4月15日，浙江長龍山抽水蓄能電站主機(jī)房內(nèi)，南瑞集團(tuán)有限公司工程人員陸晨正調(diào)試勵磁系統(tǒng)。南瑞集團(tuán)主要承擔(dān)電站全部6臺機(jī)組的勵磁系統(tǒng)建設(shè)，此前陸晨所在的團(tuán)隊(duì)已服務(wù)該電站4臺機(jī)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(jìn)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(yùn)行具有重要作用。南瑞集團(tuán)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水輪機(jī)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(yùn)行中。
攻克難題，自主研發(fā)抽水蓄能機(jī)組勵磁系統(tǒng)
勵磁系統(tǒng)是供給同步電機(jī)勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備的統(tǒng)稱，也是電機(jī)的核心控制部件。它的主要任務(wù)是向同步電機(jī)的勵磁繞組提供可調(diào)節(jié)的直流電流，以滿足同步電機(jī)正常運(yùn)行的需求，起到穩(wěn)定電機(jī)機(jī)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(jī)組相比，抽水蓄能機(jī)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(yùn)行工況。抽水蓄能電站通常比常規(guī)水電站更靠近負(fù)荷中心，因此對系統(tǒng)可靠性及運(yùn)行穩(wěn)定性的要求更高。在機(jī)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(yùn)行模式指令切換相應(yīng)的控制方式，以適應(yīng)不同工況運(yùn)行的需要。
南瑞集團(tuán)微機(jī)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(jī)、調(diào)相機(jī)、生物質(zhì)發(fā)電、余熱發(fā)電等領(lǐng)域。2007年，南瑞集團(tuán)開始著手研制抽水蓄能機(jī)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(jī)組順利投入運(yùn)行。2012年，南瑞集團(tuán)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(jī)組勵磁系統(tǒng)的研制和示范應(yīng)用。
在抽水蓄能機(jī)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(hù)裝置是勵磁系統(tǒng)的重要組成部分，也是機(jī)組發(fā)生電氣故障時(shí)的最后一道防護(hù)措施。機(jī)組發(fā)生電氣故障時(shí)，滅磁及過電壓保護(hù)裝置可迅速切斷機(jī)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(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要。”南瑞集團(tuán)長龍山抽水蓄能電站勵磁項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李瀟洛介紹。
南瑞集團(tuán)深入研究滅磁機(jī)理，吸收多種滅磁方法的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(shí)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(jī)轉(zhuǎn)子磁場能量，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
南瑞集團(tuán)研發(fā)的大型抽水蓄能機(jī)組勵磁系統(tǒng)具有最大/最小勵磁電流限制、伏赫限制、強(qiáng)勵限制以及四象限無功限制等功能，可最大限度保障機(jī)組安全運(yùn)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(yùn)行維護(hù)的便利性。與進(jìn)口勵磁系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)更適應(yīng)我國電網(wǎng)安全運(yùn)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(dān)著機(jī)組在抽水工況下的啟動任務(wù)。在抽水啟動時(shí)，如果靜止變頻器接收機(jī)端電壓反饋信號較弱，轉(zhuǎn)子位置檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，就會導(dǎo)致機(jī)組啟動失敗。南瑞集團(tuán)提出通過勵磁系統(tǒng)變參數(shù)控制來增強(qiáng)機(jī)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(zhǔn)確率，從而提高了機(jī)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(yùn)維
進(jìn)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(diǎn)擊計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上的“抽水”圖標(biāo)，將機(jī)組運(yùn)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(shí)，值班人員又根據(jù)調(diào)度指令，將機(jī)組切換至發(fā)電工況，發(fā)揮調(diào)峰作用。
計(jì)算機(jī)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(jī)容量增大，控制過程也越來越復(fù)雜。這對電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高要求。作為計(jì)算機(jī)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(jìn)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要依賴進(jìn)口。進(jìn)口的監(jiān)控系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上一般“重機(jī)不重網(wǎng)”，不能完全適應(yīng)我國電網(wǎng)的特點(diǎn)以及滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需求。2020年，南瑞集團(tuán)開始對總裝機(jī)容量120萬千瓦的西龍池抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行國產(chǎn)化改造。升級改造后的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)采用南瑞集團(tuán)智能一體化管控平臺，現(xiàn)地控制單元采用南瑞集團(tuán)研發(fā)的新一代智能可編程控制器。
針對抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造需求，南瑞集團(tuán)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(shí)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(jī)架間支持以太網(wǎng)所有的拓?fù)浣Y(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(jī)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(tuán)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開展2號機(jī)組勵磁系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試工作，為近期2號機(jī)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(dāng)前全球裝機(jī)規(guī)模最大的抽水蓄能電站，總裝機(jī)360萬千瓦，安裝12臺單機(jī)容量30萬千瓦的單級可逆式水泵水輪發(fā)電電動機(jī)組。南瑞集團(tuán)承擔(dān)了電站勵磁系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、智能分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報(bào)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(jī)組投運(yùn)，南瑞集團(tuán)多項(xiàng)技術(shù)及產(chǎn)品已在電站平穩(wěn)運(yùn)行100余天。
歷經(jīng)多年耕耘，南瑞集團(tuán)現(xiàn)已形成較為成熟的抽水蓄能勵磁系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、工程安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報(bào)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(gè)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(tuán)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(jìn)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(tuán)正在加快智能抽水蓄能、變速機(jī)組控制等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和工程實(shí)踐，以抽水蓄能電站關(guān)鍵控制技術(shù)自立自強(qiáng)助力抽水蓄能高質(zhì)量發(fā)展。（盧媛迪 王海燕 余笑）
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