中小水电站智能化调研报告

中小水电站智能化调研报告1、 调研背景概述随着技术进步和全球新能源、分布式能源的发展，智能电网已成为未來世界电力系统发展的方向，为满足未来能源发展的需要，2021年国家电网公司专门制定了“统一坚强智能电网关键设备（系统）研制规划”，提出了智能电网发电、输电、变电、配电、用电、调度环节及通信信息平台的关键设备分阶段研制目标，南方电网也在制定有关智能电网的研发计划，研制智能电网关键设备已成为当前电力系统技术发展的热点和新方向。结合所从事的水利水电口动化专业领域和当前水电厂智能化建设的实际需求，本项目将水电厂智能化技术发展动态作为跟踪调研的重点。根据电力系统智能化发展趋势，目前正在开展智能化水电厂建设方面的研究工作，着重反映研究方向、研发内容、主要观点和重点课题/项目的进展及成果等。以反映学科发展动向和新技术信息。通过调研分析，归纳总结智能化水电厂建设方面的主要进展和成果，指出当前国际具有创新性、前沿性及前瞻性的成果和值得关注的新动向等，并分析在我国深入（推广）研究及应用的前景，同时对新技术要进行适当的市场分析。2、 调研的原因、必要性及意义水电厂智能化建设，代表了当前国际水利水电口动化技术的发展方向。由于国内外在智能化水电厂口动化技术方面的研究刚刚起步，智能水电厂的概念、目标、功能、系统配置及系统间互动等方面均亟需进一步研究，目前开展水电厂智能化技术发展动态跟踪调研,有利于推动水电厂计算机监控系统、机组状态检修、经济运行等方面智能化研究的展开。智能水电厂是智能电网的重要组成部分，但乂与智能电网关注的重点不同，智能水电厂的总体目标应该是通过智能化建设，进一步提高水电厂生产管理和设备的安全运行水半，实现全厂各系统之间的无缝连接与互操作，进一步提高机组的可观性、可控性和可调性，提升电网与电厂之间的智能协调水平，提高全厂设备故障诊断与优化运行的智能化水平，并最终提高水电厂的经济效益。另外，随着智能电网关键设备研制工作的展开，国内部分研究机构、设计院和水电厂已开始智能水电厂建设的前期规划设计和研究工作，但在智能化水电站建设方面还缺乏共识，因此有必要开展智能水电厂口动化技术调研，选择智能水电厂口动化技术作为重点专题进行调研主要意义包括：（1）通过开展智能水电厂口动化技术发展中热点和重点问题的专题调研，可以跟踪并全面、系统了解和掌握相关学科技术的国际发展态势，对我国水利水电行业未來的发展和增长点进行分析，为各级领导和相关部门提供具有前瞻性的咨询意见或技术支撑。（2） 通过对新技术的调研和市场分析，为本专业应用技术的发展和实现科研成果产业化和市场化提供技术参考。为我国水利水电行业的技术发展和建设提供技术信息和咨询意见。（3） 通过本专题的调研分析，归纳汇总编写成《国际水利水电科技发展动态调研报告（2021年度）》°为各学科的科学、健康及可持续发展，为保持在国内学科建设和发展的领先地位，并为在2021年建设成世界一流的水利水电科学研究提供技术支持。3、发展新动向和值得关注点3.1国内外智能电网技术发展动态我国是统一坚强智能电网建设的但导者，近年来，国家电网公司一直在努力打造以信息化、口动化、互动化为特征的统一的坚强智能电网。我国坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架，釆用先进的设备技术和控制方法，研制坚强智能电网关键设备（系统），实现电网的安全、高效运行，以解决我国能源主要分布地与主要消费地不一致和可再生能源发展的问题。在智能电网建设初期，我国主要是对以电网调度系统和数字化变电站为主的二次设备进行更新。智能电网是电力工业的未来发展方向，已在国内外形成共识。目前智能电网建设已在变电环节获得较大进展，主要技术问题己基本解决，智能化数字化变电站将成为新建变电站的主流。