抽水蓄能電站及水電廠智能化建設研究與實踐分析

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)展建設階段，電力設備數(shù)字化趨勢和信息化技術日漸成熟，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提供了強有力的支撐。為了適應電網(wǎng)智能化對電能生產(chǎn)供應產(chǎn)生的相應要求，水蓄能電站及水電廠在實際智能化建設發(fā)展過程中，需要積極開拓新思路，科學應用可再生能源解決諸多復雜問題，在保障電力系統(tǒng)安全、可靠運行的同時，積極促使抽水蓄能電站及水電廠的智能化建設發(fā)展，以此創(chuàng)造良好的社會效益。

關鍵詞：抽水蓄能電站;水電廠;智能化建設

引言：

國內(nèi)抽水蓄能電站雖然起步晚，但因后發(fā)效應強勁，所以起點相對較高，技術已處于全球領軍水準。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)負荷低時多余的電能轉化為電網(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進行簡要概述，進而將智能化系統(tǒng)結構進行分析，針對性提出智能化建設路徑，目的在于為抽水蓄能電站及水電廠智能化建設研究與實踐分析提供相應參考。

1抽水蓄能電站及水電廠智能化建設的重要價值

電網(wǎng)智能化是建立在集成、高速雙向通信網(wǎng)絡基礎上，通過先進的傳感、測量、設備、控制方法及決策支撐系統(tǒng)技術的應用，以此實現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟高效的友好使用，國家大力推動電網(wǎng)智能化的建設，致力建設以特高壓電網(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、高效運行的重要職能。伴隨科技的進步，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，自主化系統(tǒng)涉及到計算機監(jiān)控、勵磁、調(diào)速和保護系統(tǒng)等，通過自主調(diào)試，已經(jīng)成功應用于國內(nèi)多個抽水蓄能電站，自動化水平達到國際水準。

為了推動抽水蓄能電站在未來高質(zhì)量的發(fā)展，共同推進抽水蓄能開發(fā)智能化管控、標準化建設，圍繞“雙碳”目標，高質(zhì)量做好抽水蓄能“十四五”規(guī)劃，在科技創(chuàng)新上加強抽水蓄能核心智能技術攻關，攻克智能一體化技術難題仍然需要持續(xù)突破。就目前來看，深入應用研究“大云物移智聯(lián)鏈”等新技術布局數(shù)字化智能電站建設，才能最大限度發(fā)揮不同系統(tǒng)功能，實現(xiàn)預期的電網(wǎng)智能化目標，作為電網(wǎng)智能化重要標準體系，IEC61850標準已經(jīng)在變電環(huán)節(jié)運用中取得成熟效果，實現(xiàn)了國內(nèi)智能變電站工程運作標準化，同時，伴隨水電廠計算機監(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)定運行，為智能化抽水蓄能電站建設提供較為可靠的系統(tǒng)技術支撐[2]。

2抽水蓄能電站及水電廠智能化建設系統(tǒng)結構

2.1系統(tǒng)層

根據(jù)抽水蓄能電站及水電廠智能化建設要求，系統(tǒng)層將一體化平臺作為基礎支撐，多業(yè)務系統(tǒng)并行，通過主機、操作站、通信裝置和功能工作站協(xié)同配合，形成核心業(yè)務系統(tǒng)，能夠進行實時監(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)進行信息的實時分析匯總，并且完成高速統(tǒng)計運算，便于進行操作和保護，同時可以提供相應接口，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、開關量采集和控制命令的執(zhí)行層，主要完成電力運行電氣量檢測、運行設備狀態(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，設備包含發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、隔離開關、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的主要路徑

3.1一次設備的智能化建設

抽水蓄能電站及水電廠智能化建設中的一次設備主要指的是直接用在生產(chǎn)使用電能、保護電器和接通斷開電路的電器設備，在抽水蓄能電站及水電廠智能化建設過程中，要優(yōu)先對過程層開展智能化建設，同時對現(xiàn)地控制層的智能化建設予以科學完善。具體建設可以根據(jù)如下方法進行，首先將系統(tǒng)層、現(xiàn)地控制層的分布結構過渡為三層結構，其次，使用大量全球通用標準的智能化電子設備，為自動化運行提供支持，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)有關單位已經(jīng)成功掌握自主研發(fā)關鍵技術參數(shù)，成功積累相應智能化建設經(jīng)驗，為未來智能化建設夯實基礎[4]。

3.2二次設備的智能化建設

在抽水蓄能電站及水電廠的二次設備的智能化建設中，主要通過二次設備的安裝標準化提升系統(tǒng)的智能化建設水平，促使集成標準化，在二次設備的智能化建設過程中實施繼電保護，和抽水蓄能電站及水電廠運行條件的復雜性相吻合，通過科學配置繼電保護，能夠確保跳閘輸出和設置數(shù)值的合理性，以此保證系統(tǒng)穩(wěn)健運行，提升實時性和可靠程度。在此建設階段，暫時不進行過程層建設，選擇二次設備的過程中，要優(yōu)先選擇支持通訊協(xié)議的設備，對于不支持通訊協(xié)議的設備，可以通過規(guī)約轉換器進行可靠連接。二次設備的智能化建設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水準，通過二次設備通信實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)共享，運行管理一體互動，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)濟發(fā)展的腳步。抽水蓄能電站及水電廠智能化建設屬于一項長期工程，在建設運行與管理等方面需要不同專業(yè)的大力支持與配合，所以，要通過科學規(guī)劃設計和建設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、智能化和標準化方向前行。

參考文獻：

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