基于智能電網的抽水蓄能電站智能化分析

李 健，牟 明，孫圣博，鄭姍姍，楊連夫

(1.遼寧清原抽水蓄能有限公司， 遼寧 撫順 113300；2.遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司， 遼寧 丹東 118000)

0 引言

在我國科技高速發展的過程中，人工智能、通信、計算機等技術應用到電網建設中，在此基礎上出現智能電網。與以往電網相比，智能電網具備運行可靠、安全等優點，可以通過傳感器檢測電網中配電、輸電、發電與供電等設備，及時發現各類設備出現的問題并進行控制。智能電網擁有自愈功能，可以通過數據檢索找到故障元件，并將其從系統中分割出去，由此保證系統不會因設備故障問題受到影響，可以按照設定要求，完成電力輸送工作，提高電網運行效率與質量。

1 抽水蓄能電廠在智能電網中的作用

1.1 改善經濟發展環境

我國能源需求、不可再生資源產量分布處于非均衡狀態，可再生資源集中于北部，不可再生資源位于西部，而對資源需求較大的區域位于我國中部。為滿足各區域民眾對資源的需求量，應該科學地分配各地區的資源，智能電網出現為資源合理劃分提供了助力。智能電網可以大范圍地開發不可再生資源，實現資源跨區域傳輸。以往可再生資源進行遠距離傳輸，會在輸送環節損耗不少的資源，并且難以在短時間內完成資源的傳輸任務。抽水蓄能電站可以強化受端電網調節能力，有效降低輸電環節能源損失。智能電網優化內部結構，對能源傳輸有巨大的作用，提高新能源分配的合理性與有效性，推動區域經濟發展[1]。

1.2 推動新能源發展

在我國不可再生資源日益減少的背景下，使用可再生能源發電成為國家高度關注的內容，在此階段海洋資源、太陽能、風能成為替換資源，擁有較大的發展潛力。相應能源可以長時間應用，滿足人們對能源的大部分需求，達到促進區域經濟發展的目的。但是風能、太陽能等能源受到季節與地理環境的影響，致使資源在應用時具備間歇性、流動性、隨機性等特點，在并入電網時可能出現電壓波動或電網頻率偏差等情況。通過研究發現，在總裝機容量中可再生資源裝置容量超過1/10，會對局部電網運行形成一定的影響[2]。

中國很多地區仍然選擇火力發電的形式，如果僅應用火電機組無法結合實際情況進行調節，會使新能源在并網時受到限制，對新能源大范圍普及會形成一定的制約。使用智能電網可以解決傳統火電機組在新能源并網方面的限制問題。

1.3 調峰填谷

調峰填谷在抽水蓄電站用電高峰階段起到不小的作用，可以釋放電能，由此提高電網運行的穩定性。在用電低谷時存儲電荷，可以控制火電機組深度調峰的啟動次數，提高電網在能源方面的利用水平[3]。

1.4 調頻調相

抽水蓄能機組在電網頻率波動時可以通過一次調頻功能，回應頻率變化，調整抽水蓄能機組，將電網頻率恢復至正常區域。如果抽水蓄能電站接受AGC負荷指令，可以在優化控制原則下分配機組，調整電站總功，將系統頻率維持在一定區間。在發電調和、發電、抽水調和與抽水等4種情況下，抽水蓄能機組可以通過無功功率調節，達到電網電壓控制目的。利用吸收無功功率的方式，可以降低電網電壓，達到智能電網在供電質量方面的要求，提高智能電網運行的穩定性與安全性。

在我國科學技術高速發展過程中，應該加大抽水蓄能電站在智能化方面的研究力度，關注抽水蓄能電站自動化系統的設計工作，使用自動化技術推動生產建設。我國自主研發的自動化系統技術，已經應用在很多區域，具備操作便捷、運行穩定等特征，可以發揮抽水蓄能電站的作用，抽水蓄能發電原理如圖1所示。

