劉曉波，張毅，趙勇飛

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038）

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大型抽水蓄能電站自動(dòng)控制技術(shù)動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)研

劉曉波，張毅，趙勇飛

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038）

通過調(diào)研，考察了我國抽水蓄能電站發(fā)展歷程，跟蹤了大型抽水蓄能電站自動(dòng)控制技術(shù)動(dòng)態(tài)情況。圍繞大型抽水蓄能電站自動(dòng)控制技術(shù)近年發(fā)展新動(dòng)向和值得關(guān)注點(diǎn)，主要跟蹤調(diào)研內(nèi)容是調(diào)速器、勵(lì)磁裝置、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及新的發(fā)展方向。并對大型抽水蓄能電站自動(dòng)控制技術(shù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析。通過本文，可以比較全面了解我國大型抽水蓄能電站自動(dòng)控制技術(shù)動(dòng)態(tài)發(fā)展情況。

抽水蓄能；電站；自動(dòng)控制；動(dòng)態(tài)跟蹤；調(diào)研

1　調(diào)研背景

隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)缺少調(diào)峰調(diào)頻容量和調(diào)峰手段的矛盾日益突出。從目前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度考慮，建設(shè)一系列大型抽水蓄能電站實(shí)現(xiàn)調(diào)峰填谷，是最成熟的方案。

1968年，我國首次在河北省崗南水庫安裝1臺11MW抽水蓄能機(jī)組[1]。1996年，陸續(xù)在西藏羊卓雍、浙江溪口、安徽響洪甸、北京密云建成混合式抽水蓄能電站。1993年，為配合大亞灣核電站和嶺澳核電站而建成廣州蓄能一期工程（4×300MW）、1999年建成二期工程（4×300MW），為兩個(gè)核電站的安全運(yùn)行起了重要作用，也在一定程度上緩解了廣東電網(wǎng)缺電狀況。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至2011年底我國大陸地區(qū)已建成的抽水蓄能電站共23座，總?cè)萘?5 767MW，其中，大型純抽水蓄能電站16座，總裝機(jī)容量15390 MW，在建的10座，裝機(jī)容量10 940MW，擬建20座，裝機(jī)容量27 200MW。

由于歷史發(fā)展的原因，我國大中型抽水蓄能電站自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是隨主設(shè)備一起引進(jìn)國外公司的產(chǎn)品，制約了我國自主研發(fā)的大中型抽水蓄能電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，在一定程度上形成了國外的技術(shù)壟斷，不僅使電站的投資增加，其系統(tǒng)運(yùn)行方式和功能也與我國電力系統(tǒng)安全運(yùn)行要求存在一定差距，同時(shí)也不利于抽水蓄能電站運(yùn)行維護(hù)水平的提高。近年來，國家加大了大中型抽水蓄能電站國產(chǎn)化的步伐，我國自主研發(fā)的大中型抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也從研發(fā)逐步發(fā)展到自行研制階段。

2　調(diào)研的必要性及意義

大中型抽水蓄能電站運(yùn)行工況復(fù)雜，對設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)要求高，為確保我國抽水蓄能電站控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與國際先進(jìn)水平保持一致，促進(jìn)我國自主研發(fā)的大中型抽水蓄能電站自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)水平進(jìn)步，有必要開展大型抽水蓄能電站自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)研，推動(dòng)我國抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化進(jìn)程的健康發(fā)展。

抽水蓄能電站的機(jī)電設(shè)備具有如下特點(diǎn)：主機(jī)設(shè)備技術(shù)含量高、制造難度大，附屬及配套設(shè)備較多，為滿足電網(wǎng)需要，電站啟停較頻繁、運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換多，對設(shè)備可靠性要求高，對自動(dòng)化控制系統(tǒng)、設(shè)備技術(shù)要求高，程序復(fù)雜。通常抽水蓄能電站水頭比較高，一般在400~600m，在甩負(fù)荷情況下，轉(zhuǎn)速升高和壓力升高都對水工建筑物和機(jī)電設(shè)備要求很高。由于將勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的水輪機(jī)與將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為勢能的水泵為一體，同步發(fā)電機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)為一體，主要機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造難度較高，作為抽水蓄能的控制設(shè)備-自動(dòng)控制設(shè)備設(shè)計(jì)、制造難度也很大。但目前國內(nèi)制造商對大型抽水蓄能機(jī)組及其配套設(shè)備的獨(dú)立設(shè)計(jì)、配套及制造剛處于起步階段，其設(shè)備制造、成套和整體綜合調(diào)試經(jīng)驗(yàn)相對不足。

