太平湾水电站水调自动化系统建设研究

魏 樱，朱 琳

（国家电网东北分部太平湾水电厂，辽宁 丹东 118000）

太平湾水电站水调自动化系统建设研究

魏 樱，朱 琳

（国家电网东北分部太平湾水电厂，辽宁 丹东 118000）

介绍了太平湾电站的基本情况及其水调系统。论述了系统的组成及各子系统的结构及功能，包括水情信息自动采集系统、气象信息采集处理系统、卫星云图采集处理子系统、日常水文计算系统、电量、水情数据传输系统、防汛报警子系统。

水库调度自动化系统；遥测站；太平湾水电站

1 概况

水库调度自动化系统（HDAS，简称水调自动化系统）是电网调度自动化系统的一个重要组成部分。它集水库调度、自动化硬件设备与接口、计算机及网络通信技术、决策支持理论等专业于一体。该系统通过对流域、水情、雨情等历史资料的收集整理和水电站流域的水文、气象、水库运行信息的及时采集，进行在线水文预报和水务综合管理，并迅速提供包括防洪和发电在内的综合决策方案[1]。

太平湾水电站坐落在中朝界河鸭绿江上，为径流式日调节水电站，正常蓄水位29.5 m，死水位28.8 m。电站以发电为主，共装4台单机容量为47.5 MW的机组，总容量为190 MW，设计多年平均发电量7.2亿kW⋅h，50 Hz与60 Hz机组各两台，两台60 Hz机组负责向朝鲜发电送电。太平湾水电站是鸭绿江干流上已建成的4个梯级电站的最后一级，向上游追溯依次是水丰、渭源与云峰电站，其中太平湾与云峰由中方管理运行，另外两座由朝方管理运行。太平湾地区年平均降雨1 100 mm，主要集中在6～9月，年平均气温9°C。

本文以太平湾水电站为例，从服务国家电网东北分部出发，基于其运行和现代化管理需要，提出了由水情信息采集系统、日常水文计算、气象信息采集处理、卫星云图信息采集处理、数据传输、防汛报警等共6个子系统组成的太平湾水电站水调自动化系统，从提供各项基础数据和分析统计结果，保障电站经济安全运行的角度，定义了各子系统功能。

2 系统组成

水情信息自动采集系统是水调自动化系统的基本子系统，也是太平湾水电站以水情自动测报系统为基础建设的水调系统的最早雏形，随着通信和计算机技术的快速发展，需大幅拓展水库调度工作预报范围，增加防汛报警功能，利用采集到的气象信息和卫星云图信息，提高各项水文、雨水情等信息的实时性和准确性，有效保证水文资料的完整性和代表性，利用采集的海量基础信息能进行日常的水文分析计算，为水调工作提供分析决策，保障电站经济安全运行，同时节省人工成本，提高工作效率，而不断提高水调自动化系统水平，并满足现代化管理的需求。

基于以上需求分析，太平湾水调自动化系统主要由水情信息自动采集系统、气象信息采集处理系统、卫星云图采集处理系统、日常水文计算系统、数据传输系统、防汛报警系统等子系统组成（见图1）。各系统共享统一数据库，独立测报、处理采集到的信息，通过日常计算系统数据处理后整理上传、实时显示，通过防汛报警系统报告预警水情，以更有效直观的帮助现场人员完成各项工作和监测水库水情。

3 系统功能

3.1 水情信息自动采集系统

图1 太平湾电站水调自动化系统组成

太平湾水情信息自动采集系统由一个中心站、远程数据通信网、10个遥测站组成，系统结构如图2所示。

图2 太平湾水情信息自动采集系统结构图

3.1.1 中心站

中心站设在太平湾水电站，接收各遥测站的实时采集数据，对接收的数据进行检查、加工处理后存储，并进行高级应用（如洪水预报、调洪演算等），提供科学结果供水调人员进行分析，接收软件安装的微机放置在电站水调值班室内。

3.1.2 远程数据通信网

远程数据通信网即通信方式。太平湾水情自动测报系统建立后经过数次改造，由最初的超短波通信方式逐步升级，经历了超短波、GSM和卫星混用模式，到目前的全GSM通信方式。应用GSM移动通信网络系统中的短信息服务业务进行水情数据信息的传输，是利用GSM调制解调技术，通过无线控制信道进行传输，经短信息服务业务中心完成存储和前转功能，它具有不必建立单独的通信网络，设备简单、功耗及价格低，通信质量稳定等优点。近年，随着移动通信网络覆盖地区的广泛扩大和网络建设日臻完善，采用这种通信方式的优势性也越加明显。