而智能化建设在发电领域还处于刚刚起步阶段，主要是因为发电环节涉及的设备与系统更多更复杂，技术标准与规范还需完善，智能化建设遇到的问题技术难度较大。从2021年IEC正式发布IEC61850以來，ABB、SIEMENS.AREVA、GE等国外主要公司都推出了支持IEC61850标准的新一代变电站口动化系统。并在2021年8月就组织了13个厂商进行IEC61850产品的互联展示。目前已经形成了一个完整的产业链。IEC61850标准在我国等同引用为国内电力行业标准（DL/T860系列），并制定了相应的WL/T860工程实施规范》，中国电力科学研究院、国网电力科学研究院、许继、国电南自、北京四方等均较早开展了智能电网技术的研究和设备研制工作。从2021年起，国调中心组织国内10个主要厂家和检测单位成功进行了6次IEC61850互操作实验，实现不同厂家的IED之间的信息交换与功能互动。在数字化变电站建设上，初步统计我国已有70余座数字化变电站投入运行，并在间隔层、变电站层等二次设备和系统上取得了较大的技术进步，在电子式互感器与智能化开关等需同时具备一、二次设备技术的过程层与国外仍有较大差距，可靠性方面等还有待进一步验证与完善。在发电环节，随着计算机监控、保护测控、机组状态监测等口动化系统的广泛应用，为智能化建设打好了良好的基础，但有关研究工作还处于刚刚起步阶段。国内水电站计算机监控系统的主要研发企业北京中水科水电科技开发有限公可和南京南瑞集团公司均开展了相关的研究开发工作，另外成都勘测设计研究院、西北勘测设计研究院、东北勘测设计研究院等设计单位和白山电厂、葛洲坝电厂等发电企业均开展了智能化水电站的规划设计工作。由于目前水电站智能化建设技术标准与规范还不够完善，技术发展方向还缺乏共识，同时缺少适合水电厂的大量一次智能设备，这些都决定了开展发电环节智能化建设，研制关键设备和系统将需要一个相当长的时期。综合调研情况分析，在适合水电厂的一次智能设备难以获得突破的情况下，水电厂智能化建设研究，研制发电环节智能化建设关键设备和系统，应将重点放在提升发电站的安全稳定与经济运行水半、提高机组的可观可控可调性，实现并网接入快速化、安全化、标准化和智能化方面，以强化电厂对电网的支撑能力，提升电网与发电厂智能协调水平。在智能化水电厂口动化系统建设方面，重点是进行水电厂计算机监控系统、水电机组状态检修、梯级水电站群经济运行等二次系统的智能化研究。3.2本项目发展的新方向和值得关注点3.2.1水电厂计算机监控系统智能化发展趋势及研究内容经过20多年的发展和技术进步，基丁•计算机监控系统的综合口动化系统在水电厂获得了广泛应用，显著提高了水电厂口动化水平及安全运行水半。但由于缺少统一的接口标准和数据结构模型，使得各口动化设备和系统间接口复杂，难以相互兼容与互操作，为实现系统的统一管理和数据共享带來困难。对水电厂生产管理和口动化系统技术发展产生了不利的影响。国际电工委员会第57技术委员会(IECTC57)制定了有关口动化系统通信的国际标准IEC61850,目前新标准已改名为一电力企业口动化通信网络和系统，并将IEC61850标准推广应用于水电厂口动化，并正式出版发行了水电厂监控通信标准IEC61850-7-410:Hydroelectricpowerplants—Communicationformonitoringandcontrol。智能化、数字化代表了自动化系统未來发展方向。虽然目前还没有严格的有关智能化水电站的定义，但已有基本共识，智能化水电站是指在硕件上由智能化一次设备(电子式互感器、智能化开关等)和网络化、数字化的二次设备组成；软件上以IEC61850标准作为通信协议，实现设备间充分的信息共享和互操作。