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【摘要】黑麋峰电厂作为湖南电网中唯一的抽水蓄能电厂，对保持电网的安全稳定运行一直发挥着重要的作用。本文对黑麋峰电厂运行情况现状做了一定的分析，并总结其机组运行对湖南电网的影响，最后对黑麋峰电厂机组的运行提出了建议。
【关键词】抽水蓄能电厂；湖南电网；调峰
Analysis of operation of pump storage power station based on load characteristic of Hunan power grid
Han zhonghui，Liu Jing，Zhang Wuyin，Chen Bin
（Hunan Electric Power Corporation Dispatch & Control Center，Changsha 410007， China）
Abstract： Heimifeng station is the only pumped-storage power station in Hunan power grid. It is important to the safety and stabilization of the power system. In this article， some detailed analysis are made about the operation of this station and summarize the effect of the station to the power grid. At last， some suggestions will also be made about the operation of the station.
Key word：pumped-storage power station；Hunan power system；peak—load regulation
1、引言
近年来，随着国家产业调整和节能减排力度的加大，湖南电网负荷的性质发生了很大的变化，体现在第三产业占全社会用电量的比重增加，昼夜峰谷差进一步扩大，给电网运行以及火电调峰带来了很大的压力。另一方面，随着特高压交流试验示范工程的建成，华中电网与华北电网的电气耦合进一步紧密和复杂，华中电力调控分中心也及时出台了新的联络线考核规定，对鄂湘联络线的控制提出了更高的要求。面对这些新的挑战，新的机遇，如何更好的发挥抽水蓄能电厂在湖南电网乃至整个华中电网中的作用，对于保持系统的安全稳定运行具有重要的现实意义与深远影响。
2、黑麋峰电厂简介
湖南电网现有抽水蓄能电厂1座，即黑麋峰电厂，位于湖南省望城县桥驿镇境内。黑麋峰机组是首个投入运行的国产化大型蓄能机组，其装机容量为4×300/320MW（发电/电动工况），通过1回500KV黑沙线接入沙坪变。该厂机组具有S（静止）、P（泵工况）、CP（电动机方向的调相工况）、G（发电机工况）、CG（发电机方向的调相工况）共5种稳态运行工况，其中P与G工况在日常的运行中应用最多。截至2012年5月31日，电厂安全运行1043天，累计发电工况启动477次，成功477次，启动成功率100%，累计抽水工况启动289次，成功288次，启动成功率99.65%，累计发电量26492..3万千瓦时，累计抽水电量32528.64万千瓦时。自2009年建成以来，黑麋峰电厂在系统中担负着调峰、填谷、调频、调相和事故备用等作用，对于湖南电网和华中电网的安全、经济、稳定运行具有十分重要的意义。
3、运行分析
黑麋峰抽水蓄能电厂自投运以来，在调整系统峰谷差，提高水、火电机组运行效率与经济性，提供事故备用等方面一直发挥着积极的作用。然而由于其单机容量较大，机组启停时负荷变化较剧烈，给鄂湘联络线的调整与控制也造成了一定的不利影响，严重时已影响到特高压线路的功率波动控制。下面将就黑麋峰电厂在湖南电网中的运行情况做几方面的分析：