根據(jù)參考資料[1][5]及參考資料[11]可以看出，有100MW及以上的大中型機(jī)組的共19個(gè)電站。這19個(gè)大中型抽水蓄能電站有12個(gè)機(jī)電設(shè)備都是完全由國外廠商供貨。為了積極推進(jìn)抽水蓄能機(jī)組的國產(chǎn)化進(jìn)程，對其中7個(gè)電站在引進(jìn)過程中。為了節(jié)約電站投資和發(fā)展我國機(jī)電制造工業(yè)，逐步實(shí)現(xiàn)抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化是十分必要的，我國機(jī)電制造部門應(yīng)在提高技術(shù)水平、裝備和材料方面積極努力，提高信譽(yù)，逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程。

相對于抽水蓄能水電主機(jī)設(shè)備，電氣二次設(shè)備的國產(chǎn)化水平更是落后。抽水蓄能自動(dòng)化設(shè)備的國產(chǎn)率非常低，屬于剛剛起步階段。

3　近年發(fā)展新動(dòng)向和值得關(guān)注點(diǎn)

國內(nèi)已投產(chǎn)或在建的大型抽水蓄能電站如廣蓄、十三陵、天荒坪、桐柏、瑯琊山、泰安、宜興、張河灣、寶泉、西龍池、惠州、白蓮河等，其主機(jī)及其自動(dòng)化控制設(shè)備等配套設(shè)備基本采用國際招標(biāo)采購方式，除去第一批抽水蓄能打捆招標(biāo)各電站（寶泉、惠州、白蓮河）的最后1臺機(jī)組的主機(jī)設(shè)備（惠州蓄能電站哈電、東電各供1臺機(jī)組）以外，基本由國外廠商供貨。但也出現(xiàn)這樣的趨勢，國內(nèi)分包制造或配套部分逐漸增加。機(jī)組國產(chǎn)化后續(xù)抽水蓄能招標(biāo)各電站（蒲石河、呼和浩特、黑麋峰抽蓄）由國內(nèi)為主包責(zé)任方，國外廠商分包和技術(shù)支持。

為了使我國自己的制造企業(yè)掌握抽水蓄能機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，從而逐步具備自主研發(fā)的能力，國家從寶泉、惠州抽蓄項(xiàng)目開始，通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓的方式支持國內(nèi)兩大主機(jī)廠家哈電、東電全面掌握、吸收和應(yīng)用已經(jīng)引進(jìn)抽水蓄能水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主機(jī)系統(tǒng)制造技術(shù)，鞏固技術(shù)引進(jìn)成果，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站機(jī)組主要設(shè)備國產(chǎn)化目標(biāo)[1]。

在《抽水蓄能電站機(jī)組國產(chǎn)化后續(xù)項(xiàng)目招議標(biāo)工作專家組第一次全體會(huì)議紀(jì)要》中提到：對調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、SFC和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、進(jìn)水閥等附屬、配套設(shè)備的采購，建設(shè)單位可通過招議標(biāo)擇優(yōu)選定，將所選的附屬、配套設(shè)備投標(biāo)人作為抽水蓄能機(jī)組主機(jī)投標(biāo)人的指定分包商；國內(nèi)有相當(dāng)資質(zhì)和業(yè)績的附屬、配套設(shè)備生產(chǎn)廠家與國外廠商聯(lián)合設(shè)計(jì)、合作生產(chǎn)，也可參加該設(shè)備的投標(biāo)。

目前大中型抽水蓄能電站主機(jī)設(shè)備國內(nèi)兩大廠商已經(jīng)初步掌握設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，所生產(chǎn)的設(shè)備已經(jīng)在惠州、白蓮河、黑麋峰等抽水蓄能電站運(yùn)行。

抽水蓄能電站自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器及油壓系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、輔機(jī)控制系統(tǒng)等。

較之主機(jī)系統(tǒng)，抽水蓄能電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化步伐相對落后，從20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)自動(dòng)化廠商為一些中小抽水蓄能電站提供自動(dòng)化控制系統(tǒng)[6][2]進(jìn)行了國產(chǎn)化嘗試。最近10年，國內(nèi)有實(shí)力的研制單位開始在大中型抽水蓄能電站提供自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備，比如為吉林白山2×150MW抽水蓄能電站提供計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[4，7-8]、為廣東清遠(yuǎn)蓄能4×320MW抽水蓄能電站提供計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[3]、為安徽蕪湖響水澗4×250MW蓄能站提供計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[9]，國內(nèi)廠商也開始為抽水蓄能電站提供勵(lì)磁系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)等自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.1國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)

