4月15日，浙江長龍山抽水蓄能電站主機房內(nèi)，南瑞集團有限公司工程人員陸晨正調(diào)試勵磁系統(tǒng)。南瑞集團主要承擔電站全部6臺機組的勵磁系統(tǒng)建設(shè)，此前陸晨所在的團隊已服務(wù)該電站4臺機組投產(chǎn)發(fā)電。
加快發(fā)展抽水蓄能，對于加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、促進可再生能源大規(guī)模高比例發(fā)展、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重要作用。南瑞集團歷經(jīng)十余年科技攻關(guān)，已孕育出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)水平國際領(lǐng)先的勵磁系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水輪機調(diào)速系統(tǒng)等一系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于福建仙游、浙江仙居、安徽績溪、河北豐寧、山東沂蒙等數(shù)十座抽水蓄能電站的建設(shè)和運行中。
攻克難題，自主研發(fā)抽水蓄能機組勵磁系統(tǒng)
勵磁系統(tǒng)是供給同步電機勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備的統(tǒng)稱，也是電機的核心控制部件。它的主要任務(wù)是向同步電機的勵磁繞組提供可調(diào)節(jié)的直流電流，以滿足同步電機正常運行的需求，起到穩(wěn)定電機機端電壓和為電網(wǎng)提供電壓無功支撐的作用。
與常規(guī)大型發(fā)電機組相比，抽水蓄能機組集抽水與發(fā)電功能于一體，有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用等多種運行工況。抽水蓄能電站通常比常規(guī)水電站更靠近負荷中心，因此對系統(tǒng)可靠性及運行穩(wěn)定性的要求更高。在機組工況轉(zhuǎn)換中，勵磁系統(tǒng)必須根據(jù)監(jiān)控給出的不同運行模式指令切換相應(yīng)的控制方式，以適應(yīng)不同工況運行的需要。
南瑞集團微機勵磁系統(tǒng)研發(fā)起步較早，相關(guān)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于火電、水電、核電、燃機、調(diào)相機、生物質(zhì)發(fā)電、余熱發(fā)電等領(lǐng)域。2007年，南瑞集團開始著手研制抽水蓄能機組勵磁系統(tǒng)。2009年，首套國產(chǎn)抽水蓄能勵磁系統(tǒng)在河北潘家口抽水蓄能電站9萬千瓦機組順利投入運行。2012年，南瑞集團與國網(wǎng)新源公司在安徽響水澗抽水蓄能電站完成30萬千瓦級抽水蓄能機組勵磁系統(tǒng)的研制和示范應(yīng)用。
在抽水蓄能機組勵磁系統(tǒng)的研制中，如何最大限度提升滅磁系統(tǒng)性能是一道難題。“滅磁及過電壓保護裝置是勵磁系統(tǒng)的重要組成部分，也是機組發(fā)生電氣故障時的最后一道防護措施。機組發(fā)生電氣故障時，滅磁及過電壓保護裝置可迅速切斷機組的勵磁回路，并將儲存在勵磁繞組中的磁場能量快速消耗在滅磁回路中，其可靠性和安全性對機組安全運行至關(guān)重要。”南瑞集團長龍山抽水蓄能電站勵磁項目負責人李瀟洛介紹。
南瑞集團深入研究滅磁機理，吸收多種滅磁方法的優(yōu)點，采用組合方式解決了單一滅磁方式快速性與可靠性難以兼顧的技術(shù)難題，使滅磁時間與采用單一滅磁方式相比縮短約20%，降低了磁場斷路器弧壓。這一技術(shù)能在故障發(fā)生時更快斷開勵磁繞組與勵磁電源間的聯(lián)系，并快速消耗電機轉(zhuǎn)子磁場能量，為機組安全穩(wěn)定運行提供保障。
南瑞集團研發(fā)的大型抽水蓄能機組勵磁系統(tǒng)具有最大/最小勵磁電流限制、伏赫限制、強勵限制以及四象限無功限制等功能，可最大限度保障機組安全運行。該系統(tǒng)還采用了智能顯示和故障智能診斷技術(shù)，提高了設(shè)備運行維護的便利性。與進口勵磁系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)更適應(yīng)我國電網(wǎng)安全運行的需要。
和勵磁系統(tǒng)一樣，靜止變頻器也是大型抽水蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)備，承擔著機組在抽水工況下的啟動任務(wù)。在抽水啟動時，如果靜止變頻器接收機端電壓反饋信號較弱，轉(zhuǎn)子位置檢測結(jié)果不準確，就會導(dǎo)致機組啟動失敗。南瑞集團提出通過勵磁系統(tǒng)變參數(shù)控制來增強機端電壓反饋信號的方法，提高了靜止變頻器轉(zhuǎn)子初始位置檢測準確率，從而提高了機組抽水啟動成功率。
迭代升級可編程控制器，支撐抽蓄電站運維
進入4月，山西省五臺縣光伏發(fā)電量顯著增加。4月14日中午，位于五臺縣滹沱河畔的西龍池抽水蓄能電站值班人員按照山西電力調(diào)度控制中心發(fā)布的抽水指令，點擊計算機監(jiān)控系統(tǒng)上的“抽水”圖標，將機組運行工況從發(fā)電狀態(tài)迅速平穩(wěn)切換至抽水狀態(tài)，消納新能源電力。到用電晚高峰時，值班人員又根據(jù)調(diào)度指令，將機組切換至發(fā)電工況，發(fā)揮調(diào)峰作用。