3.1调节峰谷差
湖南水电装机丰富，截止到2011年底，水电装机容量8494.43兆瓦，占统调装机容量的33.35%[1]。由于水电机组自身调整的灵活性以及抽蓄机组运行存在转化效率等原因[2]，在日常运行时黑麋峰电厂开机次数并不多，更多的情况下是作为事故备用，以及在运行方式极端、负荷水平突然发生大范围的波动下才考虑开机。但随着经济的发展，人民生活水平的提高，湖南电网的负荷性质发生了较大的变化，体现在居民、第三产业的用电比重进一步增加，而冶炼、化工、建材等传统第二产业的用电比重持续下降。各产业用电比重的变化，给电网运行带来最直接的影响就是负荷的峰谷差加大，调节十分困难。湖南省网历年峰谷差变化情况如图1所示。
峰谷差的加大给火电机组运行带来了极大的压力，尤其是在凌晨0点-7点时段，火电机组一般按50%调峰，极端时候需要深度调峰、启停调峰，不但不利于机组的经济运行，还对安全运行造成了很大的影响，主要体现在：（1）火电机组长时间投油稳燃会影响机组脱硫效率，时间过长将造成脱硫浆液中毒，同时影响除尘设备寿命，造成烟气排放超标；（2）低负荷时炉管金属温度容易超温造成爆管；（3）对汽轮机寿命、汽包锅炉水循环系统安全威胁也比较大。
系统峰谷差的加大不但体现在低谷时下备用不足，在高峰时也经常面临上备用紧张的局面。由于低谷时调峰困难，所以不可能开出大规模火电机组作为备用，而普通水电机组调节往往受到来水、下游施工、防汛抗旱等因素的影响。因此，黑麋峰电厂在目前峰谷差较大的局面下，可以满足低谷抽水，高峰发电的条件，在湖南电网中发挥调节峰谷差方面的作用。
3.2提高系统运行经济性
受自然条件的影响，湖南境内水库来水多集中在春、秋两季，并且有来水集中、分布范围广的特点。以2012年情况为例，上半年来水偏多，省内各骨干水电厂如五强溪、风滩、柘溪等，从四月底即开始满发。同时，湖南境内存在大量的径流式小水电运行机组，调峰性能极差，汛期时大概有2000MW左右的上网电力。水电的大方式运行，造成了火电机组发电空间的压缩，然而，出于电压稳定、暂态稳定等方面的考虑，湘北、湘中、湘南等地区都必须保持一定的火电开机方式。因此，当系统负荷偏低时，电网运行压力极大，很容易出现弃水调峰的恶劣情况。黑麋峰电厂在这种情况下增强了系统调峰能力，减少汛期低谷时段的弃水。 从全网角度而言，随着三峡发电能力的提升与完善，汛期时当三峡、葛洲坝等特大型水电厂突然来水时，极易造成送湘电力的大幅度增加，如何消纳这些外来电力，尤其是在低谷时段，通过黑麋峰电厂机组的运行特性也可以得到很好的解决。此外，待蒙西—长沙特高压线路建成投产后，通过黑麋峰电厂吸纳蒙西地区的富裕电力，尤其是低谷时段的风电电力，对于节能减排，提高资源利用率有着重要的意义。
3.3旋转备用
黑麋峰抽水蓄能机组不但在经济方面发挥着重要的作用，还可以作为负荷备用和事故备用，以应付难以预测的负荷增加和突发性事故。黑糜峰电厂地处长株潭地区负荷中心，地理位置重要，尤其是其开机速度快，事故情况下只需3～5分钟即可开机带满负荷。特别的，若抽蓄机组运行于P工况的条件下，在检测到电网频率下降至某一数值时，运行于水泵工况的机组低频切泵装置动作，机组停机，同时启动其他机组发电带负荷，在很短的时间内就可使电网频率恢复正常[3]。例如在2011年12月份进行的特高压扩建工程大负荷运行试验时，即将黑麋峰两台机组以P工况并网，并投入低频切机装置，防止特高压跳闸引起的华中电网频率跌落。
3.4对联络线的影响
目前，华中调控分中心对鄂湘联络线的考核标准主要为反调节次数和CPS2，主要目的是在避免鄂湘联络线大幅波动的前提下，尽量减少对特高压的影响。但黑麋峰抽蓄机组存在着开机时段不可调节的特性，就决定了其对鄂湘联络线不可避免的存在一定的影响。当黑麋峰机组以发电工况开机时，出力直接由0MW升至180MW，而以抽水工况并网时，出力由0MW升至-320MW。这种开机方式，就需要调度运行时加强关注，提前调整电厂出力，减小对联络线功率波动的影响。
