湖南地区电网水调自动化系统设计与实现

葛　瑜，谢小燕，印　奇，侯云伟

(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，南京　210006)



湖南地区电网水调自动化系统设计与实现

葛瑜，谢小燕，印奇，侯云伟

(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，南京210006)

摘要：针对地调电网水调自动化系统建设难点，结合湖南电网实际情况，提出了系统设计思路和总体结构，并就分中心交互式WEB平台技术、数据采集混合通信组网技术、中间数据库技术等关键技术介绍了实现方法。通过在益阳地调的实践表明，该系统运行稳定，效益显著，满足地调水调业务开展的需求。关键词：交互式；WEB；共享平台；数据采集；通信组网；数据库

0前言

湖南省小水电资源丰富，尤其因其是清洁能源，且投资少，见效快，能有效带动当地经济发展，近年来得到了快速发展。由于小水电数量庞大，运行管理比较粗放，给电网负荷预测带来了很多不确定性[1]。为了加强对小水电的管控，湖南电网大力开展地区电网(以下简称“地调”)水调自动化系统的建设。

地调水调系统建设中，面临很多难题。小水电与大水电不同，往往地理位置更为偏远，水雨情自动监测手段落后，采用人工方式观测水雨情信息的仍然比较多。电站运行管理水平比较低，对先进的自动化系统维护力量薄弱，信息共享程度低，各电站之间缺乏统一的数据共享平台[2-3]。因此，本文针对地调水调系统，以益阳地调为例提出设计思路和总体设计结构，并就地调水调系统建设的几个关键技术问题提出实现方案，最后介绍应用情况。现场运行实践表明，系统实际合理，满足地调水调业务开展需求。

1系统总体设计思路

根据《电力系统水调自动化功能规范(试行)》、《电网水调自动化系统实用化要求及验收细则(试行)》和《湖南省地区水调自动化系统功能规范(试行)》的要求，湖南地调水调自动化系统的设计遵循实用、可靠、经济合理、技术先进、便于维护管理的原则。

(1) 开放性：湖南地调水调自动化系统采用IEEE电网控制中心工作组推荐的开放式结构，提供开放式环境，满足开放性要求，支持用户自定义的开发，支持标准的数据库访问接口，支持标准的网络通信协议、应用基本函数及调用接口，开放式系统软件运行任务调用软件接口，系统软件集成的开放环境。

(2) 分布式：湖南地调水调自动化系统采用分布式的网络体系结构，所有功能均采用Client/Server模式分布于网络中，网络中各个节点各自独立，保证了系统的安全和可靠。

(3) 可靠性和安全性：系统重要节点采用冗余配置，保证整个系统功能不受单点故障影响。

(4) 针对性：针对地调水调自动化系统，能适应小水电的特点，采用可靠的技术手段，满足对小水电管控的要求。

2系统总体结构

地调水调自动化系统是一个复杂的信息系统，包括水调业务所需要的各种信息的采集、处理、监视及应用等。地调水调自动化系统采用分布式的系统结构。

2.1层次结构

益阳地调水调自动化系统接入有东坪、株溪口、浪石滩、马迹塘、白竹州、修山6个水电站分中心，并接入从省调转发的柘溪、筱溪水电站分中心数据。益阳地调水调自动化系统汇总接入电站分中心数据后上传省调，使得电站、地调、省调水调自动化系统构成了一体化的体系，层次结构见图1。

图1　益阳地调水调自动化系统层次结构图

2.2网络结构

根据“电力二次系统安全防护”[4]的规定，地调水调自动化系统横跨安全Ⅱ区和安全Ⅲ区，安全Ⅱ区为水调业务主体，由数据库服务器、备用数据服务器、应用服务器和通信服务器等组成，通过网络设备接入电力调度数据网；安全Ⅲ区由水调三区数据库服务器和水调WEB服务器以及通信服务器组成，接入不满足安防条件的电站分中心，并连接信息内网。安全Ⅱ区与安全Ⅲ区通过正反向隔离设备进行数据同步。地调水调自动化系统网络结构见图2。

2.3数据流程

地调水调自动化系统规划了逻辑清晰、稳定可靠的数据流程。电站分中心将水情数据、水调数据、闸门信息、预报数据等相关数据上报地调水调系统，根据不同的接入条件，部分电站分中心的出力及机组状态从地调中心站下发，由电站分中心本地进行水务计算和数据处理后上传结果，地调中心站则实现了对电站数据的采集、整编和分析。地调水调系统同时从地调EMS、OMS系统、电能量系统获取相关数据开展水调业务应用，并将数据汇总后上报湖南省调。湖南省调将流域上游相关信息下发地调。地调水调系统数据流程见图3。

2.4应用功能

水调系统总体上包括水调平台系统和决策支持系统：① 水调平台系统主要包含水调数据采集、数据通信、安全隔离、数据中间件、数据处理、水务计算、短信发布、事件告警、人机界面、水调WEB等功能[5-6]，实现了水调系统的数据采集、共享、运算、发布、告警及可视化的展示。② 决策支持系统主要包含短期来水预报、中长期来水预报、短期优化调度、3 d滚动发电计划、长期发电计划、节能考核等功能，主要为流域梯级电站汛期安全运行和水库优化调度决策提供支撑。

