抽水蓄能行业专题研究报告（服务抽水蓄能产业发展）
抽水蓄能行业专题研究报告（服务抽水蓄能产业发展）丰宁电站于2013年5月开工建设，南瑞集团在大坝安全监测领域深耕多年，自2014年7月开始为电站提供安全监测仪器设备及技术服务，目前已提供近5000台套各类自主研发生产的安全监测传感器，获取了大量有价值的安全监测数据，为电站建设期内施工安全、设计反馈、施工指导及安全运行管理提供了重要支撑。（丰宁抽水蓄能电站投产发电大会现场）2021年，国家电网公司将抽水蓄能纳入“一体四翼”发展总体布局，发布了加快抽水蓄能开发建设六项重要举措。在国家科技计划和国家电网公司科技计划的支持下，南瑞集团立足自主创新，经过十余年科技攻关，下属电控公司、水电公司成功孕育出具有完全自主知识产权、国际领先的励磁系统、抽水蓄能电站计算机监控系统、水轮机调速系统、工程安全监测系统、水情测报系统等一系列产品，高质量服务抽水蓄能电站建设。护航世界最大“超级充电宝”，保障冬奥场馆绿电全覆盖丰宁抽水蓄能电站是当前世界规模最大的抽水蓄
3月13日晚，夜幕下的国家体育场“鸟巢”流光溢彩，北京2022年冬残奥会闭幕式在这里隆重举行。毗邻北京的河北省丰宁满族自治县，依山就势筑起的丰宁抽水蓄能电站内，南瑞集团参建的首批投产发电两台机组源源不断输送出绿色清洁能源，保障冬残奥会场馆绿电全覆盖。
电站主厂房内，南瑞集团技术人员正在进行每日例行检查，对励磁系统、计算机监控系统上位机各节点、现地控制柜LCU等设备运行状态逐项检查，确保设备每次启停安全可靠。为积极服务支撑冬奥、冬残奥保电任务，他们早在春节前就赶到了丰宁电站，为冬奥绿电送得上、供得稳保驾护航。
（南瑞集团技术人员全力服务丰宁抽水蓄能电站首批机组投产发电。）
在“碳达峰、碳中和”背景下，我国能源结构持续调整，低碳清洁能源占比稳步提升。抽水蓄能是当前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源，是构建新型电力系统不可或缺的优质安全调节电源，对确保大电网安全、促进新能源消纳、推动能源绿色低碳转型具有重要作用。
2021年，国家电网公司将抽水蓄能纳入“一体四翼”发展总体布局，发布了加快抽水蓄能开发建设六项重要举措。在国家科技计划和国家电网公司科技计划的支持下，南瑞集团立足自主创新，经过十余年科技攻关，下属电控公司、水电公司成功孕育出具有完全自主知识产权、国际领先的励磁系统、抽水蓄能电站计算机监控系统、水轮机调速系统、工程安全监测系统、水情测报系统等一系列产品，高质量服务抽水蓄能电站建设。
护航世界最大“超级充电宝”，保障冬奥场馆绿电全覆盖
丰宁抽水蓄能电站是当前世界规模最大的抽水蓄能电站，总装机3600MW，安装12台单机容量300MW单级可逆式水泵水轮发电电动机组，年设计发电量66.12亿千瓦时，年抽水电量87.16亿千瓦时。电站被喻为“超级充电宝”，一次蓄满可储存新能源电量近4000万度，全年可消纳新能源87亿度，可有效发挥大容量储能作用，对于支撑华北电网安全稳定运行、增强电力系统调节能力等具有重要意义。
（丰宁抽水蓄能电站投产发电大会现场）
丰宁电站于2013年5月开工建设，南瑞集团在大坝安全监测领域深耕多年，自2014年7月开始为电站提供安全监测仪器设备及技术服务，目前已提供近5000台套各类自主研发生产的安全监测传感器，获取了大量有价值的安全监测数据，为电站建设期内施工安全、设计反馈、施工指导及安全运行管理提供了重要支撑。
2021年，南瑞集团凭借精良的产品及优质的技术服务，再次中标丰宁抽水蓄能电站水工自动化观测系统项目。该项目采用南瑞集团自主研发的DAMS-IV型智能分布式安全监测系统，具有自动信息采集、整编计算、图表定制、故障诊断等功能，支持建模分析、测值预报、安全评估、辅助决策等高级应用，将有力支撑丰宁电站工程安全监测智能化建设。目前，系统正处于实施阶段，已完成关键部位自动化监测系统部署，为首批机组发电期间机组安全状态监测奠定了坚实基础。
