抽水蓄能電站及水電廠智能化建設(shè)實踐研究

王彬

【摘要】本文針對抽水蓄能電站和水電廠，介紹其智能化建設(shè)主要并在此基礎(chǔ)上對自動化系統(tǒng)組成進行深入分析，并提出智能化建設(shè)途徑，旨在為實際的智能化建設(shè)工作提供可靠的參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】抽水蓄能電站;水電廠;智能化建設(shè)

為適應(yīng)社會發(fā)展對電能生產(chǎn)與供應(yīng)提出的要求，當前的抽水蓄能電站與水電廠都將智能化作為建設(shè)和發(fā)展目標。而在實際的建設(shè)和發(fā)展進程中，需要解決很多方面的復(fù)雜問題，使智能化建設(shè)與發(fā)展達到預(yù)期的目標。

1.智能化建設(shè)意義

近幾年，在經(jīng)濟發(fā)達的國家和地區(qū)相繼開始了智能化電網(wǎng)的分析研究與工程建設(shè)，同時，我國也正在大力推進智能化電網(wǎng)相關(guān)工程建設(shè)，國網(wǎng)公司正致力于分析研究與建設(shè)將特高壓電網(wǎng)作為核心骨干網(wǎng)架，不同級別電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)發(fā)展，且具備互動化特征、信息化特征、數(shù)字化特征與自動化特征的新型智能化電網(wǎng)[1]。抽水蓄能電站在電網(wǎng)調(diào)度環(huán)節(jié)中屬于重要組成部分之一，它的智能化建設(shè)與發(fā)展是將來很長一段時間的主要方向及目標。通過多年以來的努力，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進步，目前我國的抽水蓄能電站已經(jīng)可以實現(xiàn)很多系統(tǒng)的自主化，包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其自動化水平現(xiàn)階段已經(jīng)可以達到國際先進水平。然而，相應(yīng)的接口標準及技術(shù)規(guī)范還未能達到統(tǒng)一，使得不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)共享，智能化和一體化的程度均相對較低，無法最大限度發(fā)揮不同系統(tǒng)的功能，和預(yù)期的智能化電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展要求還有很大的差距。就目前來看，智能化電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展已經(jīng)在變電這一環(huán)節(jié)得到了很大的進步，相應(yīng)的技術(shù)達到基本成熟，作為智能化電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的重要標準體系，IEC 61850標準已經(jīng)在很多智能化變電站當中得到成功運用，同時取得了良好的實際效果。伴隨水電廠中監(jiān)控通信系統(tǒng)新標準的相繼發(fā)布，可以為電站未來的智能化建設(shè)及發(fā)展提供可靠技術(shù)支撐。對智能化的抽水蓄能電站進行建設(shè)，使所有設(shè)備實現(xiàn)智能化目標，并使信息實現(xiàn)數(shù)字化、使通信實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、使集成實現(xiàn)標準化、使數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享化、使運管實現(xiàn)一體化、使業(yè)務(wù)實現(xiàn)互動化、使運行實現(xiàn)最優(yōu)化、使決策實現(xiàn)智能化，以此從本質(zhì)上保證電站運行安全，提高可靠性與經(jīng)濟運行水平，使網(wǎng)、廠之間達到智能協(xié)調(diào)，最終使效益達到最大化[2]。

2.自動化系統(tǒng)組成

根據(jù)智能化變電站工程設(shè)計基本要求，在智能化抽水蓄能電站當中，自動化系統(tǒng)主要包括一次設(shè)備與二次設(shè)備，其中，一次設(shè)備用于實現(xiàn)智能化，二次設(shè)備用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。以現(xiàn)有通信協(xié)議為依據(jù)，系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)主要分成三個層次，即過程層、現(xiàn)地控制層與系統(tǒng)層。其中，系統(tǒng)層和現(xiàn)地控制層之間采用系統(tǒng)層進行相連，而現(xiàn)地控制層和過程層之間主要采用過程網(wǎng)絡(luò)進行相連。

這三個系統(tǒng)層次的組成、功能和特點如下：

2.1系統(tǒng)層

根據(jù)電站的智能化建設(shè)基本要求，系統(tǒng)層以一體化平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的實際應(yīng)用，主要由主機、操作員站、遠動通信裝置、保護信息系統(tǒng)與其他不同的功能工作站幾個部分組成，能對全廠進行實時監(jiān)控，并兼顧信息處理，對廠網(wǎng)進行動態(tài)的自動控制和智能化調(diào)節(jié)。另外，還能在在線分析基礎(chǔ)上提供決策支持[3]。

2.2現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層主要由以下幾個部分構(gòu)成：（1）LCU單元;（2）調(diào)速器系統(tǒng);（3）勵磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng);（4）SFC系統(tǒng);（5）繼保系統(tǒng);（6）在線監(jiān)測系統(tǒng)。不同的自動化系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)信息進行匯總，并完成統(tǒng)計運算，進行操作與保護，可提供標準接口，在這一標準接口的支持下，能將設(shè)備信息傳輸?shù)揭惑w化平臺當中。

2.3過程層

過程層是一、二次設(shè)備之間的接合面，采用以下幾個部分構(gòu)成：（1）自動化元件;（2）變送器;（3）電子互感器;（4）合并單元;（5）智能終端，主要負責對實時運行信息進行采集，對設(shè)備的實際運行狀態(tài)進行監(jiān)測與操控[4]。