2 智能化抽水蓄能電站的實施途徑

抽水蓄能電站智能化需要同步調整一次與二次設備，這是實現抽水蓄能電站智能化的前提。目前二次設備智能化發展進度較快，一次設備智能化發展應該成為相關人員高度關注的內容，同時加大技術研發力度，由此可以提高一次設備的智能化水平，為抽水蓄能電站智能化發展提供條件。在新型能源開發規模日益壯大的過程中，對電能的需求量逐漸增加。抽水蓄能電站應該隨著大眾對電能的需求改變同步發展。抽水蓄能電站在工作中尚存在不少問題，對人力與財力等資源有較高的需求。為提高抽水蓄能電站運行水平，應該引入現代先進技術，推動抽水蓄能電站朝智能化方向發展。在企業建設環節，會遭遇運行生產與維護的一系列問題，其中很多內容對技術有不少的要求。智能化體系建設結構繁雜，在建設階段應該通過統一規劃，合理布局，規避重復建設的狀況。企業應該結合實際狀況進行控制，提高資源利用率。目前開關組件與傳感器已得到一定的優化，但是相關組件開發程度尚未達到穩定水平。下面從一次設備和二次設備智能化2個層面進行剖析，分析抽水蓄能電站的智能化建設[4]。

圖1 抽水蓄能發電原理圖

2.1 一次設備智能化

一次設備智能化需要增強對信息通信、綜合監控保護等技術的融合程度，滿足業務流、信息流與電力流一體化需求。為進一步提高設備系統運行的穩定性，應該加強對電力流、業務流、信息流的融合控制力度，一次設備智能化可以通過監測設備掌握設備運行情況，通過數據分析判斷設備運行狀態，及時發現存在的隱患。操作人員結合掌握的信息可以及時進行預防，并與維修部門聯系，讓技術人員維修設備。在設備未發生故障時，通過系統掌握的情況進行分析，及時發現故障隱患，通過算法判斷設備發生故障的概率，對已發生故障的設備進行控制。一次設備智能化必須擁有較強的信息通信能力，可以實時監測設備運行情況，一次設備為二層結構，主要由系統層與現地層組成。經過技術優化，目前一次設備也慢慢發展為包含過程層、現地層與系統層的三層結構。在抽水蓄能電站中使用大量的智能電子設備，應該加強設備系統的控制力度，各類設備均支持IEC61850協議。通過智能化決策與其他功能，提高電站運行的穩定性與安全性[5]。

2.2 二次設備智能化

在二次設備智能化發展中，應將工作重點投放在一體化數據平臺、二次智能設備高級智能應用、軟件開發等方面，需要提高智能制造在二次設備中的融入程度，引導二次設備朝集成、標準化、運營一體化、通信網絡化、數據共享化、運行最優化、業務互動化、決策智能化等方向發展，提高抽水蓄能電站運行的可靠性、穩定性與安全性。優化二次設備結構，提高設備的智能水平，可以帶來較高的經濟效益。

在二次設備智能化發展時，需要實現廠與網的智能協調，由此可以在以往基礎上進一步提高電網運行的實時性與穩定性。研究二次設備智能化時，需要增加對智能設備調整工作的關注程度，通過科學手段減少二次設備發生故障的概率，提高該設備運行的穩定性。選擇二次設備時，應該盡可能挑選支持ICE6E850協議的設備，同時對于暫不支持該協議的設備，可以借助規約轉換器，將設備連接起來。研究二次設備智能化時，從抽水蓄能電站使用需求層面出發，引導二次設備朝標準化、共享化、一體化與工程化等方面發展，提高二次設備運行的可靠性與穩定性。在系統運行機制優化方面，應該加大對系統結構的管控程度，需要引導現地層、系統層朝智能化方向發展。

抽水蓄能電站在智能化發展時，應該引導二次設備與一次設備朝智能化方向發展，優化設備系統內部結構，可以提高系統的運行性能[6]。

3 結語

在智能電網發展期間，技術人員應該調整在抽水蓄能電站方面的建設觀念，優化自身結構，由此提高電網運行的穩定性與安全性。抽水蓄能電站為智能電網的重要構成部分，需要加強該領域的研究力度，通過實驗不斷優化智能電網設備結構的設計參數，建立各類信息化系統，推動智能電網可靠、安全的發展。