浅析水调自动化系统在黑水河流域梯级水电站中的运用

吴珊 谢振宇 任化准

【摘要】介绍了黑水河流域水调自动化系统组成及运行情况、系统工作原理、主要功能，分析了存在的问题。该系统的建立，实现流域梯水文及发电数据的计算及存储，为流域梯级水电站发电及防洪调度提供数据支持。

【关键词】黑水河；水调系统；服务器；水位；雨量

黑水河流域地处四川盆地西缘山地，发源于羊拱山东麓，主源奶子沟在甘石坝处与马河坝沟汇合后始称黑水河，系岷江上游最大的支流。黑水河流域梯级电站由上至下分别为毛尔盖水电站、雅都水电站和柳坪水电站。其中毛尔盖水电站装机426MW，总库容5.35亿m3，具有年调节能力，充当流域龙头水库作用；雅都水电站装机容量150MW，柳坪水电站装机容量120MW，两站均为日调节水库。因地处川西高原气候区，降水量在年内分配不均匀，主要集中于汛期5～10月，降水量占全年的80%以上，而11月至次年2月降水量僅占年总量的2～7%。因此，做好全年水调工作对梯级电站经济运行至关重要。黑水河流域水调自动化系统是由北京中水科水电科技开发集团有限公司研制，于2009年6月正式投入运行。目前黑水河流域梯级三站均已投产，水调自动化系统是三站水情信息汇总控制中心，是水情调度重要平台。

1、水调自动化系统组成与运行

随着三站投产建设，黑水河流域建立起完善水情站网，共设有16个遥测站点，2个中心站，控制流域面积7240km2。其中，遥测站包括6个水文站，8个雨量站，2个水位站。遥测站与中心站采用GSM和北斗双通道通讯，通过水情系统服务器对来自卫星终端、GSM终端等实时遥测信息进行接收、译码、甄别，得到各遥测站实时数据，包括实时水位、流量、雨量等，最终以RS-232串口连接方式，在Windows server 2003平台将所接收数据发送至水调自动化系统。水调自动化系统包括一台服务器，两个工作站。水调自动化系统服务器为主要通讯服务器，是与四川省电力调度中心通讯服务器通讯的平台。系统通过数据采集获得各个电厂的出力、电量、工况信息，各水库及测站水位，流域内的雨量等数据，经内部程序运算，得到发电运行及水库调度数据，发送至对侧共享，同时，数据自动保存，形成长系列历史数据库，为今后发电及防洪调度及数据查询提供参考。水调自动化系统工作站为集控水调人员提供决策支持，主要用于日常水情监测，执行各项操作。黑水河流域水情水调自动化系统网络图见图1。

2、系统主要功能

2.1 实时数据监测

（1）数据采集。系统数据采集方式包括自动采集，立即采集，任意采集。自动采集是在运行过程中自动获取各个电厂的出力、电量、工况信息，各水库及测站水位，流域内的雨量等数据，每隔1分钟刷新再次采集。采集所得实时数据将实时显示。水位采集保存方式：当水位变幅超过1cm保存测站水位数据，水位没有发生变化时，当时间为整点时保存整点数据。雨量采集保存方式：采集雨量经过处理形成1小时雨量保存在雨量表里。立即采集是在自动采集之外手工点击立即采集，获取测站水位、雨量等信息。任意采集是可任意选择一段时间，获取期间测站的雨量、水位数据。数据采集平台实时运行，确保测站水位、雨量、机组信息及闸门信息等数据实时入库，以备其他功能模块调用。

（2）综合数据监视。系统监屏主画面实时显示流域上各个测站水情、雨情信息、机组信息、闸门信息等全面实时数据，如当前时间的库水位、尾水位、水头、今日雨量，三站出力、发电流量、泄流流量、出库流量、入库流量。当库水位或入库流量不在设定范围内时，系统会自动报警。实时监视数据窗口中所显示的测站水位、流量数据均为数据库中最新的数据，如果数据库中最后一条数据与当前时间超过6小时，则认为数据不具有实时性，不显示数据。

2.2值班管理

（1）手工录入。当采集系统出现故障无法采集数据，可手工输入数据来进行日常工作和报表计算。手工输入信息后必须要保存数据入库，可录入数据信息包括：水位，机组信息，机组电量，闸门信息。

（2）静态曲线。系统可输入保存各类水库关系曲线，期间的逻辑关系是数据计算的主要依据，包括：水位库容曲线、水库面积曲线、测站水位流量曲线、尾水流量关系曲线、闸门泄流曲线、水库蒸发曲线、水头出力限制曲线、耗水率曲线、洪峰频率曲线等。