3关键技术实现

根据地调水调自动化系统特点，实现系统设计目标的关键技术如下。

3.1分中心交互式WEB平台技术

小水电站往往受客观条件限制，虽然接入的主要电站都建设了水调系统，但数据采集设备及水调系统运行水平不高，数据合格率和准时率都不高，严重影响地调水调系统运行水平及数据考核结果。因而在地调水调中心站开发了分中心交互式WEB平台系统[7]，正常情况由电站分中心水调系统自动上传数据至地调水调中心站，同时地调也将电站所需上游电站数据下发，实现了数据的正常共享，电站用户通过访问分中心WEB系统即可查看本站上传数据情况及三率(畅通率、合格率和准时率)统计结果；如果电站系统出现异常，电站用户则可以通过分中心交互式WEB平台人工录入校核后的相关数据；如果上传数据错误，电站用户也可以进行修改校正。分中心交互式WEB平台包含实时数据交互模块、综合小时数据交互模块、综合日数据交互模块、发电计划数据交互模块、考核结果发布模块、资料管理模块、预报数据交互模块和权限管理模块等八大模块，具体示意图见图4。

图2　地调水调系统网络结构图

图3　地调水调系统数据流程图

3.2数据采集混合通信组网技术

图4　分中心交互式WEB平台结构示意图

小水电站大都处于偏远山区，调度数据网络或专线通道很难实现全覆盖[8]，部分电站铺设线路极不现实；部分小水电站虽然可能具有光纤通道，但是没有完成二次安防系统建设，不能直接接入调度系统安全二区。数据采集混合组网技术是基于电力系统调度数据网、专线网络、电话拨号网络及公用通信网络和安全防护设备，针对小水电通信的特点，建立地区电网调度中心与电站之间的混合通信网络[9-13]；在通信协议层面进行了特殊设计，针对不同通信信道设计了分频度、分类型传输，分策略压缩，自适应补传等功能，确保了信息采集的准确有效、及时可靠、安全稳定的应用要求。数据采集混合通信组网结构见图5。

图5　数据采集混合通信组网结构示意图

3.3中间数据库技术

地区电网水调数据流程复杂，接口众多。系统设计了中间数据库用来与地调各个相关系统接口进行数据通信[14-15]，从而规整了数据接口方式；实现了对不同系统、不同厂家的快速兼容，提高了系统数据交互效率；避免了相关系统直接访问水调数据库带来的影响，提升了水调数据库的安全性；同时减少了后续维护工作量。 中间数据库示意图见图6。

图6　中间数据库示意图

4经济效益

益阳地区小水电资源非常丰富，截止2012年6月30日接入益阳地调的水电站10余座，装机容量797.1 MW，并网电力公司9家，各水电站在益阳电网中担负着发电、调峰、调频、事故备用等任务，对电网的安全、优质、经济运行起着极其重要的作用。但同时，小水电单位装机小，分布广，集中来水时发电负荷冲击较大。

根据湖南省统一规划，益阳地调于2012年开展了地调水调自动化系统建设，采用了本文设计的地调水调自动化系统，接入了包括浪石滩、筱溪、柘溪、东坪、株溪口、马迹塘、白竹洲、修山8个电站的信息，同时数据上传湖南省调，并开展了资水流域优化调度。

系统的建成实现了地调对小水电的可见、可控，改变小水电无序发电带来的不利影响，提高了电网安全运行水平；并通过对骨干水电站的优化调度和合理的水量调配，实现电站群的水量与水头有效补偿，减少下游小水电弃水，提高电站群的水能利用

效率，创造了可观的社会效益及经济效益，仅2013年4月至2013年9月6个月就节水增发电量4 465万kWh，相当于节约原煤2.25万t，减少CO2排放2.95万t，减少SO2排放1 696 t。

5结语

湖南地区电网水调系统的建立，有效地提高了小水电数据的稳定性和系统的运行水平。未来的地区电网水调系统建设中，应充分考虑信息共享的需求，开发多种更加适应小水电特点的信息共享方式，减少信息采集盲区，建设全景式地调水调系统；同时，小水电应在水文预报和发电计划环节加强与调度机构和上下游的沟通，在提高水能利用率的同时，保证电网安全稳定运行。

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Design and Realization of Automation System for Hydraulic Regulation in Hunan Power Grid

GE Yu, XIE Xiaoyan, YIN Qi, HOU Yunwei

(State Grid Electric Power Research Institute/Nari Group Corporation, Nanjing210006, China)

Abstract:Aiming at difficulty of construction of automation system for hydraulic regulation in the power grid of regional dispatching and in combination with actual conditions of Hunan power grid, concept and general structural of the system design are proposed. Methods of realization of key technologies such as the interactive WEB platform technology for sub-center, technology of composite communication group network for data collection and technology of intermediate database, etc are introduced. Through the practice of the regional dispatching of Yiyang, it proves that the system operates stably, its benefit is outstanding and the system satisfies demand of business development of hydraulic regulation in regional dispatching.Key words:interactive; WEB; sharing platform; data collection; communication group network; data base

文章编号：1006—2610(2016)03—0061—04

收稿日期：2016-02-02

作者简介：葛瑜(1986- )，男，甘肃省天水市人，工程师，研究方向为水调自动化系统研究及应用工作.

中图分类号：TV697.11;TM734

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.016