水利电力多项目调控一体化系统的设计与实现

王迎春

（新疆维吾尔自治区伊犁河流域开发建设管理局，830000，乌鲁木齐）

水利电力多项目调控一体化系统的设计与实现

王迎春

（新疆维吾尔自治区伊犁河流域开发建设管理局，830000，乌鲁木齐）

调控一体化是当前水利水电、电力调度自动化领域的发展趋势。在对某单位水利电力多项目调控系统研究开发的基础上，提出了集水情测报、水库调度、大坝安全监测、水电站监控、电网调控于一体的水利电力多项目调控一体化系统的设计思路和实现方法，为不同专业信息系统统一规划、统一标准、统一基础支撑平台提供了实践经验。

多项目；调控一体化；设计；实施

一、研究背景

新疆某水电开发单位是一个集水利工程建设及运行、电力生产、电网运营、生态、养殖、供水等多种业务的综合型单位。受不同专业、不同区域的限制，已建成的各个工程、系统都各自独立运行，相互之间基本没有联系，形成信息孤岛，运行信息无法及时为决策提供依据。能否利用信息网络技术建立一套统一的水利电力多项目调控一体化系统，为统筹不同专业、不同行业管理工作和提高运行管理水平提供技术支撑，是系统设计和研发的缘由。该单位针对自身的实际情况组织研发了集水调自动化与经济运行、水电站实时集中监控、电网调控、工程安全监测、闸门控制应用、主设备状态监测及检修、防汛决策支持、供水调度、生产管理信息系统、水资源管理等于一体的水利电力多项目调控系统，并在流域管理中得到了应用，2015年系统部分应用项目已通过验收，整个项目已具备初步验收条件。该系统的设计与实现为国内流域管理单位、水电开发企业统筹多属性、多类型水利水电、电力工程的统一调度、远程集中监控以及运行提供了可借鉴的整体解决方案。

二、多项目调控一体化系统的设计目标

建设水库调度及运行、水电站运行及电力调度、电网调度及运行3类业务统一调度、监控、决策的运行平台，首先必须构建统一的调控系统基础支撑平台 （包括统一的通信网络、时钟同步、动力配电、防雷接地、大屏幕显示、机房工程等）；建立统一的生产管理信息平台，部署水调自动化、水电站集控、电网调控、供水调度、水资源管理等应用，形成布局合理、功能齐全、层次分明的水利电力多项目调控一体化系统，根据水利水电工程建设实际情况和工程运行管理的实际需求，实现水电工程真正意义上的“无人值班”（少人值守）的设计目标，实现对水库、供水工程、水电站、变电站等水电资源的综合管理及统一调度和远程控制。

三、需求分析和系统功能设计

根据统一管理的要求，需解决水电站、水库、电网、供水工程等多项目的远程监视、调度、控制、运行等问题，国内独立解决某几个水电站、梯级水库或某一电网远程监视、调度、控制的系统很多，但一个系统同时解决水利电力多项目调控问题国内尚无可借鉴的经验。

基于以上需求分析和现状分析，在基础支撑平台（通信网络、时钟同步、动力配电、防雷接地、大屏幕显示、机房工程、控制室工程）之上，建立水调自动化与经济运行、水电站实时集中监控、电网调控、工程安全监测、闸门控制应用、主设备状态监测及检修、防汛决策支持、供水调度、生产管理信息、水资源管理等系统，利用这些自动化、信息化手段进行综合监视、控制、调度、分析和决策。

在功能设计上以需求为导向，突破传统的水利电力调度控制和生产运行管理的思路，通过研究水电站集控、电网调控、水库优化调度及经济运行等相关理论，利用最新的计算机技术、自动化技术、通信技术，实现水利电力多项目调控系统总体功能设计。其中水调自动化与经济运行系统需具备径流预报、实时调度、防洪调度、发电计划制定、经济调度与控制等基本功能；水电站实时集中监控系统需具备数据采集与监控（SCADA）、自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）等基本功能；电网调控系统需具备数据采集与监控（SCADA）、高级应用（PAS）、自动发电控制（AGC）等基本功能；工程安全监测系统需具备各工程安全监测数据的自动采集、多工程监测信息集中管理、分析和评估、预警预测及信息发布等功能，实时掌握工程的运行性态和安全状态，为工程运行调度和维护管理提供决策支持；闸门控制系统需具备闸门运行状态监视、闸门远程控制等基本功能；主设备状态监测及检修系统需具备发电机、水轮机、变压器、断路器等水电站主设备状态信息的采集、特征计算、实时监测、故障录波、性能试验记录及技术诊断等基本功能，减少设备非计划停运检修频次；防汛决策支持系统具备防汛信息的处理、查询、分析和防汛决策指挥调度管理等基本功能，为防汛指挥决策提供有力的技术支持和保障；供水调度系统需具备自动采集或收集、传输供水工程沿程闸门的水位、流量、闸门开度等数据，供水流量实时计算、供水调度计划制作及相关的分析功能；生产信息管理系统围绕水电站 “两票三制”原则，以水电站和电网核心业务为基础，实现设备管理、生产管理的综合管理；水资源管理系统需具备水量预报、水量监测、水质监控、调度管理、水资源信息服务等基本功能，实现水资源能力的实时监控。根据各专业系统的要求，完善通信网络系统；根据调控系统的接入要求，完善水情自动测报、水电站计算机监控、变电站监控、工业电视、渠道引供水等现地自动化系统。

