基于智能電網的抽水蓄能電站智能化分析

梁啟凡，李文雅

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118000）

0 引 言

智能電網與普通電網相比更安全可靠，智能電網通過傳感器對發電、輸電、配電及供電等設備的運行情況進行檢測，及時發現問題并采取措施解決。電網具備的自愈性能，可自行尋找故障元件，并將其從系統中分離，保障系統穩定運行，保障電能質量及電網工作效率。抽水蓄能機組在電力系統中有很多不同的功能，對智能電網的運行有很大作用。

1 智能電網抽水蓄能的概念與特性

抽水蓄能在我國電力系統中的應用較廣泛，且抽水蓄能具有使用壽命長和存儲量大的特點，可用于國家電網的調頻調峰與黑啟動。抽水蓄能電站可有效解決風能發電和太陽能發電問題，對頻率及相位的變化觀測有很大幫助，可使新能源電力平穩輸出。新能源接入電網后會造成電網負荷波動，抽水蓄能電站可消除大規模新能源并網對電網產生的影響，對新能源的可持續發展有重要作用，為新能源的開發及使用提供支撐[1]。

智能電網是我國電網的未來發展方向，智能電網的應用與國家能源安全及能源可持續發展息息相關，它的普及需要新能源發電技術的支持。智能電網還可以對電網運行狀況進行安全評估及連續分析，預警功能較強，可及時發現潛在故障并將故障隔離，防止故障影響進一步擴大。智能電網可合理接入再生資源，對用戶間的高效互動有很大幫助。由于用戶的電力需求不同，智能電網可以滿足不同用戶的不同電力需要，并對此進行集成及優化，使不同用戶共享一個平臺，該平臺可以合理配置資源，降低運維成本。

2 抽水蓄能電廠在智能電網中的作用

2.1 為新能源發展提供支撐

風能、太陽能和海洋資源的發展空間較大，可持續利用時間較長，可以滿足人類對能源的需求，對環境保護和促進經濟發展等有很大的促進作用[2]。但受地理環境和季節等因素影響，可持續發展資源存在隨機性、波動性與間歇性等特點，在并入電網過程中容易引起電網頻率偏差或電壓波動。研究表明，如果可再生資源的裝機容量超過總裝機容量的10%，會影響局部電網的正常運行。在火電資源占比較大地區，僅使用火電機組調節已不能適應其變化，新能源并網受到限制，對新能源的普及有很大影響。

2.2 改善經濟的發展

我國的不可再生資源產量及能源需求分布不平衡，不可再生資源主要位于西部地區，可再生資源大多數位于北部地區，而資源需求較大的則是中部地區，要實現資源共享和優化，需改變這種狀況。智能電網可大規模大范圍地開發不可再生資源，可再生資源的跨地區輸送，不僅耗時長還會造成資源的不必要損耗。抽水蓄能電站可提高受端電網的調節能力，有效減少輸電過程中的損失，提升電網大范圍能源輸送能力，對電網優化有重要作用，可實現新能源的合理分配，促進區域經濟發展[3]。

2.3 調頻調相

電網頻率波動時，抽水蓄能機組一次調頻功能對頻率變化會有所回應，并調整抽水蓄能機組，將其調整為負荷出力，使電網頻率自動恢復到正常使用范圍。抽水蓄能電站可以實時接受AGC負荷指令，按照設定的優化控制原則進行機組分配，對電站的總出力進行調整，將系統頻率控制在一定范圍內。抽水蓄能機組在發電、發電調相、抽水及抽水調相4種狀況下皆可以通過調節無功功率達到提高電網電壓的目的，也可以通過吸收無功功率來降低電網電壓，提高智能電網供電質量，維持智能電網的安全穩定運行。

2.4 調峰填谷

調峰填谷對抽水蓄能電站有重要作用，調峰填谷可在用電高峰當做電源釋放電能，在用電低谷時當做負荷存儲電荷，有效減少火電機組的深度調峰啟停次數，提高電網能源利用率。

3 對于廣州蓄能水電廠的改進

對于智能電網的安全可靠性及自愈性，以廣州蓄能水電廠的機組響應快速性及機組運行可靠性兩方面進行分析。

3.1 機組相應快速性

要提高抽水蓄能電廠響應速度，需要對電廠機組進行調控，廣州蓄能水電廠機組可以通過調度AGC直接進行控制調節，運行時的負荷調節由溫度AGC發出。智能電網通過大量的傳感器對電力系統的部分設備進行實時監控，可以將相關線路的重要預警信息添加到調度AGC控制中，使調度AGC的判斷更全面更智能，以此把握抽水蓄能機組加減負荷的時機。

一次調頻功能影響電網在緊急情況下的響應速度，對保障電網安全運行意義重大，因此需要優化一次調頻功能。廣州蓄能水電廠七臺組機的一次調頻投入運行已久，根據實際測量情況及各項指標可知，一次調頻負荷響應滯后時間滿足一次調頻的相關規定，固有轉速死區和頻率死區也滿足一次調頻的相關規定。但也存在負荷穩定時間和一次頻率最大負荷調整幅度用時較長的情況，不能達到一次調頻的相關規定，所以需要完善一次調頻功能，為電網提供更好的服務。

在廣州蓄能水電廠中，一廠可在一分鐘內帶上滿負荷，而二廠要5 min左右才可以帶上滿負荷。抽水蓄能機組啟停時間的影響因素主要有兩個，一是機組設備，在機組啟停過程中，各種設備啟停時間不一樣，耗時最多的是球閥和轉子升速過程[4]。可以通過設備改進與換型提升反應速度，以此縮減啟停時間，也可通過更智能化和數字化的傳感和變送元件縮短機組啟停時間。二是控制機組啟停流程的程序設計，高效合理的機組啟停控制流程，可以有效縮短機組啟停時間。在機組安全運行的前提下，對機組流程進行仔細研究，可進一步優化順控程序，縮短啟停時間。現在廣州蓄能水電廠一廠發電時球閥要打開一半才可以啟動調速器，通過改進打開1/4左右就可以啟動調速器。二廠機組的部分流程命令與設備不匹配，通過改進使一步操作流程只能操作一個設備[5]。

3.2 機組運行可靠性

建立全面的機組狀態監測系統，抽水蓄能水電廠數字化是必然的發展趨勢，通過現在所掌握的計算機和網絡技術搜集整理機組運行數據，通過這些數據建立完整的機組狀態監測系統。廣州蓄能水電廠的生產信息系統與主變壓器在線監測系統都會影響系統故障及運行狀態分析，且這些系統是獨立存在的。如果將這些信息整合利用，可為技術人員獲取機組狀態及變化趨勢提供便利，并為制定相應的檢修及維護規則提供依據。另外，還可以利用這些數據建立預警系統，方便技術人員及時發現隱患并進行維修。

建立完整且有效的故障診斷系統，需要大量的故障信息數據與經驗豐富的技術人員。在發生故障時，檢測系統根據之前的設定進行故障診斷，并自動與電子圖紙連接，輔助技術人員進行故障維修。廣州蓄能水電廠的生產狀態監測系統、電子圖紙系統及歷史故障處理數據為建立故障診斷系統奠定了良好基礎。

4 結 論

綜上所述，智能電網的發展越來越迅速，抽水蓄能電站是保證電網安全可靠運行的重要工具，抽水蓄能電站是智能電網不可分割的一部分，對智能電網的建設意義重大，并可創造良好的社會效益。