水电机组

光伏发电具有间歇性、波动性和预测难的特性，因此需要与其他能源进行互补。常用的方法是利用水电机组的快速响应和储能电池灵活高效的补偿来构建水光储微电网系统。然而，这一系统具有强烈的非线性特性，其稳定性的一个关键问题是频率控制。针对这一问题，设计了基于多目标H2理论的混合H2/H∞鲁棒控制器，主要目标是在暂态下抑制频率振荡。在控制器中嵌入海鸥算法，对海鸥算法进行混沌初始化和参数改进得到一种改进海鸥算法(improved seagull optimization algorithm, ISOA)。利用ISOA对H2/H∞鲁棒控制的加权矩阵系数和范数权重进行参数优化，最终获得最优混合ISOA-H2/H∞鲁棒控制器。仿真结果表明，所设计的ISOA-H2/H∞鲁棒控制器在功率扰动和系统参数摄动下能保证水光储系统的频率稳定，并具有满意的动态特性。

自主可控大型工业可编程智能控制器ACS400系列产品，是国资委重点专项关键技术成果，突破大型清洁能源工业智能化控制系统技术，已应用于百万千瓦水电机组、陆上风电主控系统等场景。控制器核心CPU芯片采用飞腾公司FT2000A，4核2.2GHz，板载运行内存512MB，程序内存4GB，数据内存4GB。系统搭载国产LINUX操作系统，以及自主可控编译系统内核。控制器基于光纤网络点对点通讯方式，实现高速、高冗余和抗干扰通讯。通过两条专用的同步通讯总线交叉相连，实现主、从热备冗余功能。控制器结构外壳采用复合高强度阻燃高分子材料，标准模块化封装，基板导轨式，完备的接口防护设计，主要应用于大型过程控制、大规模分布式控制场景。

2021年6月28日，世界单机容量最大的白鹤滩水电站右岸14号机组带负荷百万千瓦成功，机组运行指标全部达到精品标准，这是由哈电集团研制的全球首台并网发电的百万千瓦水电机组。百万千瓦水轮发电机组单机容量世界第一，研发的“零配重”巨型长短叶片转轮，转轮最优效率高达96.7%，国际领先；额定电压24千伏，为水电行业目前最高电压等级。 习近平总书记致信祝贺金沙江白鹤滩水电站首批机组投产发电，李克强总理作出批示。百万千瓦水电机组研制成功实现高端装备制造重大突破，代表着我国水力发电技术已经登顶世界水电之巅，迈入世界水电装备无人区，引领行业，将有效助力我国实现“碳达峰、碳中和”目标，为推进经济社会发展全面绿色转型作出更大贡献。

对于大型水电站而言，随着电力系统对电网安全稳定性和电网质量的要求越来越高，为保证电网及发电机组安全运行，使并网运行机组能随时适应电网负荷和频率的变化，必须充分发挥大型电站一次调频功能。网频是电网负荷与发电机有功功率的平衡关系，是电网运行的重要参数，关系到整个电网的安全性、稳定性、经济性等众多因素。发电机组一次调频功能，其重要目的是当电网频率发生变化时，各发电机组快速响应，及时调整有功功率，使电网频率重新回到调频死区内，确保电网频率的安全性、稳定性。

为充分发挥水电的灵活调节作用来应对高比例风电的随机性、间歇性对电力系统调度带来的影响，以促进风电全额消纳、火电运行费用最低、火电机组出力波动量最小作为优化目标，建立风−水−火电力系统多目标优化调度模型，并且综合考虑火电机组启停与低负荷运行、风电有无弃风等多种场景，提出水电利用率、火电运行成本、火电波动量等量化指标，用以评价调度结果的优劣。为保证模型求解效率，设计分层优化求解策略：第一层优化水电机组出力，促进水电调节能力的充分发挥，保证火电机组总波动量最小；第二层优化各台火电机组出力，使得系统运行费用最低；采用粒子群算法对每层优化问题进行求解。通过不同应用场景下的算例测试，进行优化前后的调度结果对比、考虑机组启停的调度结果对比、不同风电装机容量下的调度结果对比，验证了所建模型和分层优化策略的有效性。

