店、信阳）电网调峰平衡，豫南、驻信地区调峰容量均有一定盈余，五岳抽水蓄能电站的投运可使该区域火电机组不再深度调峰。根据调峰平衡可得：五岳抽水蓄能电站为系统调峰电站，其调峰范围为大部分在豫南地区，一小部分在驻信地区。2.2接入系统方案拟定目前河南华中主

11、网通过4回500kV联络线进行电力交换。信阳地区220kV电网结构较为薄弱，随着经济逐步快速发展，远期将形成以信阳变、信阳东变两个500kV变电站为中心的220kV电网结构。图1 2015年河南省南部500kV网架结构图Fig. 1 Southern of Henan 500kV power grid configureation in 2015根据电力平衡，2015年夏季大负荷驻信供电区整体电力盈余，夏季小负荷考虑五岳抽水蓄能电站抽水后，该区域电力有一定缺额；而驻信供电区220kV电网大小负荷时电力均存在缺额。结合电网近远期规划，根据五岳电站的性质以及调峰范围，电站宜以500kV电压或220

12、kV等级直接接入河南省电网，拟定电站接入方案详见图23。方案一，五岳电站厂内设500kV配电装置，以1回500kV线路接入信阳变。方案二，五岳电站厂内设220kV配电装置，出线3回，分别接入罗山变、光山变、信阳东500kV变电站220kV侧。图2 接入方案一Fig. 2 Access system Program I 图3 接入方案二Fig.3 Access system Program II2.3方案校验及技术经济比较 2.3.1方案校验抽水蓄能电站为系统调峰电厂，在电网中的工作位置主要是尖峰和低谷，电站的运行将有利于电网调峰，因此在潮流计算时将主要校验方案应对电网各种运行方式包括高峰、低谷

13、、主要线路N-1等时的承受能力。由于抽水蓄能电站启停频繁，且与电网联系较为简单，其稳定计算需要校验在发电/抽水工况下，N-1故障方式或电站与系统完全失去联系后对电网安全稳定的影响。（1）潮流校验以河南信阳五岳抽水蓄能电站为例。受华中电网水火调剂运行方式影响，夏季方式豫鄂间北送电力，冬季方式鄂豫间500kV断面南送电力。五岳电站在大负荷方式为满出力的发电工况，小负荷方式下为满负荷的电动机工况。共选择夏季大、小负荷方式，冬季大、小负荷方式四种运行方式进行研究。两方案均可满足电网各种运行方式的校验。由于抽水蓄能电站特殊的运行方式以及五岳电站接入电网的特殊位置，对两接入方案在各种运行方式下引起的相关5

14、00kV变电站降压负荷变化情况、相关500kV变电站500kV/220kV电压变化波动情况、抽水蓄能机组高压侧电压及机端电压变化波动情况分别进行比较和分析，详见表14。表1 方案500kV变电站降压容量比较表 单位：kV Tab.1 500kV substation step-down capacity comparison table of the programs 信阳变降压容量方案一方案二信阳东变降压容量方案一方案二夏季大负荷929.4296.8夏季大负荷519.6177.5夏季小负荷498.51032.4夏季小负荷292.0595.4冬季大负荷864.0231.2冬季大负荷487.81

15、46.3冬季小负荷458.61041.6冬季小负荷273.7590.0表2 方案500kV变电站电压变化幅度比较表 单位：kVTab.2 The 500kV substation voltage range comparison table of the programs 信阳变500kV母线方案一方案二信阳东变500kV母线方案一方案二夏季大负荷537.8540.5夏季大负荷535.1539.5夏季小负荷532.9532.1夏季小负荷530.4526.2 冬季大负荷529.0531.1冬季大负荷526.7530.3冬季小负荷523.3521.8冬季小负荷522.3518.5电压波动14.51

16、8.7电压波动12.821信阳变220kV母线方案一方案二信阳东变220kV母线方案一方案二夏季大负荷230.6233.0夏季大负荷227.7231.6夏季小负荷228.3222.9夏季小负荷224.5217.6冬季大负荷227.8229.7冬季大负荷224.7227.8冬季小负荷226.9223.8冬季小负荷224.6220.1电压波动3.710.1电压波动3.214.0注：发电工况力率0.98，抽水工况力率=0.98表3 抽水蓄能电站机组电压运行水平 单位：kV Tab.3 Pumped Storage Power Station Unit-voltage operation level