随着技术的发展，电子式电流电压互感器、智能化开关等各种一次智能化设备的完善,最终从技术层面实现全数字化的智能水电厂是可能的。在全数字化的智能化水电厂，各种智能设备均遵循IEC61850标准，所有数据均具有统一的数据结构并按标准的通信协议互联，保证了站内的各个智能设备之间具有良好的互操作性，同时因采用智能化的一次设备，网络化、数字化的二次设备，数据的采集、传输和设备控制均基于光纤，节约了大量二次电缆，并可彻底解决电站抗干扰问题，提高系统设计、施工效率，从而减少电站投资。综上，当前条件智能化水电厂研究的主要内容和方向如下:深入研究和分析IEC61850标准体系，建模原则，以及完全的智能化水电厂站控层、间隔(LCU)层、过程层3层结构；新型一次设备使用了电子电路，改变了传统设备的结构，有必要对一次设备的可靠性、稳定性以及使用寿命进行研究：二次设备数据和接口全部基于IEC61830标准设计和开发，不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，有必要进行智能化水电站综合口动化系统设计原则、总体结构、实时性、可靠性、稳定性及电磁兼容性等进行研究：智能化水电站智能设备组网原则、网络结构，交换功能、网络性能的研究，推动一次设备智能化，二次设备网络化、数字化，实现水电厂各种智能设备间数据结构和通信传输协议的统一，保证站内的各个智能设备之间具有良好的互操作性；智能化水电站虚端子的出现使二次设计输出端子接线图形式将发生变化，有必要开展设计规程的研究；智能化水电站设备之间的连接全部采用高速的网络通信，已经没有硕连线，有必耍开展检测方法和运行规程研究，并开发相应的检测维护工具，如虚端子探测器等：开展符合IEC61850标准的监控、保护等系统及测控二次设备的研制开发，以满足智能化水电站的要求。3.2.2状态检修系统智能化实施机组故障诊断状态检修决策口动化系统是建设智能水电厂的主要目标之一。近年来，状态监测与故障诊断技术在国外发展迅速，特别是在在线监测、网络技术与远程访问等方面进步明显。但由于水电厂现场设备众多、各类故障原因复朵，故障诊断、设备状态评估等技术还存在一些不确定性，需要在实践中不断完善，实现水电厂设备的故障诊断与状态检修是当前智能水电厂建设的主要研究内容。从水电行业发展來看，设备状态检修代替定期检修是发展的必然趋势，但需经历一个逐步发展完善的过程。在这个过程中，状态检修还不能完全取代定期检修方式，而是形成一套融故障检修、定期检修和状态检修为一体的优化检修方式。同时，要实现真正的状态检修，仅有技术支持系统是不够的，还盡要水电厂整体水平的提升，包括高素质的管理人员、健全的设备管理体制、先进的配套设备与技术等。目前水电厂状态监测与故障诊断系统涉及的设备及子系统众多，IL多來口不同的厂家,亟需通过智能化建设，采用开放的通信规约、统一的技术标准与数据模型，使系统各个部分之间能够实现网络化的无缝通信，最终实现“即插即用”的环境，为最终实现水电厂设备的故障诊断与状态检修创造技术条件。水电厂状态监测与故障诊断系统正向全厂联网与建立远方诊断中心的方向发展，智能水电厂状态检修决策系统结构一般采用分层分布式结构，系统由电站监测层一中心诊断层一用户访问层组成。电站监测层由站级数据服务器和机组监测设备组成。站级数据服务器用于监测、存储各电站机组的状态数据，并向中心诊断层发送设备状态数据。其中机组监测设备包括在线监测设备和离线设备。在线监测设备由多个监测模块组成，其监测范围涵盖机组振动与摆度、压力脉动、噪声、空化、机组效率、发电机气隙、发电机局部放电、变压器油色谱、GIS局部放电等。中心诊断层是系统的核心，主要负责监测设备日常维护、日常监测与报告，简单故障分析等；进行故障诊断、机组