基于智能電網(wǎng)的抽水蓄能電站智能化分析

李 健，牟 明，孫圣博，鄭姍姍，楊連夫

(1.遼寧清原抽水蓄能有限公司， 遼寧 撫順 113300；2.遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司， 遼寧 丹東 118000)

0 引言

在我國(guó)科技高速發(fā)展的過(guò)程中，人工智能、通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)中，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)智能電網(wǎng)。與以往電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)具備運(yùn)行可靠、安全等優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)傳感器檢測(cè)電網(wǎng)中配電、輸電、發(fā)電與供電等設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題并進(jìn)行控制。智能電網(wǎng)擁有自愈功能，可以通過(guò)數(shù)據(jù)檢索找到故障元件，并將其從系統(tǒng)中分割出去，由此保證系統(tǒng)不會(huì)因設(shè)備故障問(wèn)題受到影響，可以按照設(shè)定要求，完成電力輸送工作，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率與質(zhì)量。

1 抽水蓄能電廠在智能電網(wǎng)中的作用

1.1 改善經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境

我國(guó)能源需求、不可再生資源產(chǎn)量分布處于非均衡狀態(tài)，可再生資源集中于北部，不可再生資源位于西部，而對(duì)資源需求較大的區(qū)域位于我國(guó)中部。為滿足各區(qū)域民眾對(duì)資源的需求量，應(yīng)該科學(xué)地分配各地區(qū)的資源，智能電網(wǎng)出現(xiàn)為資源合理劃分提供了助力。智能電網(wǎng)可以大范圍地開(kāi)發(fā)不可再生資源，實(shí)現(xiàn)資源跨區(qū)域傳輸。以往可再生資源進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，會(huì)在輸送環(huán)節(jié)損耗不少的資源，并且難以在短時(shí)間內(nèi)完成資源的傳輸任務(wù)。抽水蓄能電站可以強(qiáng)化受端電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，有效降低輸電環(huán)節(jié)能源損失。智能電網(wǎng)優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)能源傳輸有巨大的作用，提高新能源分配的合理性與有效性，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。

1.2 推動(dòng)新能源發(fā)展

在我國(guó)不可再生資源日益減少的背景下，使用可再生能源發(fā)電成為國(guó)家高度關(guān)注的內(nèi)容，在此階段海洋資源、太陽(yáng)能、風(fēng)能成為替換資源，擁有較大的發(fā)展?jié)摿?。相?yīng)能源可以長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用，滿足人們對(duì)能源的大部分需求，達(dá)到促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。但是風(fēng)能、太陽(yáng)能等能源受到季節(jié)與地理環(huán)境的影響，致使資源在應(yīng)用時(shí)具備間歇性、流動(dòng)性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，在并入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)電壓波動(dòng)或電網(wǎng)頻率偏差等情況。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在總裝機(jī)容量中可再生資源裝置容量超過(guò)1/10，會(huì)對(duì)局部電網(wǎng)運(yùn)行形成一定的影響[2]。

中國(guó)很多地區(qū)仍然選擇火力發(fā)電的形式，如果僅應(yīng)用火電機(jī)組無(wú)法結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，會(huì)使新能源在并網(wǎng)時(shí)受到限制，對(duì)新能源大范圍普及會(huì)形成一定的制約。使用智能電網(wǎng)可以解決傳統(tǒng)火電機(jī)組在新能源并網(wǎng)方面的限制問(wèn)題。

1.3 調(diào)峰填谷

調(diào)峰填谷在抽水蓄電站用電高峰階段起到不小的作用，可以釋放電能，由此提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在用電低谷時(shí)存儲(chǔ)電荷，可以控制火電機(jī)組深度調(diào)峰的啟動(dòng)次數(shù)，提高電網(wǎng)在能源方面的利用水平[3]。

1.4 調(diào)頻調(diào)相

抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)可以通過(guò)一次調(diào)頻功能，回應(yīng)頻率變化，調(diào)整抽水蓄能機(jī)組，將電網(wǎng)頻率恢復(fù)至正常區(qū)域。如果抽水蓄能電站接受AGC負(fù)荷指令，可以在優(yōu)化控制原則下分配機(jī)組，調(diào)整電站總功，將系統(tǒng)頻率維持在一定區(qū)間。在發(fā)電調(diào)和、發(fā)電、抽水調(diào)和與抽水等4種情況下，抽水蓄能機(jī)組可以通過(guò)無(wú)功功率調(diào)節(jié)，達(dá)到電網(wǎng)電壓控制目的。利用吸收無(wú)功功率的方式，可以降低電網(wǎng)電壓，達(dá)到智能電網(wǎng)在供電質(zhì)量方面的要求，提高智能電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

在我國(guó)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)該加大抽水蓄能電站在智能化方面的研究力度，關(guān)注抽水蓄能電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，使用自動(dòng)化技術(shù)推動(dòng)生產(chǎn)建設(shè)。我國(guó)自主研發(fā)的自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用在很多區(qū)域，具備操作便捷、運(yùn)行穩(wěn)定等特征，可以發(fā)揮抽水蓄能電站的作用，抽水蓄能發(fā)電原理如圖1所示。