3.5经济影响
2011年，根据相关文件，湖南对上网电价做出了新的调整，暂停执行上网侧峰谷分时，峰枯季节电价政策等。这一政策的实施，对黑麋峰电厂的运行造成了一定的影响。黑麋峰电厂机组的转换效率约为75%，即平均发3度电需消耗4度电所抽的水。以往在高峰时段以G工况发电，低谷时段以P工况抽水，是利用高峰高于低谷的那一部分电价来弥补电量上的经济损失，而上网侧峰谷分时电价取消后，黑麋峰电厂运行带来的电量上的经济损失将无法得到弥补。在没有新的抽水蓄能电价政策出台之前，黑麋峰电厂的使用将直接给带来一定的经济损失。
4、抽蓄机组运行建议
1、优化抽水蓄能机组的运行方式安排。当前，黑麋峰抽蓄机组在低谷时抽水已经作为电网调峰的重要手段，但由于抽蓄机组自身的特性，低谷抽水必然伴随着高峰发电，因此如何在一天内合理分配安排机组抽水与发电的工况转换，不但关系着抽水蓄能电厂的经济运行，也关系着电网的安全稳定；
2、黑麋峰机组启停时会产生比较大的负荷波动，对系统会有一定的冲击，这就要求电网调度运行人员尽量选择合适的开机时段，尽量减少因启停抽蓄机组带来的不利影响。例如当机组以抽水工况并网时，尽量选择在全网频率较高的时段，同时保证一定的水电机组开机方式，避免过多的超用联络线功率；
3、根据已有的经验，抽水蓄能机组在调相、黑启动方面也有着重要的作用。黑麋峰电厂地处长株潭负荷中心，地理位置重要，并且长株潭地区以及岳阳地区一直也存在着电压稳定问题，这就要求进一步发挥黑麋峰抽蓄机组在该方面的作用，对于保证电网的安全稳定运行有着重大的意义。
5、结束语
黑麋峰抽水蓄能电厂作为湖南电力系统安全经济运行的重要工具，对增强系统的安全性和可靠性、提高系统事故的应对能力、改善电能质量与系统服务都具有十分重要的意义。特别是在目前，随着特高压入湘，核电入湘的日益临近，湖南经济结构调整的进一步实施，可以预见黑麋峰电厂在全网中将发挥越来越重要的作用。
【关键词】抽水蓄能电厂；湖南电网；调峰
Analysis of operation of pump storage power station based on load characteristic of Hunan power grid
Han zhonghui，Liu Jing，Zhang Wuyin，Chen Bin
（Hunan Electric Power Corporation Dispatch & Control Center，Changsha 410007， China）
Abstract： Heimifeng station is the only pumped-storage power station in Hunan power grid. It is important to the safety and stabilization of the power system. In this article， some detailed analysis are made about the operation of this station and summarize the effect of the station to the power grid. At last， some suggestions will also be made about the operation of the station.
Key word：pumped-storage power station；Hunan power system；peak—load regulation
1、引言