发电机定子绕组接地故障是电厂最常出现的故障之一。目前在小型水电机组发生定子接地后，常规处理的方法是通入3 ~ 5A电流，采用加压观察法、直流压降法、交流加压法、电流烧穿法等观察设备是否有目烟等来发现故障。但随着生产发展的需要，投入的发电机机组容量越来越大，常规方法已经不合适。由中国电力出版社出版的国家电力调度中心编制的《发电机变压器继电保护应用》指出，大容量发电机组的定子接地安全查找电流为1A,因此，用3 ~ 5A的电流查找定子故障是有安全风险的。局部电流可能使线槽局部铁芯造成二次损伤，而修复线棒工期长处理工艺要求高，需拆开多处定子绕组连接头，难以确保发电机定子及定子铁芯的安全，同时由于修复工期长，也会造成电力企业的发电损失。 单台机组装机容量700MW的龙滩电厂在充分考虑到目前大容量发电机组面临的技术难点后，摒弃常规方法创新提出利用基尔霍夫电流原理，结合发电机本身电路，通过自制CT并且保持查找定子接地故障的电流始终不超过1A的情况下，完成对定子绕组接地故障的查找。该新工艺查找方法电流始终能保持不超过1A，安全系数达到100%，又因为不用拆开多处定子绕组连接头，至少可以节约67%的故障处理成本、节约2/3的处理时间，安全性、经济性大大提高。

电站流体机械（水轮机过流部件、汽轮机通流部件等）运行工况恶劣，多泥沙流域水电站普遍存在磨蚀损伤，汽轮机叶片易在水蚀作用下导致叶片型线缺损，传统处理方法为被动防护与修复，存在修复量大、防护效果差、防护范围小等问题，尤其无法满足窄间隙部位及狭窄空间等现场抗磨蚀防护要求。针对上述问题，本项目开展对不同水力条件、不同结构形式水轮机过流部件磨蚀损伤状况进行调研及失效机理分析。通过 CFD 计算研究水力条件对水轮机损伤影响，提出降低水轮机磨蚀损伤的主动预防措施，研究开发水轮机过流部件损伤小型化 HVOF 抗磨蚀涂层防护技术。通过汽轮机叶片用钢焊接和喷涂工艺试验、模拟试验等，开发出一整套适合于现场的汽轮机叶片小型化 HVOF 抗磨蚀涂层防护技术。 该技术已应用于华能澜沧江水电公司、华能四川水电公司等全国 50 余台水电机组及华能平凉、丹东电厂等全国 10 余台火电机组的流体机械抗磨蚀防护，运行至今各项技术指标良好，取得满意工程应用效果，经济和社会效益显著，尤其适用于我国高泥沙、高水头水电机组以及灵活性改造火电机组，具有广阔的市场推广应用前景。掌握具有自主知识产权的电站流体机械抗磨蚀小型化 HVOF 涂层防护关键技术，延长部件使用寿命。该技术具有防护后不破坏原有的振动特性、转动特性和强度特性等优点，达到国际先进技术水平，提升了我国电站流体机械表面防护技术水平。

目前国内外缺少对超期服役水电机组进行延寿安全评估的标准和规程，其中：国内仅火电机组有 DL/T 654-2009《火电机组寿命评估技术导则》，但其主要涉及高温高压金属部件，对于水电机组参考性较低；国外方面，在查阅了美国国家能源局《Hydro Vision: A New Chapter of America’s1st Renewable Electricity Source》、国际水电协会《Hydropower Status Report》、国际能源署《Hydropower Technology Roadmap》等多国和机构的文献后，未发现相关超期服役机组延寿评估内容。因此本专利填补了国内外研究空白，以各项国家及行业相关标准规程为基础和参考，通过对超期服役水电机组的运行经济性、安全可靠性、技术监督、设备缺陷等进行分析，提出了超期服役水电站延续运行安全评估方法，研究了机组及设备状态分析和和可靠性分析，从理论上解决了老旧机组各设备、部件寿命评价的难题，实现了对水电机组及其附属设备寿命的有效掌握；构建了超期服役水电站延续运行安全评估工作流程，规范了延寿评估的工作标准，解决了评估过程中标准不统一、工作不规范的问题，实现了延寿评估工作的标准化并提升了效率；项目成功应用在西津水电厂、大化水电厂、江口水电厂，圆满完成了三座电厂超期服役机组的延寿评估，出具了收集了相关运行、检修、试验资料，编写的评估报告通过了专家组会议的评审，最终为电厂出具了正式报告，为电厂通过南方监管局的审查和持续并网发电奠定了良好基础。

1月28日，由我国独立勘测设计、施工建设、制造安装、运行管理的湖南省第一座大型水电建设工程--国网柘溪水电厂首台机组投产发电走过60个春秋，迎来甲子诞辰。