3.1.3 遥测站

随着通信组网的升级优化，太平湾水情自动测报系统淘汰了所有中继站，如今10个测站完成太平湾上游干流鸭绿江渭源以下、支流浑江沙尖子以下总面积达7 161 km2的预报区间内的水雨情信息的采集、传输和预处理。遥测站主要由传感器、采集终端（RTU）、电源系统、通信设备、防雷设备等组成。自动完成水文数据的采集、存储和向中心站传输，并能对于人工观测的水文数据进行人工置数，接收中心站传送的参数并根据数据进行自我修改。遥测站结构示意图如图3。

图3 遥测站结构示意图

根据实际需要太平湾水电站设有水位、雨量站和单一雨量站两种类型测站。5个水位、雨量测站布设地点分别为：水丰上游、水丰下游、太平湾上游、太平湾下游和渭源，测量站点的水位和雨量值；5个单一雨量站分别为：大路、沙尖子、太平哨、河口、红石，仅测量测站降雨量。水位测量根据各测站地理位置和水文地质情况采用气泡式或浮子式，雨量计均统一选用精度较高的翻斗式。

3.1.4 遥测水位计和雨量计设备

终端系统采用的是新一代MB12多功能水文遥测终端系统。该终端系统可实现接入、发送、采集、现场设置、远程设置、校时、加电控制、状态报告、检测调试、人工置数、固态存储、主备切换、通信记录查询等功能。与历代使用设备比较智能性较强，大幅提高人工效率和设备稳定性。

3.1.5 遥测站工作原理

遥测站负责将雨量、水位、气象、测站运行状态等信息实时传送到中心站，并负责接收远程参数设置。太平湾水情测报系统数据采集采用触发采样的工作方式，参数修改时采用触发采样。

3.2 气象信息采集处理系统

气象信息采集处理系统主设备采用WXT510维萨拉WINDCAP®传感器自动采集温度、湿度、风向、风速；采用同品牌RAINCAP®传感器采集降水等气象数据。

通过系统软件可实现对常规气象要素进行实时遥测，对各时段气象数据按照专业规范进行计算、数据统计，可按照用户需要随时进行浏览、打印。系统还设有网络监测功能，在厂局域网上任何一台计算机都可浏览到实时气象信息。如图4所示。

图4 气象信息采集处理系统界面

同时气象监测数据纳入到了水库调度数据库中，整合了水库调度统一平台，使水库调度数据库更加规范，为水库调度、防汛度汛和电厂发电经济运行及时地准确提供重要气象专业信息。

3.3 卫星云图采集处理子系统

卫星云图采集处理系统采用北京中科院图像技术有限公司研发的日本MTSAT静止气象卫星云图接收系统，包括接收设备和分析软件两部分组成。MTSAT静止气象卫星是目前世界上先进的高清气象卫星，图像清晰度高，可用于接收、处理静止、极轨卫星所拍摄的高分辨率数字化资料，全天候提供对天气变化、降雨区移动、台风位置、台风路径预测等天气现象进行的监测；可对卫星云图产品进行放大、增强、动画、云顶温度等值线等操作并可将数据提供给数据库，结合其它气象资料综合进行气象趋势预报等。通过设备接收云图后系统分析软件可以自动分析处理接收信息，预测云层厚度、云团降水量和短期天气情况，对电站的水库调度特别是汛期防汛抗洪工作非常有利。

3.4 日常水文计算系统

该子系统是整个水调自动化系统的核心数据处理系统，除气象、卫星单边信息的独立运行，与电站相关的所有水文信息均通过该系统处理和管理，是系统的统一“管家”。该系统采用flex技术作为web前段开发工具，后台软件逻辑采用.net3.5framework开发，数据库使用Microsoft公司的SQLserver2005。各个功能模块协调工作，很好地实现了水调自动化系统自动采集数据、自动计算、人工干预等功能。

3.4.1 系统结构

日常计算系统由8部分组成，主要包括遥测数据采集、数据预处理、短信自动发送、后台报表自动计算、电字自动采集、web数据平台展示、脱机计算、大屏幕显示等功能，各个功能模块访问同一个水调数据库。框架如图5所示：

图5 日常水文计算系统组成

3.4.2 各模块功能

（1）遥测数据自动采集。将水情自动测报系统采集的数据应用于每日水文计算。遥测数据接收模块主要通过串口采集自动测报系统遥测站发来的信息，将各个遥测站采集到的水位、雨量实时信息写入数据库。采集数据能够实时显示在系统中，使用者可以判断各个遥测站采集到的数据是否正确。

（2）数据预处理。数据预处理模块的功能主要是将遥测站采集到的数据进行整理，把实时水位通过算法整理成小时水位，存入小时数据库。把小时雨量整理为1 h雨量、3 h雨量、6 h雨量。

