水电厂自动化系统的智能化改造研究

2021-04-12周江晨

智能城市 2021年11期

周江晨

（中国华电集团有限公司衢州乌溪江分公司，浙江衢州 324000）

当前我国电网智能化策略已全面启动，智能电网建设已在变电环节获得较大进展，智能化变电站建设已进入推广应用阶段。智能电网的相关研究、建设工作较为注重电网的输电、送电、配电和用电等环节，在发电环节水电站的智能化建设相对滞后，仍处于起步探索阶段。目前，各大中型水电厂大多具有完备的生产自动化系统，水电厂的智能化建设无法完全脱离现有系统进行，可在现有系统格局的基础上对其进行改造、优化，朝智能化方向发展。

1 水电厂自动化系统的智能化改造原则

（1）安全性。

在水电厂自动化系统的改造过程中，须满足安全性的相关要求。

①在系统改造过程中，使用的技术、设备需要保持在较为成熟的层次，不建议将不成熟的技术、设备融入系统改造中，可减少系统成熟度引起的安全问题，提升系统本身的可靠性。

②设计内容的安全性，水电厂自动化系统工作期间需要调控的内容繁多，在前期改造设计时，需要将安全性放在首位，在安全规范的框架内提升设计效率，提高分析结果的可靠性。

（2）开放性。

在系统智能化改造处理期间，需要具备较强的开放性，是系统可持续更新、升级的基础条件。

①明确现有推行标准，包括国内推行标准、国际推行标准、行业规范要求，改造系统需要满足以上规范要求，满足系统开放性要求。

②在系统改造过程中，提前预留用于系统升级的接口，提高系统本身的兼容性，为系统的持续升级提供可靠的应用条件。

（3）先进性。

系统改进期间，确保改进内容的先进性，推进企业经济可持续发展。

在具体应用中，需要保障技术内容的超前性，满足安全性的基础要求。在实际应用过程中，针对系统进行改造时存在较大的应用风险，在改造过程中，应综合处理二次设备存在故障内容，提高系统运行过程的可靠性。

（4）经济性。

实际应用中需要满足经济性应用原则。

①改造时投入设备、技术确保经济性。系统进行改造时，应关注系统升级的安全性，在此基础上需要综合考量各类内容的性价比，选择经济价值高的内容，减少前期经济成本的支出量。

②后期养护过程的经济性。大部分因素均与前期选择的技术合规性有关，后期养护计划中养护周期、养护任务等内容的合理性，会影响养护成本的支出情况，干扰最终的养护成本。

2 水电厂自动化系统的智能化改造要点

2.1 确定总体设计框架

（1）站控层。

对系统进行改造处理时，优化站控层内容属于较为重要的工作内容。在实际应用中，无须更换原有站控层设备，在系统中增加一体化数据平台，利用IP/TCP协议将已有数据直接牵引到一体化平台中，再对数据进行集中存储和展示。在平台应用中可推行部分高级应用，常见应用内容包括系统联动报表、系统决策要求、综合数据汇总表格等。在一体化数据平台部署处理的过程中，会对其进行分开布置，设置不同的安全区域对系统运行状态进行保护，同步系统运行过程中的相关信息，提升系统运行过程的安全性。

（2）间隔层。

进行系统改造时，需要合理设置间隔层，在不同自动化系统中设置子系统过程中，需要建立单独运行的信息交互通道，依托现有协议完成数据信息的上传、接收。在间隔层的设置过程中，需要依托相互间关联性对其进行分类，将相应数据对应到系统中，使其可成为单独的管理模块。在一体化平台下达控制命令后，应将其直接转发到相关单元，由对应单元完成指定操作，已有的模块结构在设置过程中，其建立的通信体系保持不变的状态，不断提高间隔层运行状态的稳定性。

（3）过程层。

基于现有的运行管理经验，水电站自动化系统的应用基础可在电缆节点的基础条件下，使用可靠的通信方式完成数据采集，采集数据可通过通信工程传输到间隔层、站控层，辅助系统进行下一步应用决策。在传统自动化控制系统中，缺少动态监控、状态监控，使用的智能化仪表存在滞后性。在对过程层进行改造过程中，应从开关层开始改造，更深层次的设备暂时不进行调整，或对整体系统进行一次性更换，确保过程层改造过程的合规性。

