抽水蓄能電站監控系統的結構模式和機組控制策略研究

溫 柳,朱靜華,姜海軍,王茂元

（1.國網電力科學研究院，江蘇南京,210003；2.國網甘肅劉家峽水電廠,甘肅劉家峽,731600）

0 引言

南京南瑞集團公司水電站計算機監控系統開發和研制的單位之一，早在20 世紀90 年就研發了安徽響洪甸抽水蓄能電站計算機監控系統，隨后又陸續完成潘家口、沙河、崗南抽水蓄能電站監控系統的研制。

南京南瑞集團公司先后中標遼寧蒲石河、安徽響水澗、江蘇溧陽、浙江仙居、江西洪屏等抽水蓄能電站計算機監控系統，截至2012 年11 月中旬，蒲石河4 臺機組已完成所有試驗，投入商業運行，響水澗4 臺機組已完成所有試驗，最后1 臺機組于2012 年11 月3 日進入15 天試運行，這標志著國產大型抽水蓄能電站計算機監控系統已經打破國外技術壟斷，進入世界先進行列。

本文針對目前抽水蓄能電站計算機監控系統的結構模式和機組控制策略展開研究。

1 關鍵技術

國產大型抽水蓄能電站計算機監控系統的主要關鍵技術涉及以下幾個方面：抽水蓄能電站監控系統結構模式、運行特性與電網安全穩定運行的關系、機組控制策略、機組工況轉換建模、關鍵控制流程和系統軟硬件平臺等，持續開展相應的工作，攻克以上多項控制技術難題，開發具有自主設計、開發、制造出擁有完全自主知識產權的抽水蓄能電站計算機監控系統，滿足大型抽水蓄能電站的控制要求，具有抽水蓄能電站需要的所有監控功能，并通過自主調試，具有重要的現實意義，有助于打破國外的技術壟斷，促進行業的科技進步。

2 結構模式

大型抽水蓄能電站計算機監控系統采用雙環網、分層分布式計算機監控系統結構，由現地控制層和電站控制層2 部分組成，控制權限依次遞減。電站控制層與現地控制單元（LCU）之間采用100Mb/交換式冗余以太環網進行通訊，通訊協議為TCP/IP 網絡協議。現地控制單元之間通過冗余以太網絡進行信息自動交換，這樣在電站控制層退出運行后仍能實現機組抽水起動。現地控制單元與其它計算機控制子系統之間通過現場總線進行信息交換，對于無法采用現場總線進行通信的設備采用硬布線I/O 進行連接。另外，對于重要的安全運行信息、控制命令和事故信號除采用現場總線通信外，還通過I/O 點直接連接，以實現雙路通道連接，確保運行安全可靠。

3 機組控制策略

國外部分抽水蓄能電站進口監控系統在產品設計上一般“重機不重網”，不能完全滿足我國電網的特點和電網安全穩定需求。

根據我國電網的具體情況，綜合分析我國大型抽水蓄能電站與電網安全穩定運行的關系，充分考慮了我國電網的特點和電網安全穩定需求，提出并采用了既保電網、又保機組的抽水蓄能電站系統控制策略，保證了電網和機組的安全穩定運行。具體技術措施有：

① 根據事故重要等級，重新對事故跳機信號進行梳理，僅保留非常重要的事故信號作為事故啟動源，觸發SOE 事件記錄，并經過冗余組合判斷后才啟動事故停機流程，既保證了機組的安全穩定運行，又保證了電網的安全穩定運行。

圖1 典型軸瓦溫度曲線

② 溫度測點采用防止溫度躍變的“動態上升率”判斷法。為了防止RTD 測點誤停機，國內、外廠商曾采用過一些措施，但都存在某些不足，例如“3 取2” 判斷法，不適用于測點少的部位；“延時濾波”法會使保護的實時性變差；“升溫速率限值” 及“合理上限值判斷”需要根據運行經驗確定限值。根據抽水蓄能電站同一部位RTD 測點少的特點，提出并采用了防止溫度躍變的“動態上升率”判斷法。該方案優點是上升率的限值是動態的，軸瓦故障時，即使RTD 測點溫升很快也不會被閉鎖，直至報警、跳機；若RTD 測點本體故障，即使溫度在報警線以下，只要檢測到變化率不正常，便將該溫度測點退出。“動態上升率” 建模編程投入蒲石河抽水蓄能電站運行后，效果很好，有效減少了RTD 測點誤停機概率。

4 結論

本文目前抽水蓄能電站計算機監控系統的結構模式和機組控制策略展開研究，針對性地給出了國產化抽水蓄能電站計算機監控系統的主要關鍵技術中結構模式和機組控制策略的實現方案，本文的工作可為華國產化抽水蓄能電站計算機監控系統的進一步推廣應用具體重要的意義。

[1] 姜海軍，靳祥林，汪軍，等.遼寧蒲石河抽水蓄能電站計算機監控系統設計[J].水電自動化與大壩監測， 2009（01）：10-14.

[2] 張琪，董化宏，唐修波.抽水蓄能電站是實現堅強智能電網的有力保證[C].抽水蓄能電站工程建設文集，2011：15-17.