3.智能化建設(shè)途徑

在當前的智能化應(yīng)用過程中，二次智能設(shè)備得到了很快的發(fā)展，進展迅猛，但相比之下一次智能設(shè)備的實際進程相對較慢，在較短的時間期限內(nèi)，根本不會實現(xiàn)重大的技術(shù)改進和突破，所以想要實現(xiàn)預(yù)期的智能化目標，需要很長的時間，整個過程既復(fù)雜又困難。

首先在建設(shè)過程中應(yīng)嚴格遵循以下基本原則：對抽水蓄能電站進行的智能化建設(shè)會涉及很多方面，包括生產(chǎn)、運行和維護管理，不僅規(guī)模很大，而且結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，所用技術(shù)的難度很高，整個建設(shè)周期也較長，是一個規(guī)模較大的系統(tǒng)性工程。為了提高建設(shè)起點及水平，使全廠不同系統(tǒng)均實現(xiàn)統(tǒng)一管理與有效互動，防止重復(fù)性建設(shè)，應(yīng)嚴格遵循統(tǒng)一規(guī)劃和分步實施的基本原則來開展總體規(guī)劃。在實現(xiàn)智能化目標基礎(chǔ)上，進行智能化建設(shè)時，需要以進度要求為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，按照整個系統(tǒng)的總體層次構(gòu)架來開展規(guī)劃設(shè)計，分成多個層次與階段來開發(fā)建設(shè)，同時要和將來的技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)，使不同系統(tǒng)之間實現(xiàn)有序耦合，防止造成投資浪費[5]。

其次要確定合理有效的實施路線，考慮到當前的智能化開關(guān)組件還不夠成熟與穩(wěn)定，與之相關(guān)的技術(shù)標準還不夠完善，所以對于抽水蓄能電站而言，其智能化建設(shè)可以按照下列兩個階段進行分段實施：

3.1二次設(shè)備的智能化階段

根據(jù)實際情況，這一階段的重點內(nèi)容為對二次智能設(shè)備進行開發(fā)，使二次設(shè)備的通信實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、使集成實現(xiàn)標準化、使數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享化、使運行管理實現(xiàn)一體化、使業(yè)務(wù)實現(xiàn)互動化，以此保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，并提高實時性與可靠性。在這一階段當中，系統(tǒng)為兩層結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)層與現(xiàn)地控制層，使這兩層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)智能化，暫時不進行過程層的建設(shè)，而一次設(shè)備仍然采用傳統(tǒng)設(shè)備與連接方法。選擇具體的二次設(shè)備時，優(yōu)先考慮支持通用協(xié)議的，如果無法支持，則可借助規(guī)約轉(zhuǎn)換器來連接。完成這一階段的建設(shè)任務(wù)后，能大幅提高智能化水平，實現(xiàn)對系統(tǒng)性能的有效優(yōu)化[6]。

3.2一次設(shè)備的智能化階段

這一階段的重點在于對一次智能設(shè)備研發(fā)，使一次設(shè)備的通信實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與智能化，使系統(tǒng)控制操作達到穩(wěn)定與實時。在此階段中，重點對過程層進行智能化建設(shè)，同時對過程層與現(xiàn)地控制層進行的智能化建設(shè)予以完善，從之前一個階段的兩層結(jié)構(gòu)過度至三層結(jié)構(gòu)，此時需開始大量使用不用的智能化電子設(shè)備，形成的自動化系統(tǒng)可以為協(xié)議提供可靠支持，高級應(yīng)用功能與智能決策系統(tǒng)都能為電站的自動化運行提供指導(dǎo)，從而使抽水蓄能電站的自動化系統(tǒng)實現(xiàn)智能化目標。通過多年的努力，在對抽水蓄能電站進行深入分析和研究的基礎(chǔ)上，我國目前已經(jīng)全面掌握了其自動化關(guān)鍵技術(shù)，并開始自主研發(fā)相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。國網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院早在2009年就開始了對水電廠智能化的分析和研究，現(xiàn)在已經(jīng)完成了很多電廠的智能化研究與改造。通過大量的研究與實踐，相關(guān)研究單位已經(jīng)成功積累了很多智能化改造工作經(jīng)驗，為將來的智能化研究與建設(shè)打下了堅實基礎(chǔ)[7]。

4.結(jié)束語

綜上所述，在可再生能源用于發(fā)電行業(yè)的不斷發(fā)展與智能化電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展過程中，對抽水蓄能電站進行智能化建設(shè)，在整個抽水蓄能行業(yè)是一個重要的發(fā)展方向。智能化的抽水蓄能電站涵蓋建設(shè)、運行和管理等在內(nèi)的所有方面，是一項長期且復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，必須得到不同專業(yè)的支持與協(xié)調(diào)配合。與此同時，智能化的抽水蓄能電站，其規(guī)劃設(shè)計與實施能為行業(yè)未來發(fā)展提供指引，促使行業(yè)向規(guī)范化、智能化與標準化等方向發(fā)展?；诖?，相關(guān)人員必須適應(yīng)形勢變化，努力拓展思路，及時轉(zhuǎn)變觀念，不斷進取，盡快將研究成果用于實踐過程，為抽水蓄能事業(yè)未來發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻

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[作者單位：中廣核新能源投資（深圳）有限公司湖北分公司]???

【中圖分類號】TU271.1

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）07-0048-02