（3）短信发送模块。短信自动发送模块可以灵活设置短信发送目的号码、发送内容、发送时间，通过以上3种属性的组合，最终实现短信定时、定内容、定人发送模式。同时短信发送模块还兼有报警功能，当水位或者雨量超过设定的值，短信发送模块自动将信息发送给知道手机号码。

（4）后台报表自动计算。该模块可以让用户设定各个报表的计算时间，达到报表自动计算的目的。同时，在报表计算结束后，自动将计算结构传输到东电数据库。以及定时生成水情电报。通过报表自动计算，可以减少值班人员的劳动强度，减轻工作量。

（5）电字自动采集。电字自动采集，可以设定时间，自动采集长MIS系统的电字。如果因为网络等其他问题导致自动采集电字失败，则可以采用手动采集电字功能，采集某一时间段的电字。

（6）Web数据平台。Web数据平台是该系统中最重要的组成部分，采用flex作为前端编程工具。Flex技术是富客户端技术，它能够创建个性化的丰富多媒体应用程序，极大提高用户体验，彻底革新人于Web的交换关系。Flex技术使B/S结构表现层的开发层次分明，结构完整协调，在提供强大的华丽表现的同时，大大节约维护成本。

Web数据平台主要功能包括实时数据显示修改、时段数据显示修改、各类报表的显示以及重新计算、东电数据的修改以及上传、水情电报的显示等功能。Web数据平台的开发，使得使用者无论在何地，只要有网络与数据库服务器相连，都可以随时访问到水情数据，并且可以对水情数据进行编辑，大大简化了人员维护成本。计算系统Web图示如图6。

（7）脱机计算。脱机计算功能主要应用于在网络不通的情况下，不能通过自动计算或者访问Web数据平台进行报表计算时使用。使用者通过两个电站的上下游水位等数据，自动将流量等数据计算出来。

图6 计算视图Web图

（8）大屏幕数据显示。该模块主要是将实时的水位雨量等值显示在大屏幕上，在汛期时通过该程序可以将水位雨量值实时显示，为防洪等工作提供决策支持。

3.5 电量、水情数据传输系统

太平湾水电站电量、水情数据传输系统服从国家电网东北分部水电厂水情信息统一管理要求和调度，通过系统软件从相应数据库读出电量、水情信息，并完成统计、计算、生成报表；经过容量为2M的专用通信通道自动上传到东北分部调度中心，满足水电站水情信息传输的及时性和准确性要求，避免人工录入时发生的误报漏报，提高工作效率，为电网系统水电站同业对标统一管理和汛期上级防汛决策信息的实施部署提供数据支持和技术保障。

3.6 防汛报警子系统

太平湾水电站防汛报警子系统通过独立运行的系统功能实现异常信息值班室有声报警和短信通知报警，增强各测报系统的信息甄别率和系统安全度。通过此系统设定水位、水量、降雨量等水情、气象信息的报警值，当出现报警值或水情自动测报系统异常时系统自动发出报警，控制报警灯以及报警音响开启，同时向系统设定的档案中人员手机发送报警短信息。

该系统虽然是服务系统，但通过读取其他系统数据信息有形链接了各子系统，提高水调自动化系统的完整统一性。

4 结语

太平湾水电站水库调度自动化系统由多元化、多要素子系统统一整合，系统逐一建设开发水调专业相关水文要素信息的自动化采集、传输系统，扩展业务范畴衍生出配套的计算和信息处理系统，以更全面的辅佐现场生产人员完成各项工作，不断推进电站水库调度工作的自动化发展进程，符合工作实际需求和水电站自动化、智能化发展趋势，为防洪安全和电站经济运行提供水调专业最精准有效的数据支持和技术保障。

（责任编辑：刘征湛）

Reservoir regulating automation system of Taiping Wan Hydropower station

WEI Ying,ZHU Lin
（Taiping Gulf Hydropower Plant of Northeast Branch of State Grid,Dandong 118000,China）

An introduction was made on the general information and the water scheduling system of Taiping Wan Hydropower station.The author presented the composition of system,the structures and functions of various subsys⁃tems,including the automatic hydrological information acquisition system,meteorological information acquisition and processing system,satellite images acquisition and processing subsystem,daily hydrologic computing system,power and regime data transmission system,flood control alarm subsystem.

Reservoir regulating automation system;telemetry station;Taiping Wan Hydropower station

TV697.1

B

1003-1510（2016）02-0079-05

2016-00-00

魏 樱（1979-），女，青海西宁人，国家电网东北分部太平湾电厂工程师，学士，主要从事水电站运行、管理。