在抽水蓄能電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中，與機(jī)組控制最直接相關(guān)的是調(diào)速器及油壓系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)，繼電保護(hù)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1.1抽水蓄能（可逆式）調(diào)速器

抽水蓄能調(diào)速器與常規(guī)水電機(jī)組調(diào)速器主要差別是增加了水泵工況和水泵調(diào)相工況。在機(jī)組開機(jī)前，機(jī)組LCU將水輪機(jī)（發(fā)電開機(jī)方向）開機(jī)或水泵方向開機(jī)信息通知調(diào)速器。對于發(fā)電開機(jī)或發(fā)電調(diào)相工況，都是常規(guī)水電機(jī)組具備的工況，對于水泵工況，調(diào)速器反方向?qū)?dǎo)葉開度開到最大。

從目前國內(nèi)投產(chǎn)的抽水蓄能電站來說，調(diào)速器系統(tǒng)供貨均為國外廠商。據(jù)了解，正在建設(shè)中的呼和浩特蓄能電站的調(diào)速器將由國內(nèi)廠家供貨。

3.1.2抽水蓄能勵(lì)磁裝置

對于抽水蓄能電站，其勵(lì)磁系統(tǒng)需要滿足十幾個(gè)工況的需求。相對于水輪機(jī)工況，水泵工況下，勵(lì)磁的工況比較復(fù)雜。復(fù)雜來源于啟動(dòng)過程，啟動(dòng)方式分背靠背（BTB）和變頻裝置啟勵(lì)（SFC）兩種。在背靠背（BTB）工況下，兩臺機(jī)組勵(lì)磁裝置需要相互協(xié)調(diào)一致控制機(jī)組和同期裝置。在變頻裝置啟勵(lì)（SFC）方式下，勵(lì)磁裝置需要控制協(xié)調(diào)變頻裝置啟勵(lì)（SFC）、機(jī)組、同期裝置。抽水蓄能的水輪機(jī)工況與常規(guī)水電廠相似，但不同之處在于機(jī)組在發(fā)電方向時(shí)，經(jīng)常要進(jìn)行調(diào)相（發(fā)電調(diào)相），為系統(tǒng)提供無功功率。為了給系統(tǒng)提供無功功率，在水泵工況時(shí)也需要進(jìn)行調(diào)相（水泵調(diào)相）。對于抽水蓄能機(jī)組，普遍使用電制動(dòng)加機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合方式對機(jī)組進(jìn)行制動(dòng)。因?yàn)槌樗钅軝C(jī)組的啟停次數(shù)較常規(guī)機(jī)組要大得多。另外，抽水蓄能機(jī)組普遍需要設(shè)置黑啟動(dòng)工況和線路充電工況，以在電站或系統(tǒng)失電時(shí)快速提供電源，這就需要?jiǎng)?lì)磁裝置具有自動(dòng)零起升壓功能。對于常規(guī)水力機(jī)組勵(lì)磁裝置而言，一般都不具有這一功能。

從應(yīng)用角度來說，國內(nèi)勵(lì)磁廠家已經(jīng)在安徽響水澗（4×250MW）抽水蓄能電站投入勵(lì)磁裝置，福建仙游（4×300MW）抽水蓄能電站勵(lì)磁裝置正在調(diào)試中。

3.1.3抽水蓄能機(jī)組保護(hù)裝置

根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，由于抽水蓄能機(jī)組的轉(zhuǎn)換工況多，一般有十幾種工況，加上工況轉(zhuǎn)換過程，保護(hù)裝置需要考慮的保護(hù)投入與退出的情況就比較多。對于廣東清遠(yuǎn)蓄能電站（4×320MW），保護(hù)系統(tǒng)需要考慮20種工況：靜止轉(zhuǎn)水泵調(diào)相、發(fā)電轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)發(fā)電工況下電氣制動(dòng)、水泵工況下電氣制動(dòng)、靜止轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)、發(fā)電調(diào)相、靜止轉(zhuǎn)黑啟動(dòng)、靜止轉(zhuǎn)線路充電、水泵調(diào)相、水泵調(diào)相轉(zhuǎn)水泵、水泵轉(zhuǎn)水泵調(diào)相、水泵轉(zhuǎn)靜止、水泵調(diào)相轉(zhuǎn)靜止、水泵轉(zhuǎn)零轉(zhuǎn)速、零轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)發(fā)電、發(fā)電運(yùn)行、水泵運(yùn)行等。與常規(guī)水電站機(jī)組具有較大差異。

