特別策劃

Special Feature

“大力發(fā)展清潔能源，積極開發(fā)水電”是我國重要的戰(zhàn)略舉措。我國水電裝機容量居世界之首，世界前十大水電站中有五座在中國，長江、黃河、瀾滄江等流域的巨型復(fù)雜水電站群舉世矚目，充分發(fā)揮其工程效益，對水資源高效利用、新能源消納、節(jié)能減排等方面意義十分重大。我們面臨著水電站和流域水電站群以下問題：一是各業(yè)務(wù)相對孤立，運維分散，整體效率有待提高；二是水資源梯級利用效能需要進一步挖掘；三是機組的調(diào)節(jié)性能、與電網(wǎng)互動能力有待提升；四是機組安全狀態(tài)在線識別和量化評估困難。

為了解決上述問題，2010年始，我們與東北電網(wǎng)及下屬白山、松江河電廠一起，全面分析“水-機-電”交互影響過程，重構(gòu)運行控制架構(gòu)，攻克水資源優(yōu)化利用、水力電力協(xié)同、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、設(shè)備狀態(tài)量化評估等關(guān)鍵技術(shù)，建立高效運行控制技術(shù)體系——智能水電廠。

智能水電廠涉及水電站和水電站群集控。它的定義是：適應(yīng)智能電網(wǎng)源網(wǎng)協(xié)調(diào)要求，以信息數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)化、集成標(biāo)準(zhǔn)化、運管一體化、業(yè)務(wù)互動化、運行最優(yōu)化、決策智能化為特征，采用智能電子裝置（IED）及智能設(shè)備，自動完成采集、測量、控制、保護等基本功能，具備基于一體化平臺的經(jīng)濟運行、在線分析評估決策支持、安全防護多系統(tǒng)聯(lián)動等智能應(yīng)用組件，實現(xiàn)生產(chǎn)運行安全可靠、經(jīng)濟高效、友好互動、綠色環(huán)保目標(biāo)的水電廠。

主要科技創(chuàng)新如下：

創(chuàng)新一，分布式全息運行控制架構(gòu)。

針對流域水電站群涉及自然環(huán)境、水工建筑、機電設(shè)備、電網(wǎng)系統(tǒng)，“水—機—電”特性差異大，內(nèi)、外部交互機理復(fù)雜的問題：

（1）面向設(shè)備對象進行功能解耦，創(chuàng)建了水電公共信息模型，提出了分布式全息運行控制架構(gòu)，解決了信息共享和故障隔離等難題。

（2）提出了多源信息的分層跨區(qū)融合方法，建立了多業(yè)務(wù)互動機制，研發(fā)了一體化運行控制平臺，實現(xiàn)了多專業(yè)融合。

創(chuàng)新二，流域水資源高效利用及水—電協(xié)同。

針對水電調(diào)度過程中既要考慮水電站自身、水電站之間的水力和電力協(xié)同問題，還要滿足防洪、灌溉等綜合利用要求：

（1）基于模糊聚類和相關(guān)分析，提出了類子流域量化識別方法，解決了梯級滾動開發(fā)帶來水文預(yù)報資料缺乏的難題，有效提高了水文預(yù)報精度。

（2）創(chuàng)建了最小水位越限控制模型，通過負(fù)荷優(yōu)化轉(zhuǎn)移調(diào)整水位，實現(xiàn)了站群實時負(fù)荷合理分配、庫水位控制等多目標(biāo)協(xié)調(diào)。

（3）提出了電力運行約束條件下的短期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型和快速求解算法，解決了站群短期發(fā)電計劃可執(zhí)行度低的問題。

（4）研制了經(jīng)濟運行系統(tǒng)，水能利用率提升3%到5%。

創(chuàng)新三，適應(yīng)電網(wǎng)要求的新型源網(wǎng)協(xié)調(diào)。

針對巨型水電站群遠離負(fù)荷中心，需要通過超/特高壓輸送，特別是機組在直流孤島模式下的調(diào)控方法無例可循的情況：

（1）建立了考慮水—機慣性常數(shù)的發(fā)電控制模型，發(fā)明了結(jié)構(gòu)參數(shù)自適應(yīng)的新型負(fù)荷調(diào)節(jié)方法，解決了巨型機組一次調(diào)頻與AGC協(xié)調(diào)、響應(yīng)速度與穩(wěn)定性兼顧的難題，機組調(diào)節(jié)速度提升30%，精度提高一倍。

（2）發(fā)明了機組控制系統(tǒng)對直流孤島模式的動態(tài)識別方法，提出了電網(wǎng)不同波動下有差、無差相結(jié)合的調(diào)頻方法，實現(xiàn)了有功和頻率波動的快速抑制。

（3）研制了系列化的智能測控裝置，實現(xiàn)了機組有功、無功調(diào)節(jié)的全數(shù)字化，提升了源網(wǎng)協(xié)調(diào)能力。

創(chuàng)新四，水電主設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持。

針對機組水力沖擊、機械慣性和電磁影響大，狀態(tài)復(fù)雜，狀態(tài)檢修難以實施的問題：

（1）創(chuàng)建了機組健康狀態(tài)評價、風(fēng)險評估指標(biāo)體系，研發(fā)了相關(guān)系統(tǒng)，實現(xiàn)了安全狀態(tài)在線識別和量化評估。

（2）提出了機組分工況的振擺越限預(yù)警方法，建立了運行狀態(tài)參數(shù)在線提取和修正模型，研發(fā)了振擺監(jiān)測保護裝置。

目前項目成果在新源松江河、白山發(fā)電廠進行試點應(yīng)用，在20多個電站或集控中心推廣應(yīng)用，并出口至越南、老撾等國。部分成果還應(yīng)用于水利信息化、抽水蓄能等領(lǐng)域。

本次欄目與大家分享智能水電廠研究成果。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)電廠運行管理需求的改變，隨著我們對智能水電廠認(rèn)識水平的不斷提高，智能水電廠的技術(shù)和解決方案也在不斷發(fā)展，我們愿意與同行一道，推動智能水電廠技術(shù)的進步，為水電廠實現(xiàn)安全可靠和經(jīng)濟高效運行服務(wù)。

特約欄目主編

徐潔

特約欄目主編 | 徐潔，電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)研究生畢業(yè)，1988年1月南瑞集團公司工作至今，教授級高級工程師，長期從事水電廠自動化研發(fā)、工程實施和管理工作。中國水力發(fā)電工程學(xué)會自動化專委會以及電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專委會委員，《水電與抽水蓄能》專委會專家。負(fù)責(zé)或參與的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10余種；負(fù)責(zé)或參與編寫的專業(yè)書籍4部；負(fù)責(zé)或參與的科研項目獲省部級一等獎1項、二等獎4項、三等獎多項。從2009年開始，一直致力于智能水電廠技術(shù)的研究與應(yīng)用。