抽水蓄能电站及水电厂智能化建设实践研究

王彬

【摘要】本文针对抽水蓄能电站和水电厂，介绍其智能化建设主要并在此基础上对自动化系统组成进行深入分析，并提出智能化建设途径，旨在为实际的智能化建设工作提供可靠的参考借鉴。

【关键词】抽水蓄能电站;水电厂;智能化建设

为适应社会发展对电能生产与供应提出的要求，当前的抽水蓄能电站与水电厂都将智能化作为建设和发展目标。而在实际的建设和发展进程中，需要解决很多方面的复杂问题，使智能化建设与发展达到预期的目标。

1.智能化建设意义

近几年，在经济发达的国家和地区相继开始了智能化电网的分析研究与工程建设，同时，我国也正在大力推进智能化电网相关工程建设，国网公司正致力于分析研究与建设将特高压电网作为核心骨干网架，不同级别电网相互协调发展，且具备互动化特征、信息化特征、数字化特征与自动化特征的新型智能化电网[1]。抽水蓄能电站在电网调度环节中属于重要组成部分之一，它的智能化建设与发展是将来很长一段时间的主要方向及目标。通过多年以来的努力，伴随科学技术的不断进步，目前我国的抽水蓄能电站已经可以实现很多系统的自主化，包括计算机监控系统、励磁系统、调速系统、继电保护系统和状态监测系统，其自动化水平现阶段已经可以达到国际先进水平。然而，相应的接口标准及技术规范还未能达到统一，使得不同系统之间的数据难以实现共享，智能化和一体化的程度均相对较低，无法最大限度发挥不同系统的功能，和预期的智能化电网建设与发展要求还有很大的差距。就目前来看，智能化电网的建设和发展已经在变电这一环节得到了很大的进步，相应的技术达到基本成熟，作为智能化电网建设与发展的重要标准体系，IEC 61850标准已经在很多智能化变电站当中得到成功运用，同时取得了良好的实际效果。伴随水电厂中监控通信系统新标准的相继发布，可以为电站未来的智能化建设及发展提供可靠技术支撑。对智能化的抽水蓄能电站进行建设，使所有设备实现智能化目标，并使信息实现数字化、使通信实现网络化、使集成实现标准化、使数据实现共享化、使运管实现一体化、使业务实现互动化、使运行实现最优化、使决策实现智能化，以此从本质上保证电站运行安全，提高可靠性与经济运行水平，使网、厂之间达到智能协调，最终使效益达到最大化[2]。

2.自动化系统组成

根据智能化变电站工程设计基本要求，在智能化抽水蓄能电站当中，自动化系统主要包括一次设备与二次设备，其中，一次设备用于实现智能化，二次设备用于实现网络化。以现有通信协议为依据，系统逻辑结构主要分成三个层次，即过程层、现地控制层与系统层。其中，系统层和现地控制层之间采用系统层进行相连，而现地控制层和过程层之间主要采用过程网络进行相连。

這三个系统层次的组成、功能和特点如下：

2.1系统层

根据电站的智能化建设基本要求，系统层以一体化平台为基础，实现不同业务的实际应用，主要由主机、操作员站、远动通信装置、保护信息系统与其他不同的功能工作站几个部分组成，能对全厂进行实时监控，并兼顾信息处理，对厂网进行动态的自动控制和智能化调节。另外，还能在在线分析基础上提供决策支持[3]。

2.2现地控制层

现地控制层主要由以下几个部分构成：（1）LCU单元;（2）调速器系统;（3）励磁调节器系统;（4）SFC系统;（5）继保系统;（6）在线监测系统。不同的自动化系统对实时数据信息进行汇总，并完成统计运算，进行操作与保护，可提供标准接口，在这一标准接口的支持下，能将设备信息传输到一体化平台当中。

2.3过程层

过程层是一、二次设备之间的接合面，采用以下几个部分构成：（1）自动化元件;（2）变送器;（3）电子互感器;（4）合并单元;（5）智能终端，主要负责对实时运行信息进行采集，对设备的实际运行状态进行监测与操控[4]。

3.智能化建设途径

在当前的智能化应用过程中，二次智能设备得到了很快的发展，进展迅猛，但相比之下一次智能设备的实际进程相对较慢，在较短的时间期限内，根本不会实现重大的技术改进和突破，所以想要实现预期的智能化目标，需要很长的时间，整个过程既复杂又困难。