對于抽水蓄能機(jī)組，要求在各種工況下，發(fā)變組保護(hù)都要起到保護(hù)作用，不允許出現(xiàn)死角。因此保護(hù)裝置要時(shí)刻了解機(jī)組所處的工況。目前常見處理方式是，監(jiān)控系統(tǒng)通過開關(guān)量輸出的形式通知保護(hù)裝置，廣東清遠(yuǎn)蓄能是通過國際通用現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP方式發(fā)給機(jī)組保護(hù)。也有采用機(jī)組保護(hù)裝置自行采集I/O信號，執(zhí)行決定投退保護(hù)，在遼寧蒲石河即采用這種方式實(shí)施機(jī)組保護(hù)的。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，發(fā)變組保護(hù)在主變差動(dòng)、逆功率保護(hù)、低頻過電流保護(hù)、定子接地保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、勵(lì)磁變低電壓側(cè)接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)開關(guān)失靈保護(hù)都與常規(guī)水電機(jī)組有較大差異，需要認(rèn)真研究有關(guān)工況，做好配置工作。

在最近投入運(yùn)行的抽水蓄能電站中，國內(nèi)主流保護(hù)廠家的產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)安徽響水澗（4×250 MW）抽水蓄能電站等幾個(gè)電站得到應(yīng)用。

3.1.4抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

在抽水蓄能電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)直接控制驅(qū)動(dòng)蓄能機(jī)組，繼電保護(hù)系統(tǒng)起保護(hù)作用。由于抽水蓄能機(jī)組通常有如下5種可能的工況：發(fā)電、發(fā)電轉(zhuǎn)向的調(diào)相、抽水、抽水轉(zhuǎn)向的調(diào)相、靜止，且各種工況之間可能發(fā)生的轉(zhuǎn)換有十余種，各種轉(zhuǎn)換過程所經(jīng)歷的操作步驟均不相同，調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常工作都需要電站監(jiān)控系統(tǒng)提供必要的信息。抽水蓄能電站的工況和生產(chǎn)過程比常規(guī)水電站要復(fù)雜很多，同時(shí)抽水蓄能電站在電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰填谷和事故備用的功能，與上級調(diào)度的關(guān)系比常規(guī)電站更為密切，因此，電力系統(tǒng)對抽水蓄能電站控制系統(tǒng)的自動(dòng)化和高級應(yīng)用功能要求更高，而抽水蓄能電站控制系統(tǒng)的高度自動(dòng)化和高級應(yīng)用要求都需要依靠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤其重要。

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)層次一般分為調(diào)度層、電站廠站層和現(xiàn)地層LCU，其中電站廠站層和現(xiàn)地層LCU通過監(jiān)控控制網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接在一起，調(diào)度層通過調(diào)度數(shù)據(jù)專用網(wǎng)與電站廠站層連接。從設(shè)備的控制層次上可分為調(diào)度層控制、電站廠站層控制、現(xiàn)地層LCU控制、監(jiān)控對象設(shè)備的就地控制。

抽水蓄能電站需滿足電網(wǎng)頻繁操作并快速做出反應(yīng)，抽水蓄能電站對監(jiān)控系統(tǒng)有更高的實(shí)時(shí)性與安全可靠性要求，為此系統(tǒng)必須采用先進(jìn)可靠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過可靠的軟硬件設(shè)備配置和冗余措施來全面提高監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為適應(yīng)抽水蓄能電站設(shè)備地理位置分布較廣的特點(diǎn)，如廠房與開關(guān)站LCU、1套上庫LCU、1套下庫LCU等，抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)目前較多采用環(huán)網(wǎng)，也有一些抽蓄電站采用星形結(jié)構(gòu)。

廣東蓄能二期工程（B廠）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是簡單，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)數(shù)據(jù)交換效率高，LCU間、設(shè)備間彼此獨(dú)立。LCU的投運(yùn)、維護(hù)不影響其他設(shè)備的運(yùn)行。不足的地方是網(wǎng)絡(luò)的冗余度不高，如果兩個(gè)星型的聯(lián)接中斷，整個(gè)系統(tǒng)將不能正常運(yùn)行。

白山抽水蓄能電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，白山發(fā)電廠廠站層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)，抽水蓄能現(xiàn)地LCU采用單環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，通過兩通訊服務(wù)器，將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用冗余通道聯(lián)接[4]。

