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1、大型抽水蓄能電站自動控制技術(shù)北京中水科水電科技開發(fā)有限公司（自動化）劉曉波、張毅、趙勇飛1調(diào)研背景概述隨著我國電網(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)手段看，解決這一矛盾的較經(jīng)濟(jì)的方案就是建設(shè)一系列大型抽水蓄能電站實(shí)現(xiàn)調(diào)峰填谷。在當(dāng)前電網(wǎng)向堅(jiān)強(qiáng)智能方向發(fā)展的環(huán)境下，各大電力公司正在加快大型抽水蓄能電站建設(shè)的步伐，可以預(yù)見大型抽水蓄能電站在提高電網(wǎng)電能質(zhì)量、保障火電站和核電站運(yùn)行效率、提升電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)與可靠性方面將發(fā)揮著越來越重要的作用。從1968年，我國首次在河北省石家莊附近的崗
2、南水庫安裝一臺由日本引進(jìn)的抽[1]水蓄能機(jī)組，容量為11萬MW。1996年開始陸續(xù)在西藏拉薩建成羊卓雍抽水蓄能電站，在浙江寧波建成溪口抽水蓄能電站，在安徽建成響洪甸混合式抽水蓄能電站，在北京密云建成混合式抽水蓄能電站。這些電站的容量雖小，但啟停靈活，為地區(qū)[1][80][89]電網(wǎng)服務(wù)發(fā)揮了可觀的效益。為配合大亞灣核電站和嶺澳核電站而建設(shè)的廣州蓄能一期工程（4×300MW）（1993年建成）、二期工程（4×300MW）（1999年建成），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
3、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?5767MW，其中大型純抽水蓄能電站16座總裝機(jī)容量15390MW，在建的10座，裝機(jī)容量10940MW，擬建20座，裝機(jī)容量27200MW。一般工業(yè)化國家抽水蓄能裝機(jī)占比約在5%-10%水平，其中日本2006年抽水蓄能裝機(jī)占比已經(jīng)超過10%。目前，我國抽水蓄能裝機(jī)占全國總裝機(jī)約為2.4%，根據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析預(yù)測，全國在2015年、2020年水平年抽水蓄能裝機(jī)全國總裝機(jī)約為3.7%[90]和4.4%，與工業(yè)化國家抽水蓄能裝機(jī)占比有一些差距。我國可利用
4、的抽水蓄能資源很多，尤其是東南沿海地區(qū)以及內(nèi)地一些純火電電網(wǎng)更有必要，也有條件加速發(fā)317展這一事業(yè)，優(yōu)化這些地區(qū)的電源結(jié)構(gòu)。我國抽水蓄能電站目前占比明顯偏低，隨著國內(nèi)核電、大型火電機(jī)組的投建，新能源以及特高壓、智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展，國內(nèi)抽水蓄能電站建設(shè)明顯加速。目前在建規(guī)模達(dá)到約14000MW，擬建和可行性研究階段的抽水蓄能電站規(guī)劃規(guī)模分別達(dá)到15000MW和20000MW，如果以上項(xiàng)目順利投產(chǎn)，2020年我國抽水蓄能電站總裝機(jī)容量將達(dá)到約60000MW。由于歷史發(fā)展的原因，我國大中型抽水蓄能電站自動控制系統(tǒng)基本上都
5、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)也從研制逐步發(fā)展到實(shí)際應(yīng)用階段。綜合上述分析，可以得出這樣的結(jié)論：中國社會發(fā)展需要建設(shè)更多抽水蓄能電站。由于抽水蓄能電站的復(fù)雜性，不可避免將會出現(xiàn)許多水利水電問
6、題，值得加大跟蹤、研究力度。本專題資料來源于國家科技圖書文獻(xiàn)中心、調(diào)研得到的資料以及網(wǎng)上查詢等。以“蓄能電站”加上“自動控制”為檢索詞在國家科技圖書文獻(xiàn)中心檢索，查到998篇文章。為完成本專題，與北京勘測設(shè)計(jì)研究院、廣州蓄能發(fā)電廠、廣州惠州蓄能發(fā)電廠、廣東清遠(yuǎn)蓄能電廠等單位有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了技術(shù)交流活動，獲得部分技術(shù)資料。2本專題進(jìn)行調(diào)研的原因、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控
7、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控制技術(shù)發(fā)展動態(tài)跟蹤調(diào)研，推動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)318備可靠性要求高，對自動化控制系統(tǒng)、設(shè)備技術(shù)要求高，程序復(fù)雜。一般抽水蓄能電站水頭比較高，一般在400-600米，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
8、機(jī)與同步電動機(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。[1][80][89]根據(jù)參考資料及參考資料，表2-1、表2-2、表2-3分別列出了中國國內(nèi)大陸地區(qū)已建