首先在建设过程中应严格遵循以下基本原则：对抽水蓄能电站进行的智能化建设会涉及很多方面，包括生产、运行和维护管理，不仅规模很大，而且结构十分复杂，所用技术的难度很高，整个建设周期也较长，是一个规模较大的系统性工程。为了提高建设起点及水平，使全厂不同系统均实现统一管理与有效互动，防止重复性建设，应严格遵循统一规划和分步实施的基本原则来开展总体规划。在实现智能化目标基础上，进行智能化建设时，需要以进度要求为依据，结合现场实际情况，按照整个系统的总体层次构架来开展规划设计，分成多个层次与阶段来开发建设，同时要和将来的技术发展水平相适应，使不同系统之间实现有序耦合，防止造成投资浪费[5]。

其次要确定合理有效的实施路线，考虑到当前的智能化开关组件还不够成熟与稳定，与之相关的技术标准还不够完善，所以对于抽水蓄能电站而言，其智能化建设可以按照下列两个阶段进行分段实施：

3.1二次设备的智能化阶段

根据实际情况，这一阶段的重点内容为对二次智能设备进行开发，使二次设备的通信实现网络化、使集成实现标准化、使数据实现共享化、使运行管理实现一体化、使业务实现互动化，以此保证系统运行稳定性，并提高实时性与可靠性。在这一阶段当中，系统为两层结构，即系统层与现地控制层，使这两层结构实现智能化，暂时不进行过程层的建设，而一次设备仍然采用传统设备与连接方法。选择具体的二次设备时，优先考虑支持通用协议的，如果无法支持，则可借助规约转换器来连接。完成这一阶段的建设任务后，能大幅提高智能化水平，实现对系统性能的有效优化[6]。

3.2一次设备的智能化阶段

这一阶段的重点在于对一次智能设备研发，使一次设备的通信实现网络化与智能化，使系统控制操作达到稳定与实时。在此阶段中，重点对过程层进行智能化建设，同时对过程层与现地控制层进行的智能化建设予以完善，从之前一个阶段的两层结构过度至三层结构，此时需开始大量使用不用的智能化电子设备，形成的自动化系统可以为协议提供可靠支持，高级应用功能与智能决策系统都能为电站的自动化运行提供指导，从而使抽水蓄能电站的自动化系统实现智能化目标。通过多年的努力，在对抽水蓄能电站进行深入分析和研究的基础上，我国目前已经全面掌握了其自动化关键技术，并开始自主研发相应的关键技术。国网公司电力科学研究院早在2009年就开始了对水电厂智能化的分析和研究，现在已经完成了很多电厂的智能化研究与改造。通过大量的研究与实践，相关研究单位已经成功积累了很多智能化改造工作经验，为将来的智能化研究与建设打下了坚实基础[7]。

4.结束语

综上所述，在可再生能源用于发电行业的不断发展与智能化电网建设与发展过程中，对抽水蓄能电站进行智能化建设，在整个抽水蓄能行业是一个重要的发展方向。智能化的抽水蓄能电站涵盖建设、运行和管理等在内的所有方面，是一项长期且复杂的系统性工程，必须得到不同专业的支持与协调配合。与此同时，智能化的抽水蓄能电站，其规划设计与实施能为行业未来发展提供指引，促使行业向规范化、智能化与标准化等方向发展。基于此，相关人员必须适应形势变化，努力拓展思路，及时转变观念，不断进取，尽快将研究成果用于实践过程，为抽水蓄能事业未来发展做出应有的贡献。

参考文献

[1]谢加荣，蔡卫江，邢红超，等.抽水蓄能机组调速系统健康状态评估[J].水电能源科学，2020，38（04）：134-137+196.

[2]孙廷昌，肖楚伟，李亦凡，等.抽水蓄能电站三维运维仿真培训系统应用研究[J].水电站机電技术，2020，43（04）：14-15+20+70.

[3]韩杨，张小珩，汪胜和，等.废弃矿井抽水蓄能多场景利用可行性及技术经济研究[J].现代商贸工业，2020，41（11）：210-213.

[4]李君，杨欢，李慧.基于组合赋权法的抽水蓄能电站EPC总承包业主风险评价[J].水利规划与设计，2020，10（04）：136-141.

[5]丁景焕，王珏，杨静，等.某抽水蓄能电站水泵工况导叶关闭规律优化[J].水电能源科学，2020，38（03）：148-151.

[6]陈磊，赵日升，矫镕达，等.基于ANFIS和SOM的抽水蓄能电站主变压器健康状态监测[J].水电能源科学，2020，38（03）：177-180.

[7]王树生，李俊霖，栾宇东，等.黑龙江荒沟抽水蓄能电站主变压器运输方案论证与研究[J].水电与抽水蓄能，2020，6（01）：74-77.

[作者单位：中广核新能源投资（深圳）有限公司湖北分公司]???

【中图分类号】TU271.1

【文献标识码】B

【文章编号】1671-3362（2020）07-0048-02