（南瑞水电公司技术人员开展安全监测数据采集单元现场调试工作。）
截至目前，南瑞集团自产计算机监控系统、水轮机调速系统、智能分布式安全监测系统、水情测报系统、水库防汛调度管理系统等多项技术及产品已在丰宁电站平稳运行，为支撑“外电入冀”，缓解“三北”地区弃风、弃光困局，更好地消纳跨区清洁能源发挥了积极作用。
除计算机监控系统、水轮机调速系统等产品外，南瑞集团在电站应用的励磁系统也为首批机组投产发电提供了有力支撑。在励磁系统的动态试验中，面对抽水蓄能机组复杂的工况流程，两台机组同时调试投运，励磁系统与各控制设备完美配合，顺利完成抽水方向、发电方向的各项试验。
助力华东电网再添巨型“充电宝”“调节器”
截至2022年3月1日，由南瑞集团承担励磁系统建设的浙江长龙山抽水蓄能电站已完成4台机组投产发电，为华东电网再添巨型“充电宝”、清洁能源“调节器”提供了坚强支撑。
(南瑞电控公司技术人员支撑长龙山#1机组投运。）
长龙山抽水蓄能电站属于“高水头、高转速、大容量”日调节纯抽水蓄能电站，具有调峰、调频、调相、系统备用和黑启动等多种功能，工程特性指标三项“世界第一”、四项“国内第一”。电站地处华东电网负荷中心，共安装6台350MW抽水蓄能机组，总装机容量210万千瓦，年平均发电量24.35亿度。电站投产后，对于进一步优化华东地区电源结构、推动构建清洁低碳安全高效的能源体系具有重要意义。
南瑞集团在该电站应用的大型抽水蓄能机组励磁系统，采用自主研发流程控制核心软件，能满足多种工况运行、工况转换的要求；创新性采用抽水工况恒压控制策略、机组静止变频器启动变增益PID模型、全工况PSS模型，进一步提高了电力系统的稳定性。系统具有最大励磁电流限制、最小励磁电流限制、伏赫限制、强励限制以及四象限无功限制等功能，运行维护方便。该系统与进口励磁系统相比，更适应我国电网安全运行的要求，并将技术辐射到燃气轮机、调相机等行业，有力支撑了我国电力系统自动化行业的科技进步和机电装备工业的发展。
（南瑞电控公司技术人员开展励磁系统现场调试工作。)
南瑞集团于2007年开始抽水蓄能机组励磁系统研制，2009年在河北潘家口完成入网测试。2012年与国网新源公司在安徽响水涧以科研方式成功完成300MW级抽水蓄能机组励磁系统的研制和示范应用，获得发明专利2项，并获国家电网公司科技进步一等奖。历经多年耕耘，南瑞集团已成为300MW级抽蓄机组励磁系统国内最大供应商，有力支撑福建仙游、浙江仙居、安徽绩溪河、江苏溧阳、河北丰宁、山东沂蒙、福建周宁等多个抽水蓄能电站建设。当前，南瑞集团正在开展变速抽水蓄能机组交流励磁的研制，力争为推动抽水蓄能产业发展作出更大贡献。
开启大型静止变频启动系统（SFC）国产化时代
2019年5月，南瑞集团SFC在国网新源泰山抽水蓄能电站成功投入运行。
山东是能源消耗大省，火电装机多、风电和光伏等新能源装机增长快，电网峰谷差不断扩大，调峰压力日益突出。泰山抽水蓄能电站是国家“十五”重点工程，总装机容量4×250MW，是山东电网在运抽水蓄能电站的重要力量，在保障电网安全、促进新能源消纳、提升全系统性能中发挥着重要作用。
抽水蓄能机组具备双向旋转特性，兼具发电和抽水两项功能，即正向发电、反向抽水。因机组容量大，在电动机启动方式下无法直接并网，需有辅助启动措施，SFC是当前大型抽水蓄能机组主要启动方式。在机组启动时，SFC可产生频率逐渐增加的交流电，加入到机组定子中，驱动机组转子转动，待转子达到同步转速断开变频器后，机组并网才能进行抽水。
（南瑞大型静止变频启动系统）
