陽江抽水蓄能電站監控系統標準化設計

趙勇飛，白劍飛，張 彬，梁 彥，張 勰，汪德勤，張 茜，魯培權

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；2.南方電網調峰調頻發電有限公司，廣東 廣州 510635； 3.四川洪雅百花灘水力發電有限公司，四川 洪雅 620360）

1 概述

陽江抽水蓄能電站作為國家“十三五”水電發展規劃中，40萬kW級設備自主化依托項目，是目前國內已投運單機容量最大的抽水蓄能電站，并建成世界首條800 m水頭級鋼筋混凝土襯砌水道，電站已于2022年5月28日全面投產，在電網中承擔調峰、填谷、緊急事故備用，兼有調頻、調相和黑啟動任務。

在國家“以新能源為主體的新型電力系統建設”大發展戰略下，抽水蓄能是大規模風光發電上網的核心關鍵環節。預計至2030年我國將新增15億kW的新能源裝機規模，為了應對新能源大規模上網，需要配套5億kW的調節電源。其中，煤電靈活性改造可提供2.5億kW，抽水蓄能提供1.2億kW，新型儲能提供1.8億kW，用戶側提供0.5億kW。面對大規模的抽水蓄能電站建設需求，作為控制中樞的監控系統要求穩定可靠并能夠快速部署，為此在陽江抽水蓄能電站監控系統實施過程中，充分考慮了圖紙資料、人機界面、控制流程、系統功能的標準化設計。

2 系統結構

陽江抽水蓄能電站由監控系統實時監視與控制，系統采用分層分布式結構，現地控制層由布置在地下廠房、開關站和上、下庫等的多個LCU構成，LCU可對相關監控對象設備進行就地控制；中控層當前布置于地下廠房，未來遷移至地面中控室，主要設置有采集、監視、通信、存儲、自動控制等相關服務器及網絡、安防、對時設備等；電站由南網總調進行調度。

圖1 陽江抽蓄電站監控系統網絡拓撲圖

3 系統設計

陽蓄電站機組容量大、水頭高，技術難度高，針對機組監控對象和工況較多、工況轉換流程復雜，以及抽蓄電站在電網中與上級調度的關系比常規電站更為密切等特點，監控系統對圖紙、人機界面、控制流程、系統功能等進行了標準化設計與實現，達到了快速部署與安全投運效果。

3.1 圖紙設計

陽蓄監控系統圖紙設計在監控系統原有標準化圖紙模板的基礎上，充分吸收和借鑒已投運電站在圖紙設計、更新和維護階段的經驗，本著制圖風格統一、圖紙繪制清晰、接線圖紙繪制詳實、便于閱讀和檢索等原則，對圖框、圖頁內容、圖紙布局進行了詳細規劃。

按照設備功能單元進行分頁，并根據項目規模為各類圖頁進行了頁面預留，避免后期插入新圖頁影響圖紙原有檢索標注。根據實際設備屬性規劃設備符號繪制，繪制設備符號說明圖頁，便于圖紙閱讀。對屏柜內各設備接線圖以及屏柜對外接線圖進行了布局規劃和詳細標注，使圖紙更易于進行更新和維護。

3.2 界面設計

為提升抽水蓄能電廠的人機交互功能和界面設計的技術水平，規范計算機監控系統上位機監控畫面設計工作，降低值班干擾，提高監盤效率，規避誤操作風險。系統對畫面設置、畫面內容、畫面風格等要求進行標準化設計。

監控系統畫面包含電廠綜合畫面、機組各系統畫面、公共系統畫面。畫面按一致的風格和背景底色，遵循統一的顏色管理要求，由規范化的圖元、線條、設備圖案繪制形成，遵循最多雙擊兩次即可定位所需監控要素的便捷性要求，信號樹最多設置三級，畫面跳轉最多只允許設置兩層，畫面各圖元關聯測點均可通過右鍵快捷便捷獲取測點相關信息、曲線等。

