特別策劃

Special Feature

“大力發(fā)展清潔能源，積極開(kāi)發(fā)水電”是我國(guó)重要的戰(zhàn)略舉措。我國(guó)水電裝機(jī)容量居世界之首，世界前十大水電站中有五座在中國(guó)，長(zhǎng)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(duì)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(wèn)題：一是各業(yè)務(wù)相對(duì)孤立，運(yùn)維分散，整體效率有待提高；二是水資源梯級(jí)利用效能需要進(jìn)一步挖掘；三是機(jī)組的調(diào)節(jié)性能、與電網(wǎng)互動(dòng)能力有待提升；四是機(jī)組安全狀態(tài)在線識(shí)別和量化評(píng)估困難。

為了解決上述問(wèn)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(jī)-電”交互影響過(guò)程，重構(gòu)運(yùn)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(píng)估等關(guān)鍵技術(shù)，建立高效運(yùn)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(yùn)管一體化、業(yè)務(wù)互動(dòng)化、運(yùn)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(dòng)完成采集、測(cè)量、控制、保護(hù)等基本功能，具備基于一體化平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、在線分析評(píng)估決策支持、安全防護(hù)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等智能應(yīng)用組件，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、友好互動(dòng)、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(yùn)行控制架構(gòu)。

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

（1）面向設(shè)備對(duì)象進(jìn)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(yùn)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(dòng)機(jī)制，研發(fā)了一體化運(yùn)行控制平臺(tái)，實(shí)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(duì)水電調(diào)度過(guò)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(wèn)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(shí)別方法，解決了梯級(jí)滾動(dòng)開(kāi)發(fā)帶來(lái)水文預(yù)報(bào)資料缺乏的難題，有效提高了水文預(yù)報(bào)精度。

（2）創(chuàng)建了最小水位越限控制模型，通過(guò)負(fù)荷優(yōu)化轉(zhuǎn)移調(diào)整水位，實(shí)現(xiàn)了站群實(shí)時(shí)負(fù)荷合理分配、庫(kù)水位控制等多目標(biāo)協(xié)調(diào)。

（3）提出了電力運(yùn)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(jì)劃可執(zhí)行度低的問(wèn)題。

（4）研制了經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(duì)巨型水電站群遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，需要通過(guò)超/特高壓輸送，特別是機(jī)組在直流孤島模式下的調(diào)控方法無(wú)例可循的情況：

（1）建立了考慮水—機(jī)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(jī)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(jī)組調(diào)節(jié)速度提升30%，精度提高一倍。

（2）發(fā)明了機(jī)組控制系統(tǒng)對(duì)直流孤島模式的動(dòng)態(tài)識(shí)別方法，提出了電網(wǎng)不同波動(dòng)下有差、無(wú)差相結(jié)合的調(diào)頻方法，實(shí)現(xiàn)了有功和頻率波動(dòng)的快速抑制。

（3）研制了系列化的智能測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組有功、無(wú)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(duì)機(jī)組水力沖擊、機(jī)械慣性和電磁影響大，狀態(tài)復(fù)雜，狀態(tài)檢修難以實(shí)施的問(wèn)題：

（1）創(chuàng)建了機(jī)組健康狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，研發(fā)了相關(guān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了安全狀態(tài)在線識(shí)別和量化評(píng)估。

（2）提出了機(jī)組分工況的振擺越限預(yù)警方法，建立了運(yùn)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(cè)保護(hù)裝置。

目前項(xiàng)目成果在新源松江河、白山發(fā)電廠進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，在20多個(gè)電站或集控中心推廣應(yīng)用，并出口至越南、老撾等國(guó)。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(jìn)步和發(fā)電廠運(yùn)行管理需求的改變，隨著我們對(duì)智能水電廠認(rèn)識(shí)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?cè)敢馀c同行一道，推動(dòng)智能水電廠技術(shù)的進(jìn)步，為水電廠實(shí)現(xiàn)安全可靠和經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)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(dòng)化專業(yè)研究生畢業(yè)，1988年1月南瑞集團(tuán)公司工作至今，教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水電廠自動(dòng)化研發(fā)、工程實(shí)施和管理工作。中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)自動(dòng)化專委會(huì)以及電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專委會(huì)委員，《水電與抽水蓄能》專委會(huì)專家。負(fù)責(zé)或參與的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)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(xiě)的專業(yè)書(shū)籍4部；負(fù)責(zé)或參與的科研項(xiàng)目獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)、三等獎(jiǎng)多項(xiàng)。從2009年開(kāi)始，一直致力于智能水電廠技術(shù)的研究與應(yīng)用。