基于智能電網(wǎng)的抽水蓄能電站智能化分析

梁啟凡，李文雅

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118000）

0 引 言

智能電網(wǎng)與普通電網(wǎng)相比更安全可靠，智能電網(wǎng)通過傳感器對發(fā)電、輸電、配電及供電等設(shè)備的運行情況進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施解決。電網(wǎng)具備的自愈性能，可自行尋找故障元件，并將其從系統(tǒng)中分離，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保障電能質(zhì)量及電網(wǎng)工作效率。抽水蓄能機組在電力系統(tǒng)中有很多不同的功能，對智能電網(wǎng)的運行有很大作用。

1 智能電網(wǎng)抽水蓄能的概念與特性

抽水蓄能在我國電力系統(tǒng)中的應(yīng)用較廣泛，且抽水蓄能具有使用壽命長和存儲量大的特點，可用于國家電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰與黑啟動。抽水蓄能電站可有效解決風能發(fā)電和太陽能發(fā)電問題，對頻率及相位的變化觀測有很大幫助，可使新能源電力平穩(wěn)輸出。新能源接入電網(wǎng)后會造成電網(wǎng)負荷波動，抽水蓄能電站可消除大規(guī)模新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，對新能源的可持續(xù)發(fā)展有重要作用，為新能源的開發(fā)及使用提供支撐[1]。

智能電網(wǎng)是我國電網(wǎng)的未來發(fā)展方向，智能電網(wǎng)的應(yīng)用與國家能源安全及能源可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)，它的普及需要新能源發(fā)電技術(shù)的支持。智能電網(wǎng)還可以對電網(wǎng)運行狀況進行安全評估及連續(xù)分析，預警功能較強，可及時發(fā)現(xiàn)潛在故障并將故障隔離，防止故障影響進一步擴大。智能電網(wǎng)可合理接入再生資源，對用戶間的高效互動有很大幫助。由于用戶的電力需求不同，智能電網(wǎng)可以滿足不同用戶的不同電力需要，并對此進行集成及優(yōu)化，使不同用戶共享一個平臺，該平臺可以合理配置資源，降低運維成本。

2 抽水蓄能電廠在智能電網(wǎng)中的作用

2.1 為新能源發(fā)展提供支撐

風能、太陽能和海洋資源的發(fā)展空間較大，可持續(xù)利用時間較長，可以滿足人類對能源的需求，對環(huán)境保護和促進經(jīng)濟發(fā)展等有很大的促進作用[2]。但受地理環(huán)境和季節(jié)等因素影響，可持續(xù)發(fā)展資源存在隨機性、波動性與間歇性等特點，在并入電網(wǎng)過程中容易引起電網(wǎng)頻率偏差或電壓波動。研究表明，如果可再生資源的裝機容量超過總裝機容量的10%，會影響局部電網(wǎng)的正常運行。在火電資源占比較大地區(qū)，僅使用火電機組調(diào)節(jié)已不能適應(yīng)其變化，新能源并網(wǎng)受到限制，對新能源的普及有很大影響。

2.2 改善經(jīng)濟的發(fā)展

我國的不可再生資源產(chǎn)量及能源需求分布不平衡，不可再生資源主要位于西部地區(qū)，可再生資源大多數(shù)位于北部地區(qū)，而資源需求較大的則是中部地區(qū)，要實現(xiàn)資源共享和優(yōu)化，需改變這種狀況。智能電網(wǎng)可大規(guī)模大范圍地開發(fā)不可再生資源，可再生資源的跨地區(qū)輸送，不僅耗時長還會造成資源的不必要損耗。抽水蓄能電站可提高受端電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，有效減少輸電過程中的損失，提升電網(wǎng)大范圍能源輸送能力，對電網(wǎng)優(yōu)化有重要作用，可實現(xiàn)新能源的合理分配，促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展[3]。

2.3 調(diào)頻調(diào)相

電網(wǎng)頻率波動時，抽水蓄能機組一次調(diào)頻功能對頻率變化會有所回應(yīng)，并調(diào)整抽水蓄能機組，將其調(diào)整為負荷出力，使電網(wǎng)頻率自動恢復到正常使用范圍。抽水蓄能電站可以實時接受AGC負荷指令，按照設(shè)定的優(yōu)化控制原則進行機組分配，對電站的總出力進行調(diào)整，將系統(tǒng)頻率控制在一定范圍內(nèi)。抽水蓄能機組在發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水及抽水調(diào)相4種狀況下皆可以通過調(diào)節(jié)無功功率達到提高電網(wǎng)電壓的目的，也可以通過吸收無功功率來降低電網(wǎng)電壓，提高智能電網(wǎng)供電質(zhì)量，維持智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2.4 調(diào)峰填谷