17、蓄能机组机端电压夏季大负荷夏季小负荷冬季大负荷冬季小负荷电压波动方案一15.715.015.414.80.9方案二15.513.815.413.91.7蓄能机组高压侧电压夏季大负荷夏季小负荷冬季大负荷冬季小负荷电压波动方案一541.9526.6533.1516.725.2方案二234.6211.0232.9212.823.6注：发电工况力率0.98，抽水工况力率=0.98方案一将电站直接接入河南500kV电网，使其直接参与主网的调峰。电站接入的信阳变由于位于鄂豫电网电力交换的关口，且已经有信阳2×300MW机组接入其220kV系统，2×600MW机组接入其500kV侧，五岳

18、抽水蓄能电站抽水电源可以就近获得。该方案大负荷时需信阳地区500kV主变降压容量较大。该方案引起的电网电压、抽水蓄能机组高压侧电压及机端电压波动均较小，年电能损耗较小。方案二将电站直接接入信阳220kV电网，使其直接参与信阳电网的调峰。该方案在小负荷时使得信阳地区500kV主变降压容量较大，且引起的电网电压、抽水蓄能机组高压侧电压及机端电压波动较大，年电能损耗较大。（2）暂态稳定校验经过暂态稳定计算及结果对比，方案一机组的稳定性较好。方案一校核了五岳信阳变线路三相故障退出时，系统能满足“N1”的要求，不导致主系统非同步运行，不发生频率崩溃和电压崩溃。方案二发电工况下，当任一回并网线路发生三永故

19、障，继电保护及断路器正确动作时，五岳机组均能和系统保持同步稳定运行。抽水工况下（当力率为0.98时），当任一回并网线路发生三永故障，继电保护及断路器正确动作时，存在系统末端电压失稳状况，此时抽蓄机组需调整抽水力率为1或进相0.98时，机组不吸无功或发一些无功，可使系统末端电压保持稳定。2.3.2方案技术经济比较及方案推荐表4 方案年电能损耗及不同部分投资比较表 单位：MWh、万元Tab.4 The power loss by year and the investment comparison table of the programs 方案一方案二年电能损耗03000总投资191042188

20、0投资差额05045考虑五岳抽水蓄能电站系统调峰的性质，并根据技术经济比较，推荐方案一为该电站接入系统方案。2.4抽水蓄能电站对电网的影响评价在推荐的电站接入系统方案基础上，根据有、无抽水蓄能电站两种情况对电网调频及事故备用、调相调压以及电压稳定等方面的影响进行评价，并得出抽水蓄能电站有利于电网安全运行的结论。2.4.1调频及事故备用夏季大负荷时，以常规火电或燃机作为紧急事故备用电源，在失去信阳电厂2×600MW机组时，信阳变母线频率偏差可超过0.17HZ，且频率回升较慢。考虑五岳抽蓄后，2015年河南省抽水蓄能容量已达到2320MW，取五岳电站的1520%的容量作为调频及事故备用，

21、当失去信阳电厂2×600MW机组时，信阳变母线频率偏差可维持0.15HZ以内，且频率回升较快。下图为2015年夏季大负荷，失去信阳电厂1200MW，信阳变频率母线频率偏差曲线。图4 有、无五岳抽水蓄能电站信阳变母线频率偏差曲线 单位：（HZ）Fig.4 Xinyang substion bus deviation frequentcy curve when exit or without Wuyue pumped storage power station 2.4.2调相调压五岳抽蓄电站4台250MW机组，每台机组发电工况额定功率因数为0.9（超前）0.9（滞后），即发电机无功出力范

22、围为120120Mvar；抽水工况额定功率因数为0.975（超前）0.975（滞后），发电机无功出力范围5656Mvar；发电机具备调相能力，调相容量不小于200 Mvar。有五岳抽蓄电站时，大负荷豫南地区以容性补偿为主，高峰时需要补偿电容器；低谷时豫南为小负荷情况，豫南各区主变潮流较轻，各500kV变电所除了已补偿的高抗外，还需要补偿低压电抗795Mvar。如不建五岳抽蓄，大负荷时所缺的无功将全由电容器组补偿，维持同样电压水平需要再新投运约172Mvar电容器组；小负荷时所缺的无功将由高、低压电抗器补偿，维持同样电压水平需要再新投运约480Mvar低压电抗器组。2.4.3电压稳定在夏季大负荷方式，河南从华中受进3000MW电力并逐步增加则信阳变电压逐步降低，形成如图5的PV曲线，当有五岳抽蓄电站时驻信地区极限电压在511kV左右，无五岳抽蓄时驻信地区极限电压在521.5kV左右，两者比较，驻信地区的负荷差距为102MW，即五岳抽蓄可