摘要：随着科技的进步，我国在积极推进智能电网的研究和建设工作，抽水蓄能电站作为电网调节、安全稳定和提升电能质量的重要组成部分，其智能化建设将是今后的主要方向和全新目标。目前，智能变电站技术已基本成熟，通过它实现了智能变电站的运作标准化，使得智能变电站的工程实施变得规范、统一和透明。对建设抽水蓄能电站自动化系统智能化起到了不可替代性的作用。基于此，本文首先对抽水蓄能电厂在智能电网中的作用进行了概述，详细探讨了智能电网的抽水蓄能电站智能化，旨在促进抽水蓄能电站智能化的快速发展。
关键词：智能电网；抽水蓄能电站；智能化分析
我国正着力推进实施智能电网建设，未来大量的新能源发电将被引入智能电网。目前，抽水蓄能是电力系统中应用最广泛、容量最大的一种储能技术，主要用于电网调峰调频、事故备用及黑启动等。此外，抽水蓄能电站能够有效消除风能、太阳能和海洋能等新能源大规模并网对电网的影响，补偿新能源入网引起的负荷波动，实现新能源发电的平稳输出，为新能源的可持续发展提供重要支撑。适当规模的抽水蓄能电站的建立是智能电网实现坚强、自愈、兼容、经济、安全、优化和清洁运行的重要手段，是解决可再生能源并网接入、提高能源利用率的重要途径。
1 抽水蓄能电厂在智能电网中的作用
1.1 为新能源发展提供支撑
风能、太阳能和海洋资源的发展空间较大，可持续利用时间较长，可以满足人类对能源的需求，对环境保护和促进经济发展等有很大的促进作用。但受
地理环境和季节等因素影响，可持续发展资源存在随机性、波动性与间歇性等特点，在并入电网过程中容易引起电网频率偏差或电压波动。研究表明，如果可再生资源的装机容量超过总装机容量的10%，会影响局部电网的正常运行。在火电资源占比较大地区，仅使用火电机组调节已不能适应其变化，新能源并网受到限制，对新能源的普及有很大影响。
2.2 改善经济的发展
我国的不可再生资源产量及能源需求分布不平衡，不可再生资源主要位于西部地区，可再生资源大多数位于北部地区，而资源需求较大的则是中部地区，要实现资源共享和优化，需改变这种状况。智能电网可大规模大范围地开发不可再生资源，可再生资源的跨地区输送，不仅耗时长还会造成资源的不必要损耗。抽水蓄能电站可提高受端电网的调节能力，有效减少输电过程中的损失，提升电网大范围能源输送能力，对电网优化有重要作用，可实现新能源的合理分配，促进区域经济发展。
1.3 调频调相
电网频率波动时，抽水蓄能机组一次调频功能对频率变化会有所回应，并调整抽水蓄能机组，将其调整为负荷出力，使电网频率自动恢复到正常使用范围。抽水蓄能电站可以实时接受AGC 负荷指令，按照设定的优化控制原则进行机组分配，对电站的总出力进行调整，将系统频率控制在一定范围内。抽水蓄能机组在发电、发电调相、抽水及抽水调相4 种状况下皆可以通过调节无功功率达到提高电网电压的目的，也可以通过吸收无功功率来降低电网电压，提高智能电网供电质量，维持智能电网的安全稳定运行。
1.4 调峰填谷
调峰填谷对抽水蓄能电站有重要作用，调峰填谷可在用电高峰当做电源释放电能，在用电低谷时当做负荷存储电荷，有效减少火电机组的深度调峰启停次数，提高电网能源利用率。
2 抽水蓄能电站的智能化分析
2.1 调速系统的智能化
调速系统是抽水蓄能机组频率及出力控制的主要部件，其控制性能及控制品质对于工况变化频繁，在电网中担任削峰填谷任务的抽水蓄能机组尤为重要。智能启动控制策略可以保证抽水蓄能机组安全平稳开机。实现抽水蓄能机组快速启动，减少现场调试的复杂性和提高机组运行的稳定性，有重要的实际应用价值。
