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(lì)磁系統(tǒng)。南瑞集團(tuán)主要承擔(dān)電站全部6臺(tái)機(jī)組的勵(lì)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(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。
加快發(fā)展抽水蓄能，對(duì)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(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)水平國際領(lǐng)先的勵(lì)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(lì)磁系統(tǒng)
勵(lì)磁系統(tǒng)是供給同步電機(jī)勵(lì)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(lì)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(duì)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(lì)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(lì)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(lì)磁系統(tǒng)。2009年，首套國產(chǎn)抽水蓄能勵(lì)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(jí)抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的研制和示范應(yīng)用。
在抽水蓄能機(jī)組勵(lì)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(lì)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(lì)磁回路，并將儲(chǔ)存在勵(lì)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(duì)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(lì)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(lì)磁繞組與勵(lì)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(lì)磁系統(tǒng)具有最大/最小勵(lì)磁電流限制、伏赫限制、強(qiáng)勵(lì)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(lì)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(lì)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(dòng)任務(wù)。在抽水啟動(dòng)時(shí)，如果靜止變頻器接收機(jī)端電壓反饋信號(hào)較弱，轉(zhuǎn)子位置檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)失敗。南瑞集團(tuán)提出通過勵(lì)磁系統(tǒng)變參數(shù)控制來增強(qiáng)機(jī)端電壓反饋信號(hào)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(dòng)成功率。
迭代升級(jí)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(tái)縣光伏發(fā)電量顯著增加。4月14日中午，位于五臺(tái)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(duì)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(jí)，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(duì)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(jí)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(tái)，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(duì)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(jí)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(duì)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(hào)機(jī)組勵(lì)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(hào)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(tái)單機(jī)容量30萬千瓦的單級(jí)可逆式水泵水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。南瑞集團(tuán)承擔(dān)了電站勵(lì)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(lì)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(duì)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）
評(píng)論