基于物元分析法的数字化智能抽水蓄能电站建设水平评价

基于物元分析法的数字化智能抽水蓄能电站建设水平评价

杨焱喆

河北抚宁抽水蓄能有限公司，066006

摘要：在国家能源技术领域整体实力和管理水平日益提升的形势下，传统抽水蓄能电站源网协调、设备安全性等能力不足的问题日益突出，故电力行业提出一种新型数字化智能抽水蓄能电站的构想。数字化智能抽水蓄能电站是以网络化、自动化、信息化为基础，以数字孪生和一体化管控平台为载体，广泛应用“大云物移智链”等新兴技术和现代工业技术，具备“全景监控、虚实融合、高度协同、智能管控、安全高效、绿色生态”特征，具有全寿命周期智能管控体系，满足能源互联网“源网荷储”协调互动要求的持续迭代、自主优化的创新型抽水蓄能电站。

关键词：数字化智能;建设水平;抽水蓄能电站

引言

我国抽水蓄能发展初期面临技术缺乏和经验不足的问题，经过一系列抽水蓄能工程的建设，在抽水蓄能电站设计建设、机组制造、运营管理等方面积累了丰富的经验。进入“十四五”时期，在能源结构转型、构建新型电力系统、实现“双碳”目标的背景下，抽水蓄能电站发展遇到了新的机遇。随着风、光等间歇性新能源的快速发展，新能源大规模并网时会对电力系统的稳定运行造成冲击，因此需要一定的储能电源保障电网安全。抽水蓄能是一种安全稳定、经济环保的储能方式，同时抽水蓄能电站具有工况转换灵活、稳定性强等优势，将在以新能源为主体的新型电力系统构建过程中发挥十分重要的作用。

1数字化智能抽水蓄能电站评价指标体系建立

在数字化智能抽水蓄能电站建设过程中，抽水蓄能电站机组智能设备由设备本体、传感器及智能组件组成，智能组件通过电缆或光纤与宿主设备中的传感器和执行器相连接。且随着新兴技术发展，云计算技术、大数据技术以及物联网技术都被运用至数字化智能抽水蓄能电站中。故根据数字化智能抽水蓄能电站独有的定义、内涵、特征以及建设目标，本文构建了由4个维度，17项具体考核指标组成的评估指标体系。指标体系设置的过程中，考虑了如下因素:(1)充分考虑了抽水蓄能电站规划的智能化与数字化发展重点，将发展重点的建设成效纳入评估体系。(2)不仅要考虑指标体系对设备和系统的提升价值，还需考虑电站人员的发展空间。(3)不仅注重最终的运行效能提升，而且注重基础支撑的建设。

2 21世纪初抽水蓄能电站的状况

进入21世纪，伴随着我国经济体制、电力体制改革的深入，抽水蓄能电站开发建设方式有了重大改变，实现了从学习借鉴国外经验到独立自主的转变。国网新源控股有限公司和南方电网调峰调频发电有限公司的成立，标志着我国抽水蓄能开始了专业化发展之路。通过专业化运营，抽水蓄能电站建设实现了机械化施工、智慧化管控和标准化建设。抽水蓄能技术在相关高校、科研单位、设计制造单位的共同努力下，取得了抽水蓄能电站可逆式机组、计算机监控、调速、励磁、保护等方面的全面突破；同时250MW、300MW、375MW抽水蓄能电站机组成套设备的研制，打破了国外的技术垄断。国网新源控股有限公司勇于创新，在机组设备国产化方面进行技术攻关，承担制定了国际标准、国家标准和行业标准。

3数字化智能抽水蓄能电站建设策略

3.1系统总体设计方案

电站水情自动测报系统由两部分构成：即遥测站、中心站。系统通信方式为GSM/GPRS。现阶段市场主流组网方案主要有超短波、GPRS/GSM移动通信、卫星等3种，GPRS/GSM移动通信信道组网相比其它方式的优点包括：①利用公共通信网络，省去大量的建设和维护工作；②因为使用公网，信道、频道数量众多，使用不受限制；不受距离、地形的影响；③通信质量较好，具有极高的抗干扰、保密性；④数据传输实时性强，数据传输延时微小；⑤建设等级高，通信线路抗雷电、大风等自然灾害袭击能力强，同时不易受到人为或动物破坏；⑥设备耗电小，费用低廉。遥测站数据采集发送工作体制采用混合式，以定时向报为主，具备阀值自报、定时自报的功能，并能响应中心站的召测和查询。中心站具有数据管理、智能报警、数据查询、统计分析和预报调度等应用软件功能。