計算機監(jiān)控系統(tǒng)是抽水蓄能電站的控制核心。伴隨著抽水蓄能電站單機容量增大，控制過程也越來越復(fù)雜。這對電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高要求。作為計算機監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，可編程控制器(PLC)也亟須在功能、容量、速度等方面進一步迭代升級，以滿足多種復(fù)雜控制場景的應(yīng)用需求。
此前，我國抽水蓄能電站應(yīng)用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要依賴進口。進口的監(jiān)控系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計上一般“重機不重網(wǎng)”，不能完全適應(yīng)我國電網(wǎng)的特點以及滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行需求。2020年，南瑞集團開始對總裝機容量120萬千瓦的西龍池抽水蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行國產(chǎn)化改造。升級改造后的計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機采用南瑞集團智能一體化管控平臺，現(xiàn)地控制單元采用南瑞集團研發(fā)的新一代智能可編程控制器。
針對抽水蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造需求，南瑞集團憑借多年來在可編程控制器產(chǎn)品智能化、通用化、小型化、國產(chǎn)化等方面的深入研究，迭代升級原有可編程控制器，自主創(chuàng)新研發(fā)新一代智能可編程控制器，在體系架構(gòu)、執(zhí)行速度、信息安全、對象建模等方面實現(xiàn)了較大提升。新一代智能可編程控制器掃描速度更快、周期更短;機架間支持以太網(wǎng)所有的拓撲結(jié)構(gòu)，能滿足現(xiàn)場各類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需求;通過專用以太網(wǎng)模件接入外部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，機架內(nèi)部采用高速雙總線通信，提升了通信效率和數(shù)據(jù)處理速度。
打破國外壟斷，為抽蓄電站提供定制化解決方案
4月14日，河北豐寧抽水蓄能電站內(nèi)，南瑞集團項目團隊開展2號機組勵磁系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試工作，為近期2號機組投產(chǎn)發(fā)電提供技術(shù)服務(wù)。
豐寧抽水蓄能電站是當前全球裝機規(guī)模最大的抽水蓄能電站，總裝機360萬千瓦，安裝12臺單機容量30萬千瓦的單級可逆式水泵水輪發(fā)電電動機組。南瑞集團承擔了電站勵磁系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水輪機調(diào)速系統(tǒng)、智能分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、水庫防汛調(diào)度管理系統(tǒng)等的建設(shè)任務(wù)。隨著2021年年底電站首批機組投運，南瑞集團多項技術(shù)及產(chǎn)品已在電站平穩(wěn)運行100余天。
歷經(jīng)多年耕耘，南瑞集團現(xiàn)已形成較為成熟的抽水蓄能勵磁系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水輪機調(diào)速系統(tǒng)、工程安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)等一系列產(chǎn)品，打破國外壟斷，并針對不同抽水蓄能電站的個性化需求提供定制化解決方案。隨著國內(nèi)抽水蓄能電站加快建設(shè)，該集團相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品已服務(wù)江西洪屏、江蘇溧陽、遼寧蒲石河、吉林敦化、海南瓊中等抽水蓄能電站。
伴隨新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建，抽水蓄能發(fā)展按下“快進鍵”。作為國內(nèi)大型抽水蓄能電站自主控制系統(tǒng)的引領(lǐng)者，南瑞集團正在加快智能抽水蓄能、變速機組控制等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和工程實踐，以抽水蓄能電站關(guān)鍵控制技術(shù)自立自強助力抽水蓄能高質(zhì)量發(fā)展。（盧媛迪 王海燕 余笑）
作者：盧媛迪 王海燕 余笑
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