近年来，随着国家产业调整和节能减排力度的加大，湖南电网负荷的性质发生了很大的变化，体现在第三产业占全社会用电量的比重增加，昼夜峰谷差进一步扩大，给电网运行以及火电调峰带来了很大的压力。另一方面，随着特高压交流试验示范工程的建成，华中电网与华北电网的电气耦合进一步紧密和复杂，华中电力调控分中心也及时出台了新的联络线考核规定，对鄂湘联络线的控制提出了更高的要求。面对这些新的挑战，新的机遇，如何更好的发挥抽水蓄能电厂在湖南电网乃至整个华中电网中的作用，对于保持系统的安全稳定运行具有重要的现实意义与深远影响。
2、黑麋峰电厂简介
湖南电网现有抽水蓄能电厂1座，即黑麋峰电厂，位于湖南省望城县桥驿镇境内。黑麋峰机组是首个投入运行的国产化大型蓄能机组，其装机容量为4×300/320MW（发电/电动工况），通过1回500KV黑沙线接入沙坪变。该厂机组具有S（静止）、P（泵工况）、CP（电动机方向的调相工况）、G（发电机工况）、CG（发电机方向的调相工况）共5种稳态运行工况，其中P与G工况在日常的运行中应用最多。截至2012年5月31日，电厂安全运行1043天，累计发电工况启动477次，成功477次，启动成功率100%，累计抽水工况启动289次，成功288次，启动成功率99.65%，累计发电量26492..3万千瓦时，累计抽水电量32528.64万千瓦时。自2009年建成以来，黑麋峰电厂在系统中担负着调峰、填谷、调频、调相和事故备用等作用，对于湖南电网和华中电网的安全、经济、稳定运行具有十分重要的意义。
3、运行分析
黑麋峰抽水蓄能电厂自投运以来，在调整系统峰谷差，提高水、火电机组运行效率与经济性，提供事故备用等方面一直发挥着积极的作用。然而由于其单机容量较大，机组启停时负荷变化较剧烈，给鄂湘联络线的调整与控制也造成了一定的不利影响，严重时已影响到特高压线路的功率波动控制。下面将就黑麋峰电厂在湖南电网中的运行情况做几方面的分析：
3.1调节峰谷差
湖南水电装机丰富，截止到2011年底，水电装机容量8494.43兆瓦，占统调装机容量的33.35%[1]。由于水电机组自身调整的灵活性以及抽蓄机组运行存在转化效率等原因[2]，在日常运行时黑麋峰电厂开机次数并不多，更多的情况下是作为事故备用，以及在运行方式极端、负荷水平突然发生大范围的波动下才考虑开机。但随着经济的发展，人民生活水平的提高，湖南电网的负荷性质发生了较大的变化，体现在居民、第三产业的用电比重进一步增加，而冶炼、化工、建材等传统第二产业的用电比重持续下降。各产业用电比重的变化，给电网运行带来最直接的影响就是负荷的峰谷差加大，调节十分困难。湖南省网历年峰谷差变化情况如图1所示。
峰谷差的加大给火电机组运行带来了极大的压力，尤其是在凌晨0点-7点时段，火电机组一般按50%调峰，极端时候需要深度调峰、启停调峰，不但不利于机组的经济运行，还对安全运行造成了很大的影响，主要体现在：（1）火电机组长时间投油稳燃会影响机组脱硫效率，时间过长将造成脱硫浆液中毒，同时影响除尘设备寿命，造成烟气排放超标；（2）低负荷时炉管金属温度容易超温造成爆管；（3）对汽轮机寿命、汽包锅炉水循环系统安全威胁也比较大。
系统峰谷差的加大不但体现在低谷时下备用不足，在高峰时也经常面临上备用紧张的局面。由于低谷时调峰困难，所以不可能开出大规模火电机组作为备用，而普通水电机组调节往往受到来水、下游施工、防汛抗旱等因素的影响。因此，黑麋峰电厂在目前峰谷差较大的局面下，可以满足低谷抽水，高峰发电的条件，在湖南电网中发挥调节峰谷差方面的作用。
3.2提高系统运行经济性