3.2抽水蓄能电站与新能源联合运营

随着新能源占比逐渐提高的新型电力系统的建设，太阳能和风能等新能源进入快速发展时期。然而，光电、风电作为间歇性可再生能源，其规模并网会对电力系统造成冲击，影响电力系统的安全稳定运行。因此，通过采用抽水蓄能与光伏、风电等多品种间歇性能源多能互补的联合运营方式，可实现电能的高质量输出和利用，保障大电网的安全。抽水蓄能电站与新能源联合运营可以推进电力系统的改革、完善，优化对资源的配置，同时可以解决电力系统建设、运行过程中的能源过度消耗和用电负荷不足等问题。通过研究风能、光能与抽水蓄能进行互补的联合运营模式，实现多能互补的多边收益及电力系统安全稳定运行的目标，获得联合运营的综合收益。

3.3水位计防误动保护措施

在流域某电站，由于防水淹厂房保护系统没有安装水位计的保护套管，电极式水位计电极、浮球式水位计浮球裸露，导致在现场开展其他工作的人员误碰水位计的电极和浮球，误开出信号到监控系统的事件。因此，华能澜沧江水电股份有限公司《大中型水电站无人值班技术规范》要求：水淹厂房保护系统应采取防止误动的技术措施，水位监测元件应冗余配置，且尽可能分区布置，任一路监测到水位异常时动作于报警，两路同时监测到水位过高则动作于对应机组机械事故紧急停机，同时启动厂房事故应急广播系统。根据要求，电站防水淹厂房保护系统内所有水位计均安装与其直径匹配的透明树脂材料的圆柱形保护套管，套管长度根据各区域水位计的定值进行确定，通过支架将套管固定在墙上，在套管的上部加工有通气孔，以防水位计下部淹水后套管内憋气影响水位计正确动作。

3.4站网布设原则

电站水情自动测报系统遥测站网布设应服从满足水电站所属流域总体防汛规划和系统建设的目标及发电生产需要，符合设计原则和建设要求，并满足洪水预报精度的要求，拟建设各遥测站，均地处桂北高寒地区，为桂林市主要暴雨形成区域且山栾叠嶂起伏，支流短小，造成洪水传播时间短，瞬间水量大等特点。本系统设计应遵循以下原则：（1）将系统整体可靠性和实时性作为第一原则。（2）所有遥测站布设在野外，各设备运行都需适合野外恶劣环境，要求设备低功耗、防雷电、抗电磁干扰；还必须具备防高低温、高湿度、防水等功能，达到自动监测运行、无需人工参与。（3）本系统最大程度优化遥测系统规模和节省投资。

结束语

本文遵循“先进性、科学性、可操作性、开放性”的原则，构建包含信号通信水平、基础支撑水平、智能化水平、人工投入水平的数字化智能抽水蓄能电站建设水平评价指标体系。建立基于CPSOAHP物元分析法的数字化智能抽水蓄能电站建设水平评价模型，并以某智能抽水蓄能电站为实例验证，为数字化智能抽水蓄能电站的转型和建设提供重要参考依据。

参考文献

[1]潘宏,彭放,赵小明,何亚东.水电站排水系统智能故障预警模型设计与应用[J].水电与抽水蓄能,2020,6(05):91-96.

[2]孔德宁,齐程,葛凯,邵元.基于“物联网+”的水电站智能安全管控体系建设研究[A].《中国电力企业管理创新实践（2019年）》编委会.中国电力企业管理创新实践（2019年）[C].:《中国电力企业管理》杂志社,2020:477-481.

[3]罗浩,王文超,李佳栋,刘敏琦.浅谈近代智能化技术在水电工程中的应用[J].四川水力发电,2020,39(04):127-130.

[4].5G+智能管控世界水电第一高坝建设四川移动助力双江口水电站工程迈入“5G+智慧工程”[J].通信与信息技术,2020,(03):13.

[5]张沛.基于神经网络的水电站智能维护方法研究[J].陕西水利,2020,(05):29-31.