特別策劃

特別策劃

Special Feature

“大力發展清潔能源，積極開發水電”是我國重要的戰略舉措。我國水電裝機容量居世界之首，世界前十大水電站中有五座在中國，長江、黃河、瀾滄江等流域的巨型復雜水電站群舉世矚目，充分發揮其工程效益，對水資源高效利用、新能源消納、節能減排等方面意義十分重大。我們面臨著水電站和流域水電站群以下問題：一是各業務相對孤立，運維分散，整體效率有待提高；二是水資源梯級利用效能需要進一步挖掘；三是機組的調節性能、與電網互動能力有待提升；四是機組安全狀態在線識別和量化評估困難。

為了解決上述問題，2010年始，我們與東北電網及下屬白山、松江河電廠一起，全面分析“水-機-電”交互影響過程，重構運行控制架構，攻克水資源優化利用、水力電力協同、源網協調、設備狀態量化評估等關鍵技術，建立高效運行控制技術體系——智能水電廠。

智能水電廠涉及水電站和水電站群集控。它的定義是：適應智能電網源網協調要求，以信息數字化、通信網絡化、集成標準化、運管一體化、業務互動化、運行最優化、決策智能化為特征，采用智能電子裝置（IED）及智能設備，自動完成采集、測量、控制、保護等基本功能，具備基于一體化平臺的經濟運行、在線分析評估決策支持、安全防護多系統聯動等智能應用組件，實現生產運行安全可靠、經濟高效、友好互動、綠色環保目標的水電廠。

主要科技創新如下：

創新一，分布式全息運行控制架構。

針對流域水電站群涉及自然環境、水工建筑、機電設備、電網系統，“水—機—電”特性差異大，內、外部交互機理復雜的問題：

（1）面向設備對象進行功能解耦，創建了水電公共信息模型，提出了分布式全息運行控制架構，解決了信息共享和故障隔離等難題。

（2）提出了多源信息的分層跨區融合方法，建立了多業務互動機制，研發了一體化運行控制平臺，實現了多專業融合。

創新二，流域水資源高效利用及水—電協同。

針對水電調度過程中既要考慮水電站自身、水電站之間的水力和電力協同問題，還要滿足防洪、灌溉等綜合利用要求：

（1）基于模糊聚類和相關分析，提出了類子流域量化識別方法，解決了梯級滾動開發帶來水文預報資料缺乏的難題，有效提高了水文預報精度。

（2）創建了最小水位越限控制模型，通過負荷優化轉移調整水位，實現了站群實時負荷合理分配、庫水位控制等多目標協調。

（3）提出了電力運行約束條件下的短期發電優化調度模型和快速求解算法，解決了站群短期發電計劃可執行度低的問題。

（4）研制了經濟運行系統，水能利用率提升3%到5%。

創新三，適應電網要求的新型源網協調。

針對巨型水電站群遠離負荷中心，需要通過超/特高壓輸送，特別是機組在直流孤島模式下的調控方法無例可循的情況：

（1）建立了考慮水—機慣性常數的發電控制模型，發明了結構參數自適應的新型負荷調節方法，解決了巨型機組一次調頻與AGC協調、響應速度與穩定性兼顧的難題，機組調節速度提升30%，精度提高一倍。

（2）發明了機組控制系統對直流孤島模式的動態識別方法，提出了電網不同波動下有差、無差相結合的調頻方法，實現了有功和頻率波動的快速抑制。

（3）研制了系列化的智能測控裝置，實現了機組有功、無功調節的全數字化，提升了源網協調能力。

創新四，水電主設備狀態檢修決策支持。

針對機組水力沖擊、機械慣性和電磁影響大，狀態復雜，狀態檢修難以實施的問題：

（1）創建了機組健康狀態評價、風險評估指標體系，研發了相關系統，實現了安全狀態在線識別和量化評估。

（2）提出了機組分工況的振擺越限預警方法，建立了運行狀態參數在線提取和修正模型，研發了振擺監測保護裝置。

目前項目成果在新源松江河、白山發電廠進行試點應用，在20多個電站或集控中心推廣應用，并出口至越南、老撾等國。部分成果還應用于水利信息化、抽水蓄能等領域。

本次欄目與大家分享智能水電廠研究成果。隨著科學技術的進步和發電廠運行管理需求的改變，隨著我們對智能水電廠認識水平的不斷提高，智能水電廠的技術和解決方案也在不斷發展，我們愿意與同行一道，推動智能水電廠技術的進步，為水電廠實現安全可靠和經濟高效運行服務。

特約欄目主編

徐潔

特約欄目主編 | 徐潔，電力系統及其自動化專業研究生畢業，1988年1月南瑞集團公司工作至今，教授級高級工程師，長期從事水電廠自動化研發、工程實施和管理工作。中國水力發電工程學會自動化專委會以及電網調峰與抽水蓄能專委會委員，《水電與抽水蓄能》專委會專家。負責或參與的國際標準、國家標準和行業標準10余種；負責或參與編寫的專業書籍4部；負責或參與的科研項目獲省部級一等獎1項、二等獎4項、三等獎多項。從2009年開始，一直致力于智能水電廠技術的研究與應用。