受自然条件的影响，湖南境内水库来水多集中在春、秋两季，并且有来水集中、分布范围广的特点。以2012年情况为例，上半年来水偏多，省内各骨干水电厂如五强溪、风滩、柘溪等，从四月底即开始满发。同时，湖南境内存在大量的径流式小水电运行机组，调峰性能极差，汛期时大概有2000MW左右的上网电力。水电的大方式运行，造成了火电机组发电空间的压缩，然而，出于电压稳定、暂态稳定等方面的考虑，湘北、湘中、湘南等地区都必须保持一定的火电开机方式。因此，当系统负荷偏低时，电网运行压力极大，很容易出现弃水调峰的恶劣情况。黑麋峰电厂在这种情况下增强了系统调峰能力，减少汛期低谷时段的弃水。 从全网角度而言，随着三峡发电能力的提升与完善，汛期时当三峡、葛洲坝等特大型水电厂突然来水时，极易造成送湘电力的大幅度增加，如何消纳这些外来电力，尤其是在低谷时段，通过黑麋峰电厂机组的运行特性也可以得到很好的解决。此外，待蒙西—长沙特高压线路建成投产后，通过黑麋峰电厂吸纳蒙西地区的富裕电力，尤其是低谷时段的风电电力，对于节能减排，提高资源利用率有着重要的意义。
3.3旋转备用
黑麋峰抽水蓄能机组不但在经济方面发挥着重要的作用，还可以作为负荷备用和事故备用，以应付难以预测的负荷增加和突发性事故。黑糜峰电厂地处长株潭地区负荷中心，地理位置重要，尤其是其开机速度快，事故情况下只需3～5分钟即可开机带满负荷。特别的，若抽蓄机组运行于P工况的条件下，在检测到电网频率下降至某一数值时，运行于水泵工况的机组低频切泵装置动作，机组停机，同时启动其他机组发电带负荷，在很短的时间内就可使电网频率恢复正常[3]。例如在2011年12月份进行的特高压扩建工程大负荷运行试验时，即将黑麋峰两台机组以P工况并网，并投入低频切机装置，防止特高压跳闸引起的华中电网频率跌落。
3.4对联络线的影响
目前，华中调控分中心对鄂湘联络线的考核标准主要为反调节次数和CPS2，主要目的是在避免鄂湘联络线大幅波动的前提下，尽量减少对特高压的影响。但黑麋峰抽蓄机组存在着开机时段不可调节的特性，就决定了其对鄂湘联络线不可避免的存在一定的影响。当黑麋峰机组以发电工况开机时，出力直接由0MW升至180MW，而以抽水工况并网时，出力由0MW升至-320MW。这种开机方式，就需要调度运行时加强关注，提前调整电厂出力，减小对联络线功率波动的影响。
3.5经济影响
2011年，根据相关文件，湖南对上网电价做出了新的调整，暂停执行上网侧峰谷分时，峰枯季节电价政策等。这一政策的实施，对黑麋峰电厂的运行造成了一定的影响。黑麋峰电厂机组的转换效率约为75%，即平均发3度电需消耗4度电所抽的水。以往在高峰时段以G工况发电，低谷时段以P工况抽水，是利用高峰高于低谷的那一部分电价来弥补电量上的经济损失，而上网侧峰谷分时电价取消后，黑麋峰电厂运行带来的电量上的经济损失将无法得到弥补。在没有新的抽水蓄能电价政策出台之前，黑麋峰电厂的使用将直接给带来一定的经济损失。
4、抽蓄机组运行建议
1、优化抽水蓄能机组的运行方式安排。当前，黑麋峰抽蓄机组在低谷时抽水已经作为电网调峰的重要手段，但由于抽蓄机组自身的特性，低谷抽水必然伴随着高峰发电，因此如何在一天内合理分配安排机组抽水与发电的工况转换，不但关系着抽水蓄能电厂的经济运行，也关系着电网的安全稳定；
2、黑麋峰机组启停时会产生比较大的负荷波动，对系统会有一定的冲击，这就要求电网调度运行人员尽量选择合适的开机时段，尽量减少因启停抽蓄机组带来的不利影响。例如当机组以抽水工况并网时，尽量选择在全网频率较高的时段，同时保证一定的水电机组开机方式，避免过多的超用联络线功率；
3、根据已有的经验，抽水蓄能机组在调相、黑启动方面也有着重要的作用。黑麋峰电厂地处长株潭负荷中心，地理位置重要，并且长株潭地区以及岳阳地区一直也存在着电压稳定问题，这就要求进一步发挥黑麋峰抽蓄机组在该方面的作用，对于保证电网的安全稳定运行有着重大的意义。
5、结束语
黑麋峰抽水蓄能电厂作为湖南电力系统安全经济运行的重要工具，对增强系统的安全性和可靠性、提高系统事故的应对能力、改善电能质量与系统服务都具有十分重要的意义。特别是在目前，随着特高压入湘，核电入湘的日益临近，湖南经济结构调整的进一步实施，可以预见黑麋峰电厂在全网中将发挥越来越重要的作用。