2 智能化抽水蓄能電站的實(shí)施途徑

抽水蓄能電站智能化需要同步調(diào)整一次與二次設(shè)備，這是實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站智能化的前提。目前二次設(shè)備智能化發(fā)展進(jìn)度較快，一次設(shè)備智能化發(fā)展應(yīng)該成為相關(guān)人員高度關(guān)注的內(nèi)容，同時(shí)加大技術(shù)研發(fā)力度，由此可以提高一次設(shè)備的智能化水平，為抽水蓄能電站智能化發(fā)展提供條件。在新型能源開(kāi)發(fā)規(guī)模日益壯大的過(guò)程中，對(duì)電能的需求量逐漸增加。抽水蓄能電站應(yīng)該隨著大眾對(duì)電能的需求改變同步發(fā)展。抽水蓄能電站在工作中尚存在不少問(wèn)題，對(duì)人力與財(cái)力等資源有較高的需求。為提高抽水蓄能電站運(yùn)行水平，應(yīng)該引入現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，推動(dòng)抽水蓄能電站朝智能化方向發(fā)展。在企業(yè)建設(shè)環(huán)節(jié)，會(huì)遭遇運(yùn)行生產(chǎn)與維護(hù)的一系列問(wèn)題，其中很多內(nèi)容對(duì)技術(shù)有不少的要求。智能化體系建設(shè)結(jié)構(gòu)繁雜，在建設(shè)階段應(yīng)該通過(guò)統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局，規(guī)避重復(fù)建設(shè)的狀況。企業(yè)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行控制，提高資源利用率。目前開(kāi)關(guān)組件與傳感器已得到一定的優(yōu)化，但是相關(guān)組件開(kāi)發(fā)程度尚未達(dá)到穩(wěn)定水平。下面從一次設(shè)備和二次設(shè)備智能化2個(gè)層面進(jìn)行剖析，分析抽水蓄能電站的智能化建設(shè)[4]。

圖1 抽水蓄能發(fā)電原理圖

2.1 一次設(shè)備智能化

一次設(shè)備智能化需要增強(qiáng)對(duì)信息通信、綜合監(jiān)控保護(hù)等技術(shù)的融合程度，滿足業(yè)務(wù)流、信息流與電力流一體化需求。為進(jìn)一步提高設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電力流、業(yè)務(wù)流、信息流的融合控制力度，一次設(shè)備智能化可以通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備掌握設(shè)備運(yùn)行情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的隱患。操作人員結(jié)合掌握的信息可以及時(shí)進(jìn)行預(yù)防，并與維修部門聯(lián)系，讓技術(shù)人員維修設(shè)備。在設(shè)備未發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)掌握的情況進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，通過(guò)算法判斷設(shè)備發(fā)生故障的概率，對(duì)已發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行控制。一次設(shè)備智能化必須擁有較強(qiáng)的信息通信能力，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，一次設(shè)備為二層結(jié)構(gòu)，主要由系統(tǒng)層與現(xiàn)地層組成。經(jīng)過(guò)技術(shù)優(yōu)化，目前一次設(shè)備也慢慢發(fā)展為包含過(guò)程層、現(xiàn)地層與系統(tǒng)層的三層結(jié)構(gòu)。在抽水蓄能電站中使用大量的智能電子設(shè)備，應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)備系統(tǒng)的控制力度，各類設(shè)備均支持IEC61850協(xié)議。通過(guò)智能化決策與其他功能，提高電站運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性[5]。

2.2 二次設(shè)備智能化

在二次設(shè)備智能化發(fā)展中，應(yīng)將工作重點(diǎn)投放在一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)、二次智能設(shè)備高級(jí)智能應(yīng)用、軟件開(kāi)發(fā)等方面，需要提高智能制造在二次設(shè)備中的融入程度，引導(dǎo)二次設(shè)備朝集成、標(biāo)準(zhǔn)化、運(yùn)營(yíng)一體化、通信網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)共享化、運(yùn)行最優(yōu)化、業(yè)務(wù)互動(dòng)化、決策智能化等方向發(fā)展，提高抽水蓄能電站運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性與安全性。優(yōu)化二次設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的智能水平，可以帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。

在二次設(shè)備智能化發(fā)展時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)廠與網(wǎng)的智能協(xié)調(diào)，由此可以在以往基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性。研究二次設(shè)備智能化時(shí)，需要增加對(duì)智能設(shè)備調(diào)整工作的關(guān)注程度，通過(guò)科學(xué)手段減少二次設(shè)備發(fā)生故障的概率，提高該設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。選擇二次設(shè)備時(shí)，應(yīng)該盡可能挑選支持ICE6E850協(xié)議的設(shè)備，同時(shí)對(duì)于暫不支持該協(xié)議的設(shè)備，可以借助規(guī)約轉(zhuǎn)換器，將設(shè)備連接起來(lái)。研究二次設(shè)備智能化時(shí)，從抽水蓄能電站使用需求層面出發(fā)，引導(dǎo)二次設(shè)備朝標(biāo)準(zhǔn)化、共享化、一體化與工程化等方面發(fā)展，提高二次設(shè)備運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。在系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制優(yōu)化方面，應(yīng)該加大對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的管控程度，需要引導(dǎo)現(xiàn)地層、系統(tǒng)層朝智能化方向發(fā)展。

抽水蓄能電站在智能化發(fā)展時(shí)，應(yīng)該引導(dǎo)二次設(shè)備與一次設(shè)備朝智能化方向發(fā)展，優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

在智能電網(wǎng)發(fā)展期間，技術(shù)人員應(yīng)該調(diào)整在抽水蓄能電站方面的建設(shè)觀念，優(yōu)化自身結(jié)構(gòu)，由此提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。抽水蓄能電站為智能電網(wǎng)的重要構(gòu)成部分，需要加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究力度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)不斷優(yōu)化智能電網(wǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立各類信息化系統(tǒng)，推動(dòng)智能電網(wǎng)可靠、安全的發(fā)展。