特别策划

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Special Feature

“大力发展清洁能源，积极开发水电”是我国重要的战略举措。我国水电装机容量居世界之首，世界前十大水电站中有五座在中国，长江、黄河、澜沧江等流域的巨型复杂水电站群举世瞩目，充分发挥其工程效益，对水资源高效利用、新能源消纳、节能减排等方面意义十分重大。我们面临着水电站和流域水电站群以下问题：一是各业务相对孤立，运维分散，整体效率有待提高；二是水资源梯级利用效能需要进一步挖掘；三是机组的调节性能、与电网互动能力有待提升；四是机组安全状态在线识别和量化评估困难。

为了解决上述问题，2010年始，我们与东北电网及下属白山、松江河电厂一起，全面分析“水-机-电”交互影响过程，重构运行控制架构，攻克水资源优化利用、水力电力协同、源网协调、设备状态量化评估等关键技术，建立高效运行控制技术体系——智能水电厂。

智能水电厂涉及水电站和水电站群集控。它的定义是：适应智能电网源网协调要求，以信息数字化、通信网络化、集成标准化、运管一体化、业务互动化、运行最优化、决策智能化为特征，采用智能电子装置（IED）及智能设备，自动完成采集、测量、控制、保护等基本功能，具备基于一体化平台的经济运行、在线分析评估决策支持、安全防护多系统联动等智能应用组件，实现生产运行安全可靠、经济高效、友好互动、绿色环保目标的水电厂。

主要科技创新如下：

创新一，分布式全息运行控制架构。

针对流域水电站群涉及自然环境、水工建筑、机电设备、电网系统，“水—机—电”特性差异大，内、外部交互机理复杂的问题：

（1）面向设备对象进行功能解耦，创建了水电公共信息模型，提出了分布式全息运行控制架构，解决了信息共享和故障隔离等难题。

（2）提出了多源信息的分层跨区融合方法，建立了多业务互动机制，研发了一体化运行控制平台，实现了多专业融合。

创新二，流域水资源高效利用及水—电协同。

针对水电调度过程中既要考虑水电站自身、水电站之间的水力和电力协同问题，还要满足防洪、灌溉等综合利用要求：

（1）基于模糊聚类和相关分析，提出了类子流域量化识别方法，解决了梯级滚动开发带来水文预报资料缺乏的难题，有效提高了水文预报精度。

（2）创建了最小水位越限控制模型，通过负荷优化转移调整水位，实现了站群实时负荷合理分配、库水位控制等多目标协调。

（3）提出了电力运行约束条件下的短期发电优化调度模型和快速求解算法，解决了站群短期发电计划可执行度低的问题。

（4）研制了经济运行系统，水能利用率提升3%到5%。

创新三，适应电网要求的新型源网协调。

针对巨型水电站群远离负荷中心，需要通过超/特高压输送，特别是机组在直流孤岛模式下的调控方法无例可循的情况：

（1）建立了考虑水—机惯性常数的发电控制模型，发明了结构参数自适应的新型负荷调节方法，解决了巨型机组一次调频与AGC协调、响应速度与稳定性兼顾的难题，机组调节速度提升30%，精度提高一倍。

（2）发明了机组控制系统对直流孤岛模式的动态识别方法，提出了电网不同波动下有差、无差相结合的调频方法，实现了有功和频率波动的快速抑制。

（3）研制了系列化的智能测控装置，实现了机组有功、无功调节的全数字化，提升了源网协调能力。

创新四，水电主设备状态检修决策支持。

针对机组水力冲击、机械惯性和电磁影响大，状态复杂，状态检修难以实施的问题：

（1）创建了机组健康状态评价、风险评估指标体系，研发了相关系统，实现了安全状态在线识别和量化评估。

（2）提出了机组分工况的振摆越限预警方法，建立了运行状态参数在线提取和修正模型，研发了振摆监测保护装置。

目前项目成果在新源松江河、白山发电厂进行试点应用，在20多个电站或集控中心推广应用，并出口至越南、老挝等国。部分成果还应用于水利信息化、抽水蓄能等领域。

本次栏目与大家分享智能水电厂研究成果。随着科学技术的进步和发电厂运行管理需求的改变，随着我们对智能水电厂认识水平的不断提高，智能水电厂的技术和解决方案也在不断发展，我们愿意与同行一道，推动智能水电厂技术的进步，为水电厂实现安全可靠和经济高效运行服务。

特约栏目主编

徐洁

特约栏目主编 | 徐洁，电力系统及其自动化专业研究生毕业，1988年1月南瑞集团公司工作至今，教授级高级工程师，长期从事水电厂自动化研发、工程实施和管理工作。中国水力发电工程学会自动化专委会以及电网调峰与抽水蓄能专委会委员，《水电与抽水蓄能》专委会专家。负责或参与的国际标准、国家标准和行业标准10余种；负责或参与编写的专业书籍4部；负责或参与的科研项目获省部级一等奖1项、二等奖4项、三等奖多项。从2009年开始，一直致力于智能水电厂技术的研究与应用。