抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)研究與實踐分析

王宇 王英旭 張文豪 徐澤文

摘要：國家電力系統(tǒng)正處于快速發(fā)展建設(shè)階段，電力設(shè)備數(shù)字化趨勢和信息化技術(shù)日漸成熟，而互聯(lián)網(wǎng)+、AI人工智能、3DVisualization等工具的發(fā)展為抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支撐。為了適應(yīng)電網(wǎng)智能化對電能生產(chǎn)供應(yīng)產(chǎn)生的相應(yīng)要求，水蓄能電站及水電廠在實際智能化建設(shè)發(fā)展過程中，需要積極開拓新思路，科學(xué)應(yīng)用可再生能源解決諸多復(fù)雜問題，在保障電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的同時，積極促使抽水蓄能電站及水電廠的智能化建設(shè)發(fā)展，以此創(chuàng)造良好的社會效益。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站;水電廠;智能化建設(shè)

引言：

國內(nèi)抽水蓄能電站雖然起步晚，但因后發(fā)效應(yīng)強(qiáng)勁，所以起點相對較高，技術(shù)已處于全球領(lǐng)軍水準(zhǔn)。抽水蓄能電站是電網(wǎng)智能化的重要組成部分，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)負(fù)荷低時多余的電能轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)高峰時的高價值電能，十分適用于調(diào)頻和調(diào)相，對穩(wěn)定電力系統(tǒng)的周波和電壓來講十分必要，同時可以作為事故備用，提升系統(tǒng)中火電站、核電站效率。抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)屬于綜合性、長期性、全局性相對系統(tǒng)化的工程，能夠更好地高效利用電力資源，故此，本文首先針對抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)進(jìn)行簡要概述，進(jìn)而將智能化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，針對性提出智能化建設(shè)路徑，目的在于為抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)研究與實踐分析提供相應(yīng)參考。

1抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)的重要價值

電網(wǎng)智能化是建立在集成、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感、測量、設(shè)備、控制方法及決策支撐系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，以此實現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的友好使用，國家大力推動電網(wǎng)智能化的建設(shè)，致力建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以信息化、自動化、互動化為特征的智能電網(wǎng)，以此全面提升電網(wǎng)安全性、經(jīng)濟(jì)適用性、互動性[1]。

抽水蓄能電站是電網(wǎng)智能化調(diào)度環(huán)節(jié)中的重要組成部分，是穩(wěn)定器也是平衡器，其憑借儲能強(qiáng)大和壽命較長的特點，在電力系統(tǒng)中的普及相對廣泛，能夠有效解決風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電問題，促使新能源電力穩(wěn)定輸出，能夠有效消除大規(guī)模新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，為新能源可持續(xù)發(fā)展和使用提供強(qiáng)大支撐，因此，在未來發(fā)展階段中，抽水蓄能電站的智能化建設(shè)將會是長久的發(fā)展內(nèi)容，可以參與到新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)服務(wù)中，綜合效益將會更加顯著，承載著電力系統(tǒng)安全供電、清潔低碳、高效運(yùn)行的重要職能。伴隨科技的進(jìn)步，抽水蓄能電站歷經(jīng)多年的發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)國內(nèi)自主化，已經(jīng)掌握抽水蓄能電站的核心技術(shù)，自主化系統(tǒng)涉及到計算機(jī)監(jiān)控、勵磁、調(diào)速和保護(hù)系統(tǒng)等，通過自主調(diào)試，已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)多個抽水蓄能電站，自動化水平達(dá)到國際水準(zhǔn)。

為了推動抽水蓄能電站在未來高質(zhì)量的發(fā)展，共同推進(jìn)抽水蓄能開發(fā)智能化管控、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，圍繞“雙碳”目標(biāo)，高質(zhì)量做好抽水蓄能“十四五”規(guī)劃，在科技創(chuàng)新上加強(qiáng)抽水蓄能核心智能技術(shù)攻關(guān)，攻克智能一體化技術(shù)難題仍然需要持續(xù)突破。就目前來看，深入應(yīng)用研究“大云物移智聯(lián)鏈”等新技術(shù)布局?jǐn)?shù)字化智能電站建設(shè)，才能最大限度發(fā)揮不同系統(tǒng)功能，實現(xiàn)預(yù)期的電網(wǎng)智能化目標(biāo)，作為電網(wǎng)智能化重要標(biāo)準(zhǔn)體系，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在變電環(huán)節(jié)運(yùn)用中取得成熟效果，實現(xiàn)了國內(nèi)智能變電站工程運(yùn)作標(biāo)準(zhǔn)化，同時，伴隨水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)參與到水電廠監(jiān)測控制中，能夠在未來實現(xiàn)水電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，為智能化抽水蓄能電站建設(shè)提供較為可靠的系統(tǒng)技術(shù)支撐[2]。

2抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1系統(tǒng)層

根據(jù)抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)要求，系統(tǒng)層將一體化平臺作為基礎(chǔ)支撐，多業(yè)務(wù)系統(tǒng)并行，通過主機(jī)、操作站、通信裝置和功能工作站協(xié)同配合，形成核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，能夠進(jìn)行實時監(jiān)控、信息分析整理、智能化協(xié)調(diào)、在線智能分析等決策支持。

2.2現(xiàn)地控制層

根據(jù)現(xiàn)地控制層功能，主要由數(shù)據(jù)采集處理裝置、信息顯示裝置、順序控制裝置和過程控制裝置共同組成，主要包含LCU現(xiàn)地控制單元、調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)（功率單元、調(diào)節(jié)器）、SFC集中控制管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等。不同的系統(tǒng)針對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行信息的實時分析匯總，并且完成高速統(tǒng)計運(yùn)算，便于進(jìn)行操作和保護(hù)，同時可以提供相應(yīng)接口，在接口的支持之下，能夠?qū)⑿畔⒖焖賯鬏數(shù)街悄茈娋W(wǎng)一體化平臺中。

2.3過程層

過程層是模擬量、開關(guān)量采集和控制命令的執(zhí)行層，主要完成電力運(yùn)行電氣量檢測、運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)參數(shù)檢測、操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。智能變電站擁有過程層，設(shè)備包含發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、斷路器、隔離開關(guān)、電流電壓互感器、合并單元和智能終端[3]。

3抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)的主要路徑

3.1一次設(shè)備的智能化建設(shè)

抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)中的一次設(shè)備主要指的是直接用在生產(chǎn)使用電能、保護(hù)電器和接通斷開電路的電器設(shè)備，在抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)過程中，要優(yōu)先對過程層開展智能化建設(shè)，同時對現(xiàn)地控制層的智能化建設(shè)予以科學(xué)完善。具體建設(shè)可以根據(jù)如下方法進(jìn)行，首先將系統(tǒng)層、現(xiàn)地控制層的分布結(jié)構(gòu)過渡為三層結(jié)構(gòu)，其次，使用大量全球通用標(biāo)準(zhǔn)的智能化電子設(shè)備，為自動化運(yùn)行提供支持，實現(xiàn)抽水蓄能電站及水電廠智能化系統(tǒng)的智能監(jiān)測和智能控制。經(jīng)過多年的研究與實踐分析，國內(nèi)有關(guān)單位已經(jīng)成功掌握自主研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，成功積累相應(yīng)智能化建設(shè)經(jīng)驗，為未來智能化建設(shè)夯實基礎(chǔ)[4]。

3.2二次設(shè)備的智能化建設(shè)

在抽水蓄能電站及水電廠的二次設(shè)備的智能化建設(shè)中，主要通過二次設(shè)備的安裝標(biāo)準(zhǔn)化提升系統(tǒng)的智能化建設(shè)水平，促使集成標(biāo)準(zhǔn)化，在二次設(shè)備的智能化建設(shè)過程中實施繼電保護(hù)，和抽水蓄能電站及水電廠運(yùn)行條件的復(fù)雜性相吻合，通過科學(xué)配置繼電保護(hù)，能夠確保跳閘輸出和設(shè)置數(shù)值的合理性，以此保證系統(tǒng)穩(wěn)健運(yùn)行，提升實時性和可靠程度。在此建設(shè)階段，暫時不進(jìn)行過程層建設(shè)，選擇二次設(shè)備的過程中，要優(yōu)先選擇支持通訊協(xié)議的設(shè)備，對于不支持通訊協(xié)議的設(shè)備，可以通過規(guī)約轉(zhuǎn)換器進(jìn)行可靠連接。二次設(shè)備的智能化建設(shè)完成后能夠大幅度提升抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)水準(zhǔn)，通過二次設(shè)備通信實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，運(yùn)行管理一體互動，對智能系統(tǒng)的性能優(yōu)化程度有效提升[5]。

結(jié)論：

綜上所述，智能化抽水蓄能電站及水電廠能夠更加高效地實現(xiàn)電力資源的開發(fā)利用，快速帶動電力行業(yè)跟從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步。抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)屬于一項長期工程，在建設(shè)運(yùn)行與管理等方面需要不同專業(yè)的大力支持與配合，所以，要通過科學(xué)規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)抽水蓄能電站及水電廠，促使其發(fā)揮出重要作用，促使電網(wǎng)總體燃料得以節(jié)省，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本，提升電網(wǎng)可靠性，推動行業(yè)朝向規(guī)范化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向前行。

參考文獻(xiàn)：

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