1、20234创新企业增刊75机组自启停控制系统（Automatic Power Plant Start Up And Shutdown，APS）也称一键启停，是电厂控制系统中最高级别的机组级顺序控制系统，是机组自动启动和停运的信息控制中心，是整个机组启停控制的中枢。该系统按规定好的程序发出至各个设备/系统的启动或停运命令，并由分散控制系统的各个子系统及其他控制系统（如ECS电气控制系统、AVR电压自动调节系统等）协调完成相关的工作，以最终实现发电机组在少量人工干预的情况下自动完成整台机组的自动启动或自动停运。目前，国内已有不少成功实施火电机组自启停功能的经验1。压缩空气储能（CAES）是一种新型
2、的高效大容量物理储能技术2。“3060”双碳目标背景下，我国能源转型的任务已经非常明确，即能源结构要进一步调整并向清洁化发展，可再生能源将成为能源主力。新型压缩空气储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，对推动能源绿色转型、应对极端事件、保障能源安全、促进能源高质量发展、支撑应对气候变化目标实现具有重要意义，可成为能源领域碳达峰碳中和的关键支撑之一。国内大容量压缩空气储能发电项目的开展，对机组控制策略和控制水平提出了更高的要求，研究压缩空气储能发电机组的一键启停方案有着迫切的现实需求。非补燃式压缩空气储能发电APS方案概述非补燃式压缩空气储能作为物理储能的一种方式，摒弃燃料补燃，实现整个过
3、程的无燃烧、无排放，从而发挥良好的社会效益、环境效益和综合经济效益3。压缩过程中，利用低谷电连续压缩空气，储存于地下盐穴中；发电过程中，高压空气推动透平膨胀做功发电。压缩空气储能系统可以在用电低谷时吸纳电网“弃能”，在用电高峰时释放高压空气进行膨胀做功发电，从而改善发电、用电的时空结构，起到削峰填谷的作用。非补燃式压缩空气储能发电系统主要包括压缩子系统、储热子系统、储气子系统和发电子系统，主要设备有压缩机、换热器、储热罐、透平发电机组等。压缩空气储能发电总体工艺系统原理如图1所示。非补燃式压缩空气储能发电机组的APS断点设置方案研究 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 王新超 王海涛 唐
4、炜洁主系统的APS方案根据工艺流程，非补燃式压缩空气储能发电项目的APS设计可分为储能和发电两个独立部分。两部分程序流程互相闭锁。APS储能部分和APS发电部分各分为数个APS断点。APS模式选择后，可选择APS模式下的各断点程序。各断点选中逻辑有互相闭锁的功能，即某各断点选中后，自动复位之前已选中的断点，另若判断某断点已完成，则该断点之前的断点不允许被选中。APS发电断点启动前，需先设置启动方式，分为冷态启动、温态启动、热态启动。APS发电启动方式可选择手动设置及自动选择，自动选择时由透平给出。APS发电启动主画面中，相关运行人员操作按钮为启动方式自动选择、启动方式选择冷态、启动方式选择温态
5、、启动方式选择热态，并自动选择合理的升压率及升负荷率，在保证机组最佳寿命情况下合理的启动4。APS储能断点的设置主要根据压缩机系统的启动顺序要求，对于多级压缩系统，一般是按压力等级顺序启动5，各个辅助系统相应配合。辅助系统的APS方案压缩空气储能发电项目的辅助系统一般主要包括循环水系统、仪用空压机系统及消防水系统、化学水处理系统等。这一部分的内容与传统火电机组内容类似，本文不再赘述。APS断点设计原则压缩空气储能机组APS断点设置需根据新型储能发电机组的特点配置6。在APS储能过程中，若选中的断点程序满足启动条件，则自动执行该断点。某断点在执行中对该断点的执行时间计时，并在APS主画面显示。某
6、断点执行完毕后，自动复位APS储能过程，但需人工或自动选择下一断点后，再置位APS储能过程。退出APS模式自动复位APS储能过程，APS储能过程复位时自动复位已选中的断点程序。76方案创新20234断点程序下的各执行步骤按模块化设计，即断点下的各执行步骤均为APS的子模块。各子模块功能有可能是启动某功能组，也可能是对某些设备直接操作，或对某一控制子组联锁逻辑投入自动执行。APS断点程序下，各步骤的模块化设计增加了APS逻辑的灵活性。各子模块的启动条件可灵活设计，可实现顺序执行的串行逻辑，也可实现分别执行的并行逻辑。断点选择后，可手动选择该断点下的各子模块。断点复位后，自动复位该断点下的各子模块
7、，运行人员也可对选中的子模块手动复位。某断点在执行中，若该断点某子模块已被选中，则当该子模块启动条件满足时自动执行该子模块。APS过程启动时，可手动暂停，暂停后对当前运行的模块闭锁指令发出，但对已到设备或程控的脉冲指令不做限制（即不会自动暂停已触发启动的底层程控）。APS过程暂停后，可手动再次启动，即让运行的模块指令再次发出。在APS断点功能的调试初期，建议对断点程序下各子模块的选择操作时，可一次选择一个子模块，待该子模块完成后，再选择下一个子模块（类似程控逻辑的单步执行操作），可避免由于某子模块的启动条件设计不完备，不该同时执行的子模块同时执行的问题。待APS程序调整完备后，可设计APS自动