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站結(jié)構(gòu)，主網(wǎng)是雙環(huán)網(wǎng)，下庫LCU8和上庫LCU9分別通過廠內(nèi)公用LCU6和開關(guān)站LCU7的交換機(jī)接入主環(huán)，目前應(yīng)用較多，如圖1所示。

圖1　廣東清遠(yuǎn)蓄能電站網(wǎng)絡(luò)示意圖

（3）機(jī)組工況轉(zhuǎn)換

抽水蓄能電站機(jī)組工況穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)換工況多，穩(wěn)態(tài)一般有：停機(jī)（S）、發(fā)電（G）、發(fā)電調(diào)相（GC）、抽水（P）、抽水調(diào)相（PC）、旋轉(zhuǎn)熱備用（SR）；暫態(tài)一般有：拖動(dòng)（L）、線路充電（LC）、黑啟動(dòng)（BS）?？刂屏鞒潭噙_(dá)20多個(gè)，而常規(guī)水電站的主要控制流程只有2~3種，運(yùn)行方式多樣，工況轉(zhuǎn)換復(fù)雜。

（4）高級應(yīng)用

對于常規(guī)水電廠，最主要的高級應(yīng)用軟件是自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）和自動(dòng)電壓控制。但是抽水蓄能電站由于具有抽水工況，需要具有水泵聯(lián)合調(diào)度控制高級應(yīng)用軟件（PJC）。

3.2本專題發(fā)展的新方向和值得關(guān)注點(diǎn)

隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大以及多種新能源越來越多的接入，中國需要建設(shè)更多的大型抽水蓄能電站。在抽水蓄能電站主機(jī)系統(tǒng)國產(chǎn)化完成的同時(shí)，需要加速抽水蓄能電站自動(dòng)控制系統(tǒng)與設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程。抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)試器及油壓系統(tǒng)國內(nèi)已開始研制，并在一些大型抽水蓄能電站運(yùn)行。本專題發(fā)展的新方向和值得關(guān)注點(diǎn)有：

（1）對于調(diào)速器及油壓裝置，一般情況大型抽水蓄能機(jī)組水頭都很高，在滿足調(diào)保計(jì)算要求上既要保證機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)壓力升高在電站水工系統(tǒng)安全裕度內(nèi)，又要保證機(jī)組轉(zhuǎn)速升高在機(jī)電設(shè)備允許的范圍內(nèi)，難度比較大。同時(shí)，還要考慮一次調(diào)頻與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配合協(xié)調(diào)問題。負(fù)荷調(diào)整上多采用功率調(diào)節(jié)方式，較多采用AO方式進(jìn)行功率值給定。

（2）對于勵(lì)磁系統(tǒng)，需要充分考慮機(jī)組發(fā)電機(jī)工況和水泵工況對勵(lì)磁的要求，考慮電制動(dòng)方式對勵(lì)磁功能要求。由于大型抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的作用的特殊性，一般都需要具有黑啟動(dòng)功能和線路充電功能。這兩個(gè)功能都需要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)具有零起升壓功能，而且是非手動(dòng)方式。常規(guī)機(jī)組勵(lì)磁較少具有此功能。

（3）對于保護(hù)系統(tǒng)，因?yàn)榇笮统樗钅茈娬緳C(jī)組工況多，轉(zhuǎn)換多，因此保護(hù)投退比較多，要全范圍保護(hù)機(jī)組，需要考慮各種情況下保護(hù)投退與定值的設(shè)定。對于機(jī)組工況的判斷，將由監(jiān)控系統(tǒng)輸出開關(guān)量的方式傾向于保護(hù)系統(tǒng)自己判斷轉(zhuǎn)變，這樣可以減少對機(jī)組LCU的依賴。

（4）對于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要有3點(diǎn)：①熟悉了解抽水蓄能機(jī)組生產(chǎn)流程的規(guī)律；②充分采用軟件工程的理論，做好范圍規(guī)劃、功能規(guī)劃、構(gòu)架規(guī)劃，并經(jīng)過充分測試，尤其要充分考慮各種異常情況；③充分研究水泵聯(lián)合控制（PJC）功能與自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）功能工作方式，尤其是注意安全閉鎖條件的設(shè)置。

3.3評價(jià)與分析

目前中國抽水蓄能電站將處于大發(fā)展階段。中國已建成的抽水蓄能電站，從水利機(jī)械到機(jī)電設(shè)備及自動(dòng)化設(shè)備主要是國外技術(shù)領(lǐng)先的廠商提供。因此中國抽水蓄能電站水利機(jī)械、機(jī)電、自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備反映了當(dāng)代世界的先進(jìn)水平。