（3）闸门管理。对闸门数据进行统计，统计一段时间内各个闸门开关时间、运行时间，以及各个闸门的开启次数、弃水量，以及开闸沙时间、总泄水量。

（4）值班日志。水调值班员可输入每天每班工作情况与交代事项，可增加、修改、删除值班数据，具有查询和打印功能。

（5）负荷曲线管理。系统可生成电厂机组日负荷运行曲线，可与导入的省调下达曲线形成对比图，也可与上下游梯级电厂日符合运行图形成对比，在分析曲线同步性时较为直观。

2.3水务报表

水务报表包括时段报表，日报表，旬报表，月报表，季报表，年报表。选择所需报表和计算日期，当日所计算的全部数据会自动刷新显示，报表所呈现数据均为该时段最具代表性数据。报表能以excel形式输出，可打印成册入档。

2.4雨水情分析

系统可生成多种反应雨水情信息图表，便于雨水情分析，包括测站水位过程线，雨量柱状图，雨量等值面图，雨洪对应图，运行综合图，对比分析图。图表显示在一段时间内测站水位、雨量、出入流量及其之间的关系，可对洪水进行分析，也便于分析两测站之间的关系。系统生成的水库调度图，显示该电厂当前年五月到下一年4月的库水位过程图。

2.5洪水预报调度

（1）洪水预报。洪水预报程序采用新安江模型和坦克模型，用户根据需要可选择使用。进行预报时用户可设置预报时间和时段选择，预报时间默认为当前时间，时段有3小时和6小时两种方式。通过输入预报时间，再判断未来是否有降雨，若不增加将雨，则可直接计算出各入库站的流量过程及入库流量过程。若要增加降雨，则需要输入每一块预报时间之后各时段预估的降雨量，便可计算出相应的结果。

（2）洪水调度。对于作出的洪水预报，水库是否能需要调洪，若需要调洪闸门应在何时启闭，库水位的变化过程怎样，就必须对该场洪水进行调度。水库调度实际上是对预报结果进行调洪演算，其基本原理是水量平衡，主要功能有：入库洪水统计、调洪规程调度、给定闸门调度、给定水位调度、给定出流调度、预报预泄调度。各功能均可在窗口显示未来入库、出库流量过程线图，未来库水位过程线图，未来各时段闸门开启情况图及相应的调洪成果数据表。

2.6发电调度

在系统内人工输入峰平谷出力，选择所需入库流量输入方式、调度方式，系统可自动做出最优发电调度计划。选择入库流量输入方式，共有三种：频率法、典型年法、预估入库流量法。系统默认为预估入库流量法。频率法可按照任意时段任意频率从数据库中读取流量，用户可对入库流量进行修改；点击典型年法，输入年份后，系统直接从数据库中读取所输入年份相应与调度时段的入库流量。调度方式主要包括给定各计算时段出力、给定各计算时段末水位、发电量最大（不考虑保证出力约束）、发电量最大（考虑保证出力约束）、耗水量最小、蓄能最大、发电收入最大等。分别选择不同的调度方式，可以做出不同的调度结果。

2.7资料整编

资料整编功能可统计出测站水位、流量在一段时间内的平均值、最大值及发生时间、最小值及发生时间，三站水库平均入库、出库、发电流量、弃水流量、平均出力、日发电量、库水位，以及相应的平均值、最大值及发生时间、最小值及发生时间，增加统计工作效率，便于及时查阅。

3、存在的问题

（1）系统计算生成的水务报表，不可直接修改报表数据，需使用数据录入功能修改基础数据，才能生成准确报表。因查找需要修改的基础数据可能耗费一定时间，故建议增加直接修改报表数据功能。

（2）在降雨还没有结束却要作增加预报时，虽然可增加预见期，但预估降雨的准确性将会直接影响到预报精度，对人工预测分析依赖性较大。因需要人工分析，所以程序设置自动预报时，该功能不能使用。故建议对洪水预报子程序进行升级完善。

4、结束语

黑水河流域水调自动化系统自2009年6月投入运行后，运行情况良好。系统与水情自动测报系统中心站服務器保持可靠连接，与省调通信服务器及厂家应用服务器有效通讯，数据接收及发送均正常。系统程序运行稳定，通过实时数据监测、值班管理、洪水调度、雨水情分析、发电调度、资料整编等功能的实现，增加水情监视直观性，数据全面多样性，数据统计工作的高效性，为防洪度汛、发电调度提供基础数据支持，为黑水河流域优化水库调度、实现发电经济运行起到重要作用。

参考文献

[1]薛玉林，任化准等.黑水河流域水情自动测报系统优化建设与运行管理.四川水利发电，2013，32（3）：111-116.