監控系統畫面設置防誤操作設計，電廠各畫面、各二次確認窗口均設置有底紋，用于提醒值班員。監控系統涉及電氣設備操作的畫面均根據電氣五防要求，配置操作閉鎖邏輯，完成隔離操作后可在畫面上裝設標識牌，拆除標識牌方可執行恢復操作。

3.3 流程設計

機組設置發電、旋轉備用、發電調相、抽水、抽水調相、靜止和黑啟動運行等7種運行工況。控制流程上設計時充分考慮抽水蓄能電站工況和控制特點，采用流程模塊化分解和組合原則、運用模塊化思想實現流程組合的靈活性，并且結合面向設備對象的編程思想，設備操作的模塊化和接口化，滿足各種生產場景下各控制對象的控制需求，異常響應模式，運行過程中的配合需求等，充分考慮靈活性、獨立性、可擴性以及安全可靠性，同時方便流程在不同電站的復用。

控制程序設計除了要滿足機組正常生產工藝流程的要求，充分考慮各種特殊及緊急情況下設備的控制響應，以及設備與設備之間的安全閉鎖關系與時序要求，流程轉換的優先性，在安全可靠的基礎上構建機組控制程序設計模型。

機組工況轉換流程按照既定邏輯自動執行，同時具備單步執行功能，單步執行時不設置流程步執行超時跳閘功能；當流程跨步條件滿足時，操作人員點擊單步執行按鈕執行下一步操作，若跨步條件不滿足，單步執行按鈕點擊無效；流程單步執行和自動執行模式可隨時切換，且不能影響流程的正常執行。

3.4 功能設計

監控系統滿足電站常規監視與操作、數據采集與處理、運行計算和數據交換、調度通信以外，針對抽水蓄能機組的高度自動化和高級應用要求需求，設置自動發電/抽水控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）功能、抽水發電能力計算等。

（1）AGC功能根據電站實際情況考慮約束條件，以迅速、經濟的方式控制整個抽水蓄能電站有功功率的發出和吸收，根據預先設定規則對處于成組控制的機組自動開停機，從而滿足電力系統的需求。原始輸入數據包括負荷給定值、容量給定值、負荷曲線、水位、負荷實時值等，上述原始輸入數據可通過不同方式進入監控系統，如人機聯系、數據采集等。根據相關邏輯進行自動開停機、自動啟停泵，自動負荷調節。為確保安全，系統對AGC功能所需的各有關參數進行合理性檢測或相關數據檢測。當檢測到異常數據、突變數據等，系統可進行合理性判斷，并自動閉鎖AGC功能，防止發生誤動。

（2）AVC功能根據上級調度、電站的要求及安全運行約束條件、P-Q曲線，完成量測采集、策略計算、控制調節、異常響應、安全約束限制等，考慮進相運行深度限制，機端電壓限制，定子、轉子電流的限制，合理分配機組間的無功功率，經機組控制單元調節機組勵磁，維持母線電壓于給定的變化范圍內。在受控母線電壓、機組無功、機組有功、機端電壓、機端電流、勵磁電流、廠用電電壓等重要電氣量出現擾動大于閾值時，閉鎖全廠AVC控制，擾動消失后延時 10 s恢復。相關電氣量越限時AVC暫停控制并閉鎖上/下調節，擾動消失后，恢復AVC正常控制。

（3）抽水發電能力計算

通過上下庫自動采集水位信號，實時進行上、下庫當前庫容、死水位庫容計算，并根據機組運行情況，進行可發電、抽水時間，可溢流發電、抽水時間，上、下庫一級高可發電、抽水時間計算，建議發電、抽水方案等抽水發電能力計算，并具備警戒報警功能。

4 結束語

陽江抽水蓄能電站的順利投產，監控系統運行穩定可靠，運行期間零跳機。為國內后續大規模建設同類電站奠定了堅實技術基礎，面對大規模的抽水蓄能電站建設需求，作為控制中樞的監控系統標準化設計、快速部署與投運極為重要。