通過消化、吸收、借鑒這些先進(jìn)技術(shù)，中國已基本掌握了大型抽水蓄能機(jī)組主機(jī)制造技術(shù)，但是自動(dòng)化技術(shù)還需要加緊研究與跟蹤。

目前大型抽水蓄能電站自動(dòng)控制技術(shù)主要采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）采用合理的自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于自動(dòng)化系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性、可靠性與靈活性。

由于我國抽水蓄能電站自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備隨主機(jī)進(jìn)口，我國國內(nèi)大多數(shù)正在運(yùn)行的抽水蓄能電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)反映了國外主流技術(shù)水平，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用較多的是環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體分為單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)。

對于單環(huán)網(wǎng)，允許有1處一次網(wǎng)絡(luò)斷開，在自愈時(shí)間內(nèi)（幾十毫秒到幾百毫秒之間）網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)雙向數(shù)據(jù)通信；對于單環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，除了流通本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也流通其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，是有一定數(shù)據(jù)擁塞概率的。對于環(huán)網(wǎng)，在施工期間，每接入一次網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，就要影響一次網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。由于環(huán)網(wǎng)的特點(diǎn)，任何LCU或其他設(shè)備檢修維修，其所屬的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都不建議停電。因?yàn)橐坏┩ｋ?，相?dāng)于環(huán)網(wǎng)中出現(xiàn)一個(gè)斷開點(diǎn)，如再出現(xiàn)其他任何一點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)故障，維修的LCU到故障點(diǎn)的設(shè)備將失去與系統(tǒng)的通信。

對于雙環(huán)網(wǎng)，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)任何故障時(shí)，系統(tǒng)將正常運(yùn)行。當(dāng)其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)一處一次故障，另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)再一次出現(xiàn)一次一處網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，在自愈時(shí)間內(nèi)（幾十毫秒到幾百毫秒之間）網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)雙向數(shù)據(jù)通信；如果再發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，網(wǎng)絡(luò)將不完整，部分?jǐn)?shù)據(jù)通信將不正常。數(shù)據(jù)的有效性將與單環(huán)網(wǎng)相同。施工期的接入問題，LCU網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都不建議停電。

對于單星網(wǎng)，不允許網(wǎng)絡(luò)斷開，本節(jié)點(diǎn)只流通本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，不存在數(shù)據(jù)擁塞問題。星型網(wǎng)施工方便，接入新設(shè)備時(shí)，不影響其他已運(yùn)行設(shè)備，任何LCU或其他設(shè)備檢修維修，其所屬的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都可以停電。

對于雙星網(wǎng)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只流通本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，不存在數(shù)據(jù)擁塞問題。星型網(wǎng)施工方便，接入新設(shè)備時(shí)，不影響其他已運(yùn)行設(shè)備，任何LCU或其他設(shè)備檢修維修，其所屬的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都可以停電。如果一個(gè)網(wǎng)斷開，網(wǎng)絡(luò)可以正常運(yùn)行，如果該設(shè)備第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)再斷開，本節(jié)點(diǎn)將失去與系統(tǒng)的通信。

從目前應(yīng)用情況看，采用如圖1星型和環(huán)網(wǎng)相結(jié)合的方式較為常見。

（2）可靠性要求高，要求采用冗余技術(shù)。

由于大型抽水蓄能機(jī)組在系統(tǒng)中具有消峰填谷的作用，因此電源、處理器、機(jī)箱聯(lián)接、網(wǎng)絡(luò)、重要信號等需要采取冗余措施，以提高可靠性。

（3）各系統(tǒng)間及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換量大，現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的越來越多。

監(jiān)控系統(tǒng)與勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)間都有大量數(shù)據(jù)交換，需要采取實(shí)時(shí)性、可靠性都較好的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)方案。

（4）系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備彼此依賴數(shù)據(jù)，需要研究新型LCU結(jié)構(gòu)。

對于抽水蓄能監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)組LCU與機(jī)組公用LCU、廠內(nèi)公用LCU、開關(guān)站LCU之間彼此需要對方的數(shù)據(jù)才能正常運(yùn)行。這些LCU相互間信息是LCU工作的必要條件。

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TV736

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1672-5387（2016）02-0032-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.010

2015-08-07

劉曉波（1965-），男，教授級高級工程師，從事水電廠及抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)及水電站自動(dòng)化技術(shù)研究工作。