基于智能電網(wǎng)的抽水蓄能電站智能化分析

梁?jiǎn)⒎?，李文?/p>

（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(guò)傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電及供電等設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(yùn)行，保障電能質(zhì)量及電網(wǎng)工作效率。抽水蓄能機(jī)組在電力系統(tǒng)中有很多不同的功能，對(duì)智能電網(wǎng)的運(yùn)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(guó)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(zhǎng)和存儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，可用于國(guó)家電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰與黑啟動(dòng)。抽水蓄能電站可有效解決風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電問(wèn)題，對(duì)頻率及相位的變化觀測(cè)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(huì)造成電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，抽水蓄能電站可消除大規(guī)模新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，對(duì)新能源的可持續(xù)發(fā)展有重要作用，為新能源的開(kāi)發(fā)及使用提供支撐[1]。

智能電網(wǎng)是我國(guó)電網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展方向，智能電網(wǎng)的應(yīng)用與國(guó)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(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行安全評(píng)估及連續(xù)分析，預(yù)警功能較強(qiáng)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障并將故障隔離，防止故障影響進(jìn)一步擴(kuò)大。智能電網(wǎng)可合理接入再生資源，對(duì)用戶(hù)間的高效互動(dòng)有很大幫助。由于用戶(hù)的電力需求不同，智能電網(wǎng)可以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的不同電力需要，并對(duì)此進(jìn)行集成及優(yōu)化，使不同用戶(hù)共享一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)可以合理配置資源，降低運(yùn)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(fēng)能、太陽(yáng)能和海洋資源的發(fā)展空間較大，可持續(xù)利用時(shí)間較長(zhǎng)，可以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)能源的需求，對(duì)環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等有很大的促進(jìn)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(jī)性、波動(dòng)性與間歇性等特點(diǎn)，在并入電網(wǎng)過(guò)程中容易引起電網(wǎng)頻率偏差或電壓波動(dòng)。研究表明，如果可再生資源的裝機(jī)容量超過(guò)總裝機(jī)容量的10%，會(huì)影響局部電網(wǎng)的正常運(yùn)行。在火電資源占比較大地區(qū)，僅使用火電機(jī)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(duì)新能源的普及有很大影響。

2.2 改善經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

我國(guó)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(shí)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(kāi)發(fā)不可再生資源，可再生資源的跨地區(qū)輸送，不僅耗時(shí)長(zhǎng)還會(huì)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(guò)程中的損失，提升電網(wǎng)大范圍能源輸送能力，對(duì)電網(wǎng)優(yōu)化有重要作用，可實(shí)現(xiàn)新能源的合理分配，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。

2.3 調(diào)頻調(diào)相

電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，抽水蓄能機(jī)組一次調(diào)頻功能對(duì)頻率變化會(huì)有所回應(yīng)，并調(diào)整抽水蓄能機(jī)組，將其調(diào)整為負(fù)荷出力，使電網(wǎng)頻率自動(dòng)恢復(fù)到正常使用范圍。抽水蓄能電站可以實(shí)時(shí)接受AGC負(fù)荷指令，按照設(shè)定的優(yōu)化控制原則進(jìn)行機(jī)組分配，對(duì)電站的總出力進(jìn)行調(diào)整，將系統(tǒng)頻率控制在一定范圍內(nèi)。抽水蓄能機(jī)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(guò)調(diào)節(jié)無(wú)功功率達(dá)到提高電網(wǎng)電壓的目的，也可以通過(guò)吸收無(wú)功功率來(lái)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(yùn)行。

2.4 調(diào)峰填谷

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

3 對(duì)于廣州蓄能水電廠的改進(jìn)

對(duì)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(jī)組響應(yīng)快速性及機(jī)組運(yùn)行可靠性?xún)煞矫孢M(jìn)行分析。

3.1 機(jī)組相應(yīng)快速性

要提高抽水蓄能電廠響應(yīng)速度，需要對(duì)電廠機(jī)組進(jìn)行調(diào)控，廣州蓄能水電廠機(jī)組可以通過(guò)調(diào)度AGC直接進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷調(diào)節(jié)由溫度AGC發(fā)出。智能電網(wǎng)通過(guò)大量的傳感器對(duì)電力系統(tǒng)的部分設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以將相關(guān)線路的重要預(yù)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(jī)組加減負(fù)荷的時(shí)機(jī)。

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(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)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(tái)組機(jī)的一次調(diào)頻投入運(yùn)行已久，根據(jù)實(shí)際測(cè)量情況及各項(xiàng)指標(biāo)可知，一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間滿(mǎn)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(mǎn)足一次調(diào)頻的相關(guān)規(guī)定。但也存在負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)間和一次頻率最大負(fù)荷調(diào)整幅度用時(shí)較長(zhǎng)的情況，不能達(dá)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(mǎn)負(fù)荷，而二廠要5 min左右才可以帶上滿(mǎn)負(fù)荷。抽水蓄能機(jī)組啟停時(shí)間的影響因素主要有兩個(gè)，一是機(jī)組設(shè)備，在機(jī)組啟停過(guò)程中，各種設(shè)備啟停時(shí)間不一樣，耗時(shí)最多的是球閥和轉(zhuǎn)子升速過(guò)程[4]。可以通過(guò)設(shè)備改進(jìn)與換型提升反應(yīng)速度，以此縮減啟停時(shí)間，也可通過(guò)更智能化和數(shù)字化的傳感和變送元件縮短機(jī)組啟停時(shí)間。二是控制機(jī)組啟停流程的程序設(shè)計(jì)，高效合理的機(jī)組啟?？刂屏鞒?，可以有效縮短機(jī)組啟停時(shí)間。在機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，對(duì)機(jī)組流程進(jìn)行仔細(xì)研究，可進(jìn)一步優(yōu)化順控程序，縮短啟停時(shí)間?，F(xiàn)在廣州蓄能水電廠一廠發(fā)電時(shí)球閥要打開(kāi)一半才可以啟動(dòng)調(diào)速器，通過(guò)改進(jìn)打開(kāi)1/4左右就可以啟動(dòng)調(diào)速器。二廠機(jī)組的部分流程命令與設(shè)備不匹配，通過(guò)改進(jìn)使一步操作流程只能操作一個(gè)設(shè)備[5]。

3.2 機(jī)組運(yùn)行可靠性

建立全面的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，抽水蓄能水電廠數(shù)字化是必然的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)現(xiàn)在所掌握的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搜集整理機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)建立完整的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)都會(huì)影響系統(tǒng)故障及運(yùn)行狀態(tài)分析，且這些系統(tǒng)是獨(dú)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(jī)組狀態(tài)及變化趨勢(shì)提供便利，并為制定相應(yīng)的檢修及維護(hù)規(guī)則提供依據(jù)。另外，還可以利用這些數(shù)據(jù)建立預(yù)警系統(tǒng)，方便技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)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(yàn)豐富的技術(shù)人員。在發(fā)生故障時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)之前的設(shè)定進(jìn)行故障診斷，并自動(dòng)與電子圖紙連接，輔助技術(shù)人員進(jìn)行故障維修。廣州蓄能水電廠的生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(lái)越迅速，抽水蓄能電站是保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)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(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)意義重大，并可創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。