（4）系统层。

在水电站自动化系统改造过程中，应注意系统层的改造处理。

①对系统模块进行分类，可将其划分为若干个应用模块，如信息采集系统、传输系统、反馈系统等，每类系统可借助通信工程进行关联，确保共享信息的传输速度。

②系统层中需要增加云存储平台，对系统运行参数进行云平台存储，也可建立紧凑型数据平台。在该平台的应用过程中，可将已经划分好的应用系统作为独立运行单位，并对单元模块进行梳理分析，不断提升系统运行期间的可靠性。

2.2 数据对象化处理

水电厂自动化系统在运行过程中，一次生产设备数量较多，且各类自动化系统在应用期间，应用的表述方式存在较多的差异性，若未对相关数据内容进行统一整理，其他系统将无法共享该系统数据，降低了信息的共享性。在系统改造过程中，需要对此类情况进行调整，建立特定系统，完成数据信息的转换处理。使用建模技术时，可采用对象化应用模式，对现有数据信息进行描述，并将其与物理量、标度进行转换处理，简化了数据维护管理过程，有效解决了数据无法互通的问题，提升数据本身的共享价值。在系统改造过程中，需要建立特定的信息管理模型，提高系统应用过程的流畅性。

2.3 优化数据交互内容

完成数据对象化处理后，自动化系统在工作过程中，可保证系统间信息的有序交互，同时利用建立的标准协议，完成数据信息的有效交流。

在改造中使用较多的标准化协议为IEC61850协议，此类协议在应用中需要搭配相应的IED设备，此类设备在水电厂中并未进行采购，需要做好系统过渡处理。在具体的改造处理中，需要对现有设备运行情况进行数字化处理，并合理调整系统的传输线路，使其可处于较稳定的传输状态，网络通信接口适合选择智能设备，此类设备的接口兼容性较强，可有效满足系统的应用要求。除此之外，设备运行过程需要拓宽到现场作业领域，逐渐实现全过程自动化管控，提升通信过程的标准化。

2.4 提升一体化水平

进行智能化改造可持续性优化系统，使其可更好地服务于水电厂运行管理。

（1）需要建立统一的数据信息管理模型，进行运行信息的采集、整理、交互、存储等，且需要在信息整理过程中做好潜在价值数据的挖掘工作，使其可具备良好的应用价值。

（2）不断完善综合管理平台，优化信息管控平台，在管理过程中需要对总线任务进行梳理。可将总线任务分为服务类任务、传输类任务、存储类任务等，满足不同条件下的运行要求，提升系统运行期间的可靠性。

（3）根据实际情况做好安全部署工作，参考站控层的管理方式，将系统划分为若干个安全管理分区，做好监控任务的细化处理，及时采集相应的安全运行数据，为安全系统的不断完善奠定可靠基础[1]。

2.5 高级智能化应用

进行自动化系统改造处理时，可应用高级智能化技术，充分发挥系统高级功能。在系统运行过程中，需要在综合管控平台上进行使用，借助海量数据完成支撑服务，以满足系统稳定运行的基础要求。在对数据进行综合性分析处理后，需要对潜在的价值数据进行深入挖掘，得到有价值的数据。在此基础上建立专家系统库，库内会对系统生产过程的基础状态进行智能监测，及时发出预警，并借助数据模型完成状态数据分析。可补充相应的高级应用，以减少维护工作的工作量，降低机组非故障停机频率，提升机组运行带来的经济价值[2]。

2.6 智能调度系统设计

进行水电厂自动化系统改造时，需要做好智能调度系统的设计工作，提升资源利用率。水电厂在运行期间，易出现空载的情况，造成资源浪费。智能调度系统的设计，可对水电厂平均工作效率进行统计，将水轮机组划分为若干个工作模块，根据实际需求调度水轮机组数量，确保发电过程的稳定性，减少空载情况。在智能调度过程中，若机组出现故障时，应安排其他机组进行补偿做功，减少系统故障带来的经济影响[3]。