目前，我国大部分抽水蓄能机组的启动控制都是通过PID 控制调节来实现，这种模式下以偏差为基础来实现抽水蓄能机组调速器启动控制，为开环控制。此外，PID 控制算法存在积分饱和的问题，不利于机组的启动控制。由于机组的启动控制与水头和空载开度密切相关，在无法确定当前空载开度的情况下，机组的启动控制十分困难。此外，活动导叶的开启和关闭操作都与机组额定转速密切相关，而且，电站引水系统的水锤作用和机组转动惯性均限制了导叶的关闭速度导，进而，容易引起机组开机时间延长和机组过速。因此，采用传统的PID 控制策略解决抽水蓄能机组的智能控制问题存在很大困难。
抽水蓄能机组最优的开机方式应该是在保证系统稳定的前提下，机组转速能够以最快的速度升高，而超调量最小。针对开环控制的缺点，智能启动策略需要采用闭环开机控制方式，即设置机组开机时的转速上升期望特性作为频率给定，机组的开机控制不依赖于空载开度和启动开度，在整个开机过程中调速器始终处于闭环调节状态，控制机组频率跟踪频率给定曲线上升。通过设置合理的频率给定曲线，实现机组开机过程的快速而不过速。基于此，研究人员尝试将更先进的控制方式引入水轮机调速系统中，以提高其控制性能。例如，分数阶PID 控制，模糊控制，滑模变结构控制，神经网络控制和模型预测控制等，为实现抽水蓄能机组调速系统的智能控制进行了有益的探索，一种抽水蓄能机组调速系统预测控制模型如图1 所示。
图1 抽水蓄能机组调速系统预测控制模型
2.2 励磁系统的智能化
励磁系统是抽水蓄能电站发电/电动机的核心控制系统，随着控制技术以及计算机技术的发展，励磁系统设备内集成了电源系统和信息交互系统，励磁系统工作的好坏直接影响到发电机运行的可靠性和稳定性，所以对励磁系统状态的监控至关重要。励磁系统除了具备维持发电机机端电压的基本功能外。发电机励磁系统对电网稳定发挥了越来越重要的作用，已经成为电网的一部分。励磁系统智能化建设包括励磁系统的冗余容错及故障自诊断设计，辅环控制模型建立，主环与辅环以及辅环与辅环间的协调控制等。目前，国内外运行的机组一般以SFC 变频器启动作为主要启动模式。该模式是利用晶闸管变频器产生频率可变的交流电源对电动发电机进行启动，是抽水蓄能电机启动的一种新方法，在国内外抽水蓄能机组得到了广泛的应用。同时，在机组变频器启动时，引入PID 控制，以利于静止变频器检测电动机转子位置，当发电机并网之后，励磁系统控制模型自动切换到电压等闭环控制模式。这样既保证机组静止变频器一次启动成功的可靠性，又不影响机组运行在其他工况下的稳定性，引入PID 的控制的抽水蓄能机组静止变频器启动控制模型如图2 所示。
图2 抽水蓄能机组静止变频器启动控制模型
3 结束语
综上所述，智能电网是我国未来电网的发展方向，抽水蓄能电站作为未来智能电网的重要组成部分，其智能化建设将是未来的主要发展方向和全新目标。调速系统和励磁系统的智能化是实现抽水蓄能电站单个机组层级的智能控制的重要保证，除此之外，电站机组的智能化建设还包括继电保护、监测、巡检和辅机系统的智能化建设。未来在实现单个机组智能化的基础上，将升级至整个电站层级的所有机组的智能联动控制，最终形成整个电网层级的所有入网抽水蓄能机组的智能控制，以满足智能电网的建设需要。
参考文献：
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[2]王德宽，张毅，刘晓波，等.农场自动化系统总体构想[J].水电自动化与大坝监测，2011，35（1）：5-9.
论文作者:肖楚伟,江廷锋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：机组论文; 电网论文; 电站论文; 系统论文; 智能论文; 新能源论文; 频率论文; 《电力设备》2018年第34期论文;