調(diào)峰填谷對抽水蓄能電站有重要作用，調(diào)峰填谷可在用電高峰當做電源釋放電能，在用電低谷時當做負荷存儲電荷，有效減少火電機組的深度調(diào)峰啟停次數(shù)，提高電網(wǎng)能源利用率。

3 對于廣州蓄能水電廠的改進

對于智能電網(wǎng)的安全可靠性及自愈性，以廣州蓄能水電廠的機組響應(yīng)快速性及機組運行可靠性兩方面進行分析。

3.1 機組相應(yīng)快速性

要提高抽水蓄能電廠響應(yīng)速度，需要對電廠機組進行調(diào)控，廣州蓄能水電廠機組可以通過調(diào)度AGC直接進行控制調(diào)節(jié)，運行時的負荷調(diào)節(jié)由溫度AGC發(fā)出。智能電網(wǎng)通過大量的傳感器對電力系統(tǒng)的部分設(shè)備進行實時監(jiān)控，可以將相關(guān)線路的重要預警信息添加到調(diào)度AGC控制中，使調(diào)度AGC的判斷更全面更智能，以此把握抽水蓄能機組加減負荷的時機。

一次調(diào)頻功能影響電網(wǎng)在緊急情況下的響應(yīng)速度，對保障電網(wǎng)安全運行意義重大，因此需要優(yōu)化一次調(diào)頻功能。廣州蓄能水電廠七臺組機的一次調(diào)頻投入運行已久，根據(jù)實際測量情況及各項指標可知，一次調(diào)頻負荷響應(yīng)滯后時間滿足一次調(diào)頻的相關(guān)規(guī)定，固有轉(zhuǎn)速死區(qū)和頻率死區(qū)也滿足一次調(diào)頻的相關(guān)規(guī)定。但也存在負荷穩(wěn)定時間和一次頻率最大負荷調(diào)整幅度用時較長的情況，不能達到一次調(diào)頻的相關(guān)規(guī)定，所以需要完善一次調(diào)頻功能，為電網(wǎng)提供更好的服務(wù)。

在廣州蓄能水電廠中，一廠可在一分鐘內(nèi)帶上滿負荷，而二廠要5 min左右才可以帶上滿負荷。抽水蓄能機組啟停時間的影響因素主要有兩個，一是機組設(shè)備，在機組啟停過程中，各種設(shè)備啟停時間不一樣，耗時最多的是球閥和轉(zhuǎn)子升速過程[4]。可以通過設(shè)備改進與換型提升反應(yīng)速度，以此縮減啟停時間，也可通過更智能化和數(shù)字化的傳感和變送元件縮短機組啟停時間。二是控制機組啟停流程的程序設(shè)計，高效合理的機組啟停控制流程，可以有效縮短機組啟停時間。在機組安全運行的前提下，對機組流程進行仔細研究，可進一步優(yōu)化順控程序，縮短啟停時間。現(xiàn)在廣州蓄能水電廠一廠發(fā)電時球閥要打開一半才可以啟動調(diào)速器，通過改進打開1/4左右就可以啟動調(diào)速器。二廠機組的部分流程命令與設(shè)備不匹配，通過改進使一步操作流程只能操作一個設(shè)備[5]。

3.2 機組運行可靠性

建立全面的機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，抽水蓄能水電廠數(shù)字化是必然的發(fā)展趨勢，通過現(xiàn)在所掌握的計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搜集整理機組運行數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)建立完整的機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。廣州蓄能水電廠的生產(chǎn)信息系統(tǒng)與主變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)都會影響系統(tǒng)故障及運行狀態(tài)分析，且這些系統(tǒng)是獨立存在的。如果將這些信息整合利用，可為技術(shù)人員獲取機組狀態(tài)及變化趨勢提供便利，并為制定相應(yīng)的檢修及維護規(guī)則提供依據(jù)。另外，還可以利用這些數(shù)據(jù)建立預警系統(tǒng)，方便技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)隱患并進行維修。

建立完整且有效的故障診斷系統(tǒng)，需要大量的故障信息數(shù)據(jù)與經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員。在發(fā)生故障時，檢測系統(tǒng)根據(jù)之前的設(shè)定進行故障診斷，并自動與電子圖紙連接，輔助技術(shù)人員進行故障維修。廣州蓄能水電廠的生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、電子圖紙系統(tǒng)及歷史故障處理數(shù)據(jù)為建立故障診斷系統(tǒng)奠定了良好基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

綜上所述，智能電網(wǎng)的發(fā)展越來越迅速，抽水蓄能電站是保證電網(wǎng)安全可靠運行的重要工具，抽水蓄能電站是智能電網(wǎng)不可分割的一部分，對智能電網(wǎng)的建設(shè)意義重大，并可創(chuàng)造良好的社會效益。