阳江抽水蓄能电站监控系统标准化设计

赵勇飞，白剑飞，张 彬，梁 彦，张 勰，汪德勤，张 茜，鲁培权

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.南方电网调峰调频发电有限公司，广东 广州 510635； 3.四川洪雅百花滩水力发电有限公司，四川 洪雅 620360）

1 概述

阳江抽水蓄能电站作为国家“十三五”水电发展规划中，40万kW级设备自主化依托项目，是目前国内已投运单机容量最大的抽水蓄能电站，并建成世界首条800 m水头级钢筋混凝土衬砌水道，电站已于2022年5月28日全面投产，在电网中承担调峰、填谷、紧急事故备用，兼有调频、调相和黑启动任务。

在国家“以新能源为主体的新型电力系统建设”大发展战略下，抽水蓄能是大规模风光发电上网的核心关键环节。预计至2030年我国将新增15亿kW的新能源装机规模，为了应对新能源大规模上网，需要配套5亿kW的调节电源。其中，煤电灵活性改造可提供2.5亿kW，抽水蓄能提供1.2亿kW，新型储能提供1.8亿kW，用户侧提供0.5亿kW。面对大规模的抽水蓄能电站建设需求，作为控制中枢的监控系统要求稳定可靠并能够快速部署，为此在阳江抽水蓄能电站监控系统实施过程中，充分考虑了图纸资料、人机界面、控制流程、系统功能的标准化设计。

2 系统结构

阳江抽水蓄能电站由监控系统实时监视与控制，系统采用分层分布式结构，现地控制层由布置在地下厂房、开关站和上、下库等的多个LCU构成，LCU可对相关监控对象设备进行就地控制；中控层当前布置于地下厂房，未来迁移至地面中控室，主要设置有采集、监视、通信、存储、自动控制等相关服务器及网络、安防、对时设备等；电站由南网总调进行调度。

图1 阳江抽蓄电站监控系统网络拓扑图

3 系统设计

阳蓄电站机组容量大、水头高，技术难度高，针对机组监控对象和工况较多、工况转换流程复杂，以及抽蓄电站在电网中与上级调度的关系比常规电站更为密切等特点，监控系统对图纸、人机界面、控制流程、系统功能等进行了标准化设计与实现，达到了快速部署与安全投运效果。

3.1 图纸设计

阳蓄监控系统图纸设计在监控系统原有标准化图纸模板的基础上，充分吸收和借鉴已投运电站在图纸设计、更新和维护阶段的经验，本着制图风格统一、图纸绘制清晰、接线图纸绘制详实、便于阅读和检索等原则，对图框、图页内容、图纸布局进行了详细规划。

按照设备功能单元进行分页，并根据项目规模为各类图页进行了页面预留，避免后期插入新图页影响图纸原有检索标注。根据实际设备属性规划设备符号绘制，绘制设备符号说明图页，便于图纸阅读。对屏柜内各设备接线图以及屏柜对外接线图进行了布局规划和详细标注，使图纸更易于进行更新和维护。

3.2 界面设计

为提升抽水蓄能电厂的人机交互功能和界面设计的技术水平，规范计算机监控系统上位机监控画面设计工作，降低值班干扰，提高监盘效率，规避误操作风险。系统对画面设置、画面内容、画面风格等要求进行标准化设计。

监控系统画面包含电厂综合画面、机组各系统画面、公共系统画面。画面按一致的风格和背景底色，遵循统一的颜色管理要求，由规范化的图元、线条、设备图案绘制形成，遵循最多双击两次即可定位所需监控要素的便捷性要求，信号树最多设置三级，画面跳转最多只允许设置两层，画面各图元关联测点均可通过右键快捷便捷获取测点相关信息、曲线等。

监控系统画面设置防误操作设计，电厂各画面、各二次确认窗口均设置有底纹，用于提醒值班员。监控系统涉及电气设备操作的画面均根据电气五防要求，配置操作闭锁逻辑，完成隔离操作后可在画面上装设标识牌，拆除标识牌方可执行恢复操作。

3.3 流程设计

机组设置发电、旋转备用、发电调相、抽水、抽水调相、静止和黑启动运行等7种运行工况。控制流程上设计时充分考虑抽水蓄能电站工况和控制特点，采用流程模块化分解和组合原则、运用模块化思想实现流程组合的灵活性，并且结合面向设备对象的编程思想，设备操作的模块化和接口化，满足各种生产场景下各控制对象的控制需求，异常响应模式，运行过程中的配合需求等，充分考虑灵活性、独立性、可扩性以及安全可靠性，同时方便流程在不同电站的复用。

控制程序设计除了要满足机组正常生产工艺流程的要求，充分考虑各种特殊及紧急情况下设备的控制响应，以及设备与设备之间的安全闭锁关系与时序要求，流程转换的优先性，在安全可靠的基础上构建机组控制程序设计模型。

机组工况转换流程按照既定逻辑自动执行，同时具备单步执行功能，单步执行时不设置流程步执行超时跳闸功能；当流程跨步条件满足时，操作人员点击单步执行按钮执行下一步操作，若跨步条件不满足，单步执行按钮点击无效；流程单步执行和自动执行模式可随时切换，且不能影响流程的正常执行。

3.4 功能设计

监控系统满足电站常规监视与操作、数据采集与处理、运行计算和数据交换、调度通信以外，针对抽水蓄能机组的高度自动化和高级应用要求需求，设置自动发电/抽水控制（AGC）、自动电压控制（AVC）功能、抽水发电能力计算等。

（1）AGC功能根据电站实际情况考虑约束条件，以迅速、经济的方式控制整个抽水蓄能电站有功功率的发出和吸收，根据预先设定规则对处于成组控制的机组自动开停机，从而满足电力系统的需求。原始输入数据包括负荷给定值、容量给定值、负荷曲线、水位、负荷实时值等，上述原始输入数据可通过不同方式进入监控系统，如人机联系、数据采集等。根据相关逻辑进行自动开停机、自动启停泵，自动负荷调节。为确保安全，系统对AGC功能所需的各有关参数进行合理性检测或相关数据检测。当检测到异常数据、突变数据等，系统可进行合理性判断，并自动闭锁AGC功能，防止发生误动。

（2）AVC功能根据上级调度、电站的要求及安全运行约束条件、P-Q曲线，完成量测采集、策略计算、控制调节、异常响应、安全约束限制等，考虑进相运行深度限制，机端电压限制，定子、转子电流的限制，合理分配机组间的无功功率，经机组控制单元调节机组励磁，维持母线电压于给定的变化范围内。在受控母线电压、机组无功、机组有功、机端电压、机端电流、励磁电流、厂用电电压等重要电气量出现扰动大于阈值时，闭锁全厂AVC控制，扰动消失后延时 10 s恢复。相关电气量越限时AVC暂停控制并闭锁上/下调节，扰动消失后，恢复AVC正常控制。

（3）抽水发电能力计算

通过上下库自动采集水位信号，实时进行上、下库当前库容、死水位库容计算，并根据机组运行情况，进行可发电、抽水时间，可溢流发电、抽水时间，上、下库一级高可发电、抽水时间计算，建议发电、抽水方案等抽水发电能力计算，并具备警戒报警功能。

4 结束语

阳江抽水蓄能电站的顺利投产，监控系统运行稳定可靠，运行期间零跳机。为国内后续大规模建设同类电站奠定了坚实技术基础，面对大规模的抽水蓄能电站建设需求，作为控制中枢的监控系统标准化设计、快速部署与投运极为重要。