图1 系统软件体系结构图

四、系统结构设计

水利电力多项目调控系统涉及的现地自动化系统较多，各种软硬件设备及相关数据信息需合理规划，根据系统的功能设计，系统结构自下而上划分为数据采集层（现地级自动化系统）、网络传输层、数据处理层、业务应用层4层，如图1所示。

五、系统安全防护结构设计

在系统安全防护结构设计上主要依据《中华人民共和国计算机安全保护条例》以解决系统运行安全、保障信息安全以及系统功能的正常发挥为原则，具体设计中结合水利水电及电力工程的建设现状及电力二次系统安全防护规定，对水利电力多项目调控系统建设采用纵向分层、横向分区的体系结构，以调度、监视、控制为核心，高速光纤传输网络为主干架构，现地自动化系统为基础，水利水电集控系统、电网调控系统为载体的面向服务的智能化分布式结构。在此

基础之上，研究水利电力调度控制、信息管理、实时监控、状态检修等水电生产运行各个环节的智能化应用。系统纵向根据应用不同划分为多个应用层，横向根据应用分为不同的安全区，各安全区之间按照电力二次系统安全防护规定进行信息交互，同时系统根据应用需要，提供针对省调、区域电网以及下游电厂应用的信息与服务。系统安全防护总体结构如图2所示。

六、系统的实施

系统的实施主要考虑避免出现专业系统的独立运行、数据共享及再利用困难等问题，以易整合、可扩展、易维护为实现要求，在系统实施中主要按照“统一规划、统一标准、统一基础支撑平台”三统一的原则，实现了水利电力自动化系统跨项目、跨行业、跨专业的数据共享、整合利用和资源综合利用。

在充分考虑生产运行管理各个环节应用需求的基础上，对现有系统进行反复调研，确定整改任务，根据各个子系统或功能模块的业务特点和相互之间的内在联系，利用网络安全设备提供隔离，通过高速数据总线构建横向互联的数据交换平台和纵向直接监视与控制现场设备的系统，实现了覆盖水利、电力生产运行管理各个环节；同时根据实际情况，将各项专业应用作为不同的功能模块，按照先解决生产问题再解决管理问题的原则划分项目实施步骤，做到统一规划、分步实施。在功能上安全Ⅰ区、Ⅱ区解决控制、监测等生产问题，Ⅲ区解决调度、管理、分析评估等决策问题。

各专业系统数据交换的接口标准采 用 符 合IEC61850、IEC61970、IEC60870网络通信国际标准进行数据传输和共享，针对水情测报、水库调度、安全监测、水电站实时监控、电网实时监控、状态检测等专业领域所需要的设备、数据建立图、模、库一体化的标准模型库，形成稳定、唯一的数据表示和访问路径。各现地级自动化系统或智能化设备以应用节点的形式加入标准协议的高速数据通信总线，并共享总线中的信息数据；数据总线针对重要和特殊的应用提供传输冗余机制，各现地系统通过标准的数据总线实现各不同专业数据的共享，保证数据统一性。

统一基础支撑平台，包括统一网络环境、GPS时钟同步、环境监控、视频监控、供电电源等系统。将各工程驻地独立的局域网改造为SDH光传输环网；将各工程重要通信室作为环境监控系统的节点之一接入统一的环境监控系统平台；对各工程视频监控系统进行改造，实现各站视频网络传输，将所有视频信号接入统一的视频监控平台；GPS时钟同步系统通过TCP/IP网络对各区设备提供对时服务，解决中心站各系统与各子站系统的统一对时问题；各子系统设备安装调试完成后，逐一纳入系统电源，根据设备实际运行情况测试多项目调控一体化平台总负荷，确定电源系统配置标准。对重要系统按照双电源配置，保留老系统单电源供电方式，通过ATS切换装置实现新老系统单、双电源供电问题，统一多系统、多项目供电电源。

图2 系统安全防护总体结构示意图

七、结 语

集水情测报、水库调度、大坝安全监测、水电站监控、电网调控于一体的水利电力多项目调控一体化系统的设计思路和实现方法，为不同专业信息系统统一规划、统一标准、统一基础支撑平台提供了实践经验，同时为大型流域统筹多属性、多类型工程管理，提高运行管理的系统性、整体性、协调性提供了可借鉴的技术方法。 ■

［1］田志勇，袁宝招.洛河梯级水电站联合优化调度方案研究［J］.中国水利，2011（20）.

［2］刘鹏，程全军.水电厂集中控制统一调度优势分析［J］.中国水利，2012（20）.

［3］丁毅，等.以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群综合调度研究［J］.中国水利，2013（13）.

［4］褚明华，廖鸿志.长江流域控制性水库联合调度探索与实践［J］.中国水利，2015（19）.

责任编辑 韦凤年

An integrated control system for multiple hydropower projects:design and implementation//

Wang Yingchun

Integrated control systems for multiple hydropower projects have been widely applied in the field of electric power dispatching automation.Based on case study on control system research and development，design and implementation methods for control systems of multiple hydropower projects are proposed that can integrate water information forecasting and prediction，reservoir regulation，dam safety monitoring，power plant supervision and grid control.This practical experience can be used for integrated planning and standardization of various information and formation of unified control system.

multiple projects；integrated control；design；implementation

TP393

B

1000-1123（2016）10-0053-03

2016-01-21

王迎春，高级工程师。