泰山抽蓄SFC国产化项目由南瑞集团承担。该系统采用目前最为先进的大型机组启动控制技术、光电隔离触发技术、换相失败快速抑制技术、变频差动保护技术、大功率屏柜设计技术，同时创新实现大型抽水蓄能机组无旁路刀闸直接启动，打破了进口设备的技术封锁。截至目前，该系统已在泰山电站启动抽水4000余次，启动成功率100%。
南瑞集团已具备提供抽水蓄能电站静止变频启动系统整体解决方案及整套设备的能力，近期陆续中标多个抽水蓄能电站SFC。至此，南瑞集团已具备抽蓄、调相机、燃机3个领域大型同步电机的变频启动应用业绩，成功开启了大型SFC的国产化时代。
南瑞新一代智能可编程控制器首次成功应用于抽水蓄能电站
西龙池抽水蓄能电站位于山西省忻州市五台县滹沱河畔，电站总装机容量1200MW，安装4台300MW可逆式水泵水轮电动发电机组。电站于2008年全部建成投产，主要承担山西电网的调峰、填谷任务，并具有调频、调相、为系统提供紧急事故备用等功能，被评估为山西电网最经济、最有效的调峰电源。
（南瑞水电公司技术人员助力西龙池抽水蓄能电站开展发电方向首次手动开机试验。）
2020年，南瑞集团开始对西龙池抽水蓄能电站计算机监控系统进行国产化改造。2021年11月30日，西龙池抽水蓄能电站首台机组成功并网发电。
“当前我们已完成上位机及首台机组的监控系统升级改造，并助力首台机组并网发电，成功实现了国产监控系统对原进口监控系统的替代。”2月16日，南瑞集团技术人员宋庆元赶到西龙池抽水蓄能电站，开展上库LCU的改造和保电维护工作。
据宋庆元介绍，西龙池抽水蓄能电站计算机监控系统是南瑞集团继河北省张河湾抽水蓄能电站之后又一次成功实施的国产化改造，是南瑞集团强化抽水蓄能电站监控系统核心技术、推动抽水蓄能电站二次设备产业化发展的又一里程碑。
南瑞集团升级改造后的计算机监控系统上位机采用南瑞IMC一体化管控平台，现地控制单元采用南瑞新一代N500智能可编程控制器（PLC），这是N500系列PLC首次成功应用于抽水蓄能电站，也是继南瑞MB80系列PLC后南瑞自产PLC再次在大型抽水蓄能电站的成功应用。
（南瑞水电公司技术人员利用现场投运间隙开展用户培训。）
与常规水电机组相比，大型抽水蓄能机组具有运行工况多、控制逻辑复杂、操作频繁等特点，对控制设备的技术性能要求更高。N500 PLC采用高性能多核处理器，配备实时多任务嵌入式操作系统，在延续继承了南瑞MB系列 PLC优点的基础上，进一步提升了产品性能和功能，革新了设计工艺及结构。N500系列PLC扫描速度更快、扫描周期更短；机架间支持以太网所有的拓扑结构，能满足现场各类网络结构需求；通过专用以太网模件接入外部网络设备，机架内部采用高速双总线通讯，有效提升通信效率和数据处理响应速度。
为抽水蓄能电站配置发达可靠的“控制大脑”
2021年12月15日，黑龙江省牡丹江抽水蓄能电站1号机组顺利通过15天考核试运行，期间发电工况启动19次、水泵工况启动18次，成功率均为100%，各项指标满足运行要求，正式投入商业运行。
（南瑞水电公司助力牡丹江抽蓄电站1号机组通过15天考核试运行。）
牡丹江抽水蓄能电站是黑龙江省唯一列入国家“十一五”电力发展规划的抽水蓄能电站项目，对于调整黑龙江省能源产业结构，转变能源发展方式具有重要意义。电站装设4台单机容量300MW可逆式水泵水轮机发电电动机组，年平均发电量18亿kWh。
（南瑞水电公司技术人员在牡丹江抽蓄现场开展上位机调试工作。）
在承建电站计算机监控系统时，南瑞集团创新采用了南瑞IMC一体化平台。该平台基于水电公共信息模型（HCIM）、插件式应用组件等技术，是具备信息模型、图模一体、一二三区一体化融合、上下位机及集控一体化融合的自动智能监控系统。可实现抽水蓄能电站生产控制系统的实时监控、发电调度、水情水调、大坝监测、安全防护、视频监控、状态监测、生产信息管理等各环节的一体化应用功能。该平台适用于常规水电站、抽水蓄能电站、集控中心、新能源电站等多种场景，目前已在多个抽蓄电站成功应用，为抽水蓄能电站二次设备产业化、国产化发展提供有力的技术支撑。