8、逻辑，对断点和各子模块自动选择，减少运行人员操作步骤。最后，各断点、各子模块以及各功能组启动条件需要根据运行的操作票进行完善。APS设计应包括机组启停机相关的主要系统。为了简化APS的设计，某些辅助系统的启停功能可不纳入APS的断点中，可设计独立于APS断点的APS子模块（子组或程控功能组）。独立于APS断点的APS子模块（子组或程控功能组）需人为手动启动。对于部分辅助系统，可先设计独立的功能组顺控，待辅助系统功能组调试完备后，再由APS系统某子模块调用，即可纳入机组APS系统。若在APS设计初期，纳入APS系统的范围过大，由于机组启动调试时间有限，部分系统难以在机组投产前调试完备，建议先确定
9、机组主要步序。对于部分辅助系统，可设计独立的功能组顺控，待辅助系统功能组调试完备后，再由APS系统某子模块调用，即可纳入机组APS系统。压缩空气储能机组APS断点设置典型方案储能启动断点压缩空气储能机组在启动之前，需要收到分散控制系统系统提供的允许启动信号，此信号代表了除压缩机部分外的整个装置已经全部就绪，例如油气换热、气水换热、冷却水、仪表风等全部准备完毕，综合一个允许压缩机启动信号，送至压缩机组。高压空气岩穴储气库地下盐层稳定盐层 电动机 电动机 地下800-1000米 弃风、弃光及低谷电多级离心压缩机 换热器 换热器 蓄热系统高温储热罐高峰电 组合透平膨胀机 储网协同控制与调度常温储热罐
10、图1 压缩空气储能发电总体工艺系统原理20234创新企业增刊77断点启动允许条件：（1）末级高压压缩机出口电动门全关到位。（2）储气库入口切断阀全关到位。断点完成判断条件：（1）压缩机运行信号。（2）末级高压压缩机出口电动门全开到位。（3）储气库入口切断阀全开到位。APS储能启动断点流程：（1）建立开式冷却水循环，同时发出压缩机准备指令，达到断点启动允许条件。（2）建立换热工质循环；达到断点完成条件。（3）启动压缩机组（按压缩机控制系统顺序要求）。储能停止断点当储气库压缩空气注满，操作人员按压停机按钮，或根据最后工艺系统要求。达到末级压缩机出口压力设定值时，程序判断自动发停机命令，此时进入储能
11、停止流程。APS储能停止断点启动允许条件：（1）压缩机在运行。APS储能停止断点完成判断条件：（1）各级压缩机均停止。（2）换热水、油工质循环泵组均停止。APS储能停止断点流程：（1）判断是否达到断点启动允许条件，停止压缩机系统。（2）停止换热水、油系统，达到断点完成条件。发电启动断点APS发电启动断点启动允许条件：（1）空气透平进气门全关。（2）储气库母管至空气透平隔离门全关。（3）发电启动模式已选择（冷态启动、温态启动、热态启动）。APS发电启动断点完成判断条件：（1）并网、电气综合信号正常。（2）空气透平遥控状态。（3）机组负荷大于给定值（如30%）。（4）机组负荷跟踪无偏差（小于设定值
12、）。APS发电启动断点流程：（1）判断是否达到断点启动允许条件，建立开式冷却水循环，同时发出空气透平准备指令。（2）建立换热工质循环。（3）建立空气透平供气压力（初始压力调整就绪）。（4）空气透平暖管暖机（视主机厂需求）。（5）空气透平冲转。（6）空气透平机组并网（根据电气及电网侧并网条件）。（7）空气透平升负荷至30%（压力模式视主机厂需求）。（8）投入遥控自动，达到断点完成条件。发电停止断点APS发电停止断点启动允许条件：（1）空气透平在遥控方式。（2）机组负荷大于给定值。APS发电停止断点完成判断条件：（1）空气透平已跳闸。（2）换热水、油工质循环泵组均停止。APS发电停止断点流程：（1
13、）判断是否达到断点启动允许条件，机组降负荷至给定值。（2）切除空气透平遥控方式。（3）空气透平打闸。（4）停止换热水、油系统，达到断点完成条件。结论本文提出了一套非补燃式压缩空气储能机组APS断点设置的典型方案，该方案可有效指导后续非补燃式压缩空气储能电站的控制方案实施。压缩空气储能发电机组的自启停控制是一种先进的控制理念，它对目前的控制系统设计提出了更高的要求。目前，对于新型压缩空气储能发电项目实施自启停控制并已经成功投入运行的工程案例尚未见诸报端，我们希望通过不断深入的研究和优化，与业界的专家学者等共同努力，协作配合，认真借鉴传统火力发电机组成功的经验，深刻理解新型储能工程的特点，将压缩空
14、气储能发电机组的自启停控制方案落实到工程实践中，提高工程的自动化水平，将先进的技术理念贯彻到项目实施中。参考文献1於晓博.大型火电机组一键启停方案设计研究D.保定:华北电力大学,2017.2李季,黄恩和,范仁东,等.压缩空气储能技术研究现状与展望J.汽轮机术,2021,63(02):86-89,126.3薛小代,梅生伟,林其友,等.面向能源互联网的非补燃压缩空气储能及应用前景初探J.电网技术,2016,40(01):164-171.4赵俊杰,冯树臣,田景奇,等.基于燃煤智能发电ICS的主辅机一键启停APS技术应用分析J.能源科技,2021,19(01):41-45.5郑双杰,王浩,陈刚,等.一键启停机在电驱压缩机组中的技术应用C.第十七届宁夏青年科学家论坛石油石化专题论坛论文集,2021:416-418.6周世杰,孙俊莲.火电厂自启停控制系统控制范围及断点设置J.工业仪表与自动化装置,2019(01):23-26.
