中国储能网讯：6月17日，四川省阿坝州小金县的小金川集控中心内，南瑞集团技术人员正在进行梯级水光蓄平滑控制试验，验证春厂坝抽水蓄能电站全功率变速抽蓄机组参与新能源互补运行的控制策略，进一步优化水光蓄互补协调控制功能。此前，南瑞集团已支撑服务世界首例梯级水光蓄互补联合发电系统正式投产。

小金川河流域已建成9座水电站，该项目利用木坡、赞拉、猛固桥3个梯级小水电及周边分布式光伏电站，在原有春厂坝水电站厂区内，新安装1台装机容量为5兆瓦的抽蓄机组，形成“195兆瓦水电+50兆瓦光伏+5兆瓦抽水蓄能”的梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程。作为国家重点研发计划项目，该工程的顺利投运，对提升电网安全稳定水平具有显著的经济效益和社会意义。据初步测算，项目投产后，每年可增加水电消纳量975万千瓦时。

在小金川流域梯级水光蓄互补联合发电示范工程建设中，南瑞集团主要承担了梯级水光蓄互补电站联合运行控制与智能调度系统、全功率变流器、励磁系统、计算机监控系统、变速抽蓄机组协同控制器等核心控制设备的研制工作，助力攻克了梯级水光蓄互补联合发电系统联合运行控制与智能调度、变速抽蓄机组计算机监控国产化及协同控制技术、全功率变流器效率及功率密度提升、实现变速机组多工况场景下多变量解耦控制等难题。

联合智能调度破解互补调节难题

与一般流域梯级水电站调度控制不同，小金川流域梯级水光蓄互补联合发电工程涵盖了梯级水电调控、常规水力发电、光伏发电、变速抽水蓄能发电等多种模式。光伏出力受气候光照等因素影响会剧烈波动，而梯级水力发电又受到库容水位、运行工况、水量平衡等因素综合影响。如何实现光伏和水电在复杂场景下多时间尺度的实时调节、优化控制和友好互补，是摆在研发团队面前的一道难题。

2018年，南瑞集团牵头的项目团队着手开展项目调研和策划。经过近4年的攻关，2022年2月，梯级水光蓄联合运行控制与智能调度系统投入闭环试运行。经测试，该系统水光送出最大功率波动率每分钟小于5%，实时调节精度偏差小于2%，各项性能指标均优于国家及行业标准，完全满足项目设计要求。

“梯级水光蓄联合运行控制与智能调度系统有效解决了光伏精细化预测、多目标多场景下梯级水光蓄互补电站实时调节与优化控制等技术难题，实现了关键技术国产化。”作为“联合运行控制与智能调度”项目团队的重要成员，南瑞集团现场技术人员单鹏珠全程参与了系统研发。

单鹏珠介绍，梯级水光蓄联合运行控制与智能调度系统基于层次化调度控制框架，分为控制层和调度层。其中，控制层可实现对梯级水光的协调控制、平滑控制和预测控制。平滑控制功能利用水电机组出力、抽蓄机组毫秒级调节特性分别平抑光伏分钟级低频波动、秒级高频波动；预测控制功能结合高精度光伏预测数据，制定短期、超短期发电计划，实现对水光出力的优化调度和经济运行。

变流器顶层设计攻克整机效率难题

常规抽蓄发电机组采用恒定转速机组，功率不能调整，要实现水光蓄互补发电，必须采用变速抽蓄机组。而变流器是实现变速抽蓄机组机电能量转换的核心装置。

春厂坝抽水蓄能电站应用了南瑞集团最新研制的NES8000型中压三电平变流器，为春厂坝全功率变速抽蓄提供了定制化解决方案。

整机效率是体现变流器性能的核心技术指标。“为实现整机效率提升，我们从电气结构设计、驱动及调制三大方面开展全面优化，实现了整机效率大于98%。”据南瑞集团现场技术人员庄圣伦介绍，他所在的团队通过三相一体阀串设计有效减小了回路寄生电感，降低了关断尖峰；采用总体布局设计理念，通过优化结构布局，将机网侧三相功率模组，从常规布局的三面机柜压缩为一面；通过滤波回路优化设计，极大降低了机网侧滤波回路体积。优化的驱动开关逻辑有效降低了关断时间，降低开关损耗。采用的不连续调制策略在兼顾电能质量的同时，等效降低了开关频率1.5倍。该变流器功率密度大于0.5兆瓦/立方米, 处于国内领先地位。

多措并举解决变速抽蓄控制难题

在不同运行工况下，变速抽蓄机组全功率变流器存在不同维度的控制耦合问题。如十秒级的调速器与变流器有功超低频耦合，秒级的导叶动作与变流器转速控制间耦合，百毫秒级的变流器电压控制与发电机励磁控制间有功无功耦合等，这些耦合关系对变流器及励磁系统的控制提出了较高要求。

为保证机组全工况运行稳定，南瑞集团项目团队对变流器控制系统、水轮机等部件进行精确建模，详细计算各控制环节间的耦合关系，并设计出变流器、励磁系统解耦控制及关键控制参数校核方法。通过在实时数字仿真仪装置平台上与协调控制器间的详细测试论证，最终顺利完成现场全部试验，实现了变速抽蓄机组发电工况下快速功率及快速频率模式切换、抽水模式下转速控制平稳运行。

南瑞集团自主研发的变速抽蓄机组协同控制器是助力破解变速抽蓄控制难题的又一“利器”。

全功率变速抽蓄机组的调速器和变流器均可调节机组有功功率和转速，控制过程中存在相互影响。协同控制器能根据有功功率设定值和工作水头，利用机组运行特性曲线，计算出最优转速和最优导叶开度，将有功功率、导叶开度和转速信号下发给调速器和变流器，由调速器控制机组导叶开度实现机组有功功率和转速的粗调，变流器控制三相定子电压实现细调，最终达到协同控制的目的。但这项技术在国内尚无先例，国外厂商相关研究成果对国内尚未公开。

面对困难，南瑞集团项目团队迎难而上，历时两年多，通过数据分析、理论研究、算法验证等环节，成功研制出相关产品。自主研发的协同控制器攻克了全功率变速抽水蓄能机组监控系统、全功率变流器、调速器之间工况转换与协同控制难题，实现了机组发电和抽水工况下功率和转速的快速连续调节。5月20日，项目现场顺利完成了变速发电快速功率调节验证，标志着机组具备10%额定容量下的百毫秒级快速功率调节能力，为电站安全稳定高效运行提供了有力支撑。

“贵公司为国内首台全功率变速抽水蓄能机组贡献了南瑞智慧，充分展现了国有企业的责任担当。在此，特向贵公司和项目团队表示诚挚的感谢……”6月20日，国网四川电力发来感谢信，对南瑞集团和项目团队的付出表示了感谢。

全国首例水光蓄互补联合发电系统的成功运行，为流域水光蓄多能互补一体化开发提供了示范样板。“双碳”目标下，新型电力系统建设对抽水蓄能发展提出更高要求。下一步，南瑞集团将深入推进“一体四翼”高质量发展，持续把握能源电力技术变革趋势，整合内外部创新资源，不断提高在高端设备领域的核心竞争力，为提升流域可再生能源利用率，助力新型电力系统建设，构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系贡献南瑞力量。