刷新国内同类型电站首台机组启动调试纪录
“南瑞工程师们技术过硬、项目经验丰富，连续两个多月奋战，出色完成了首台机投运保障工作！”2021年12月16日，南瑞集团参建的广东省梅州抽水蓄能电站首台机组正式通过试运行考核，成为“十四五”开局南方电网服务区域内首台投产的抽水蓄能机组。
（南瑞水电公司助力梅州抽水蓄能电站首台机组正式通过试运行考核。）
梅州抽水蓄能电站机组层设置在山洞中，首台机组调试工期紧、调试环境恶劣，投运前期厂房调试区灰尘大，厂房照明系统还未完全正常投入运行，很多时候现场调试人员只能通过手机打灯开展上位机的调试工作。自2021年10月29日电站1号机组一次启动成功以来，南瑞集团技术人员仅用时30天，就完成所有动态试验，刷新了国内同类型电站首台机组启动调试用时纪录，业主单位用户高度肯定了项目组成员的付出。
该电站是南方电网在广东省内建设的第5座抽水蓄能电站，电站上下库容落差约400米，总库容位居全国抽水蓄能电站第二，是国内为数不多能够实现周调节的抽水蓄能电站。电站采用南瑞集团自产计算机监控系统和水轮机调速系统，为南瑞集团监控产品在南方电网公司继深圳、海南、广州等抽水蓄能电站投运后的又一次成功应用。
（南瑞水电公司技术人员开展梅州抽水蓄能电站首台机首次抽水并网试验。）
梅州抽水蓄能电站建成后，每年可节约标准煤17.1万吨，将有效优化电网系统电源结构，大幅提升粤港澳大湾区电网调节能力，助力清洁能源消纳。电站首台机组顺利投入商业运行，充分展现了南瑞集团在抽水蓄能电站控制领域的技术实力，为后期标准化、高质量推进其他同类型项目提供了重要的参考借鉴。
打破国外调速器产品长期垄断
2021年12月28日，世界水头最高、全国单机容量最大的抽水蓄能电站——广东阳江抽水蓄能电站首台机组圆满完成15天考核试运行，正式投产发电，助力粤港澳大湾区电网调节能力提升近一成，也为冬末春初的电力可靠供应提供了有力支撑。
（南瑞水电公司自产SAFR-2000H型水轮机调速系统控制装置。）
阳江抽水蓄能电站位于广东省阳春市与电白县交界处的八甲山区，在拟建的广东阳江核电站附近，电站最高扬程超过700米，电站装机6台单机容量400MW的抽水蓄能机组，是我国目前在建的单机容量最大、钢筋混凝土衬砌水道水头最高的抽水蓄能电站。
阳江抽水蓄能电站使用南瑞集团自产SAFR-2000H型水轮机调速系统。上位机部分能够实现全厂调速器系统重要信号的毫秒级别实时展现以及大数据存储，运维人员可调取不同时间段重要数据进行分析判断。下位机部分采用最新标准化信息显示系统，包含机组主要信息的实时展示、事件记录、故障诊断在线分析、仿真试验等功能。现地控制单元电气部分采用双冗余容错控制结构，配置南瑞集团拥有完全自主知识产权的变结构变参数改进型并联PID算法。下位机可实时展示故障诊断，形成了包含电气、机械、液压的完整故障树系统，极大缩短了现场故障处理时间。
（南瑞水电公司技术人员在现场开展水轮机调速器动态试验。）
阳江抽水蓄能电站项目被国家发改委列为40万千瓦级抽水蓄能电站机组设备自主国产化的依托项目，南瑞调速器打破了国外调速器产品在南方电网公司抽水蓄能电站的长期垄断，为推动水电设备的国产化提供了成功经验，进一步奠定了南瑞调速器在抽水蓄能行业的领先地位。
多年来，南瑞集团自主知识产权核心技术和产品广泛应用于全国30余个抽水蓄能电站。伴随新型电力系统加快构建，抽水蓄能发展已经按下“快进键”，作为国内大型抽水蓄能电站自主控制系统的引领者，南瑞集团将进一步加快智能抽蓄、变速机组控制等关键技术的攻关和工程实践，以抽水蓄能电站关键控制技术的自立自强助力能源绿色低碳转型。（卢媛迪 王雁 李潇洛）
编辑 | 齐琛冏
审核 | 牟思南
