智能水电厂一体化管控平台技术的探索

甘肃电投河西水电开发有限责任公司 史 毅

在电网智能化建设不断推进的背景下，要求水电厂经济运行系统具备更高的自动化、精细化和智能化的特点，传统水电厂经济运行系统中的问题无疑被逐一暴露，体系架构不统一、智能化程度低等、运行人员劳动强度大、上下沟通协调不畅，构建一体化管控平台的经济运行系统刻不容缓，一方面，可以满足智能水电厂一体化调控业务的个性化需求，提升服务的智能化；另一方面，可以有效解决解决管控困难系数大、维护流程复杂、综合决策水平差等问题，实行流域式梯级电站联合调度、异地远程集中控制和现地监控结合的调度管理模式，通过有效协调电力运行系统与水库调度之间的关系，从而实现机组间的负荷优化，达到水量利用最大化，实现最优工况经济运行，能够确保电力系统实现安全、稳定、可靠运行的目标，促进智能水电厂稳定、安全可靠的可持续发展。

1 管控平台设计思路

传统水电厂生产运行管理主要是依靠计算机监控系统和水调自动化系统。这就出现了电力运行人员在日常工作过程中将重点关注的内容放在计算机监控系统上，集中注意力对电力运行情况进行控制，严重忽视了水资源的利用情况；水库调度人员会将关注重点放在水调自动化系统方面，注重对水资源的合理调度，并个根据实际运行情况编制短期的发电计划，但是在编制发电计划的时候并没有对机组运行的特性、电力系统的负荷需求进行充分的考虑[1]。

智能水电厂经济运行系统的出现有效改变了传统电力运行的模式，同时也改变了水库调度分散管理和独立优化的模式，能够站在流域水电站群的角度上考虑水资源的利用需求及电力调度过程的具体需求，对各个模块之间的协同优化机制进行加强，以此来不断提高系统运行的整体性和一致性[2]。为了能够更好地实现这一目标，最关键的一步就是需要突破传统的水电厂计算机监控系统和水调自动化系统运行过程中的局限性，对水电公共信息模型、标准通信总线、全景数据监视及业务集成管控技术进行深入的研究，从而构建完善的统一的一体化管控平台。其次，基于一体化管控平台建立完善的水电动态耦合机制，促使预报、调度、运行等模型体系更加完善，在模型基础上开发全方位的业务支持功能，促使其各项预报功能、调度功能之间都可以实现良好的互动，从而构建完善的闭环调度运行体系，能够有效提高系统运行的安全性和经济性。智能水电厂经济运行系统设计思路见图1。

图1 智能水电厂经济运行系统设计思路

2 总体设计方案

依据电力监控系统安全防护标准，水电厂自动化系统柜可以大致分为两大区域，生产控制大区和管理信息大区，这两大区均需要采用单向物理隔离装置将其隔离。前者可以分为安全Ⅰ区和安全Ⅱ区，这两个区的隔离需要借助硬件防火墙来实现。各大区业务划分见图2。

图2 水电厂各安全区业务部署示意图

每个安全区所采用的一体化管控平台都将作为各种设备应用的重要支撑，在不同类型业务应用过程中二次组件开发过程中需要在安全Ⅰ区和安全Ⅱ区分别构建相应的运行系统，安全Ⅰ区构建计算机监控系统，安全Ⅱ区构建水情水调自动化系统，同时管理信息大区构建各种决策系统和信息化系统[3]。除此之外，在不同的安全分区内分别构建数据库，利用数据同步机制对不同安全区内的业务数据进行分析、统计，实现不同区域数据的同步化，可以根据具体需求配置构建基于综合功能的数据中心，能够适用于全部电厂的运行，对各类业务实现全过程的监控[4]。数据中心以IEC61850系列标准为基础，在CIM／CIS 标准下实现具备开放式信息集成能力。将计算机监控系统、水调自动化系统、故障信息管理系统等全部集成到安全Ⅱ区的数据中心内，将管理信息大区与生产运行的数据中心内相关的数据进行整合，并将其融入在信息大区数据中。

3 平台架构

一体化管控平台可以分为四大层：规范层、数据层、服务层和应用层。规范层主要包括两部分内容：水电公共信息模型（HCIM）、水电标准通信总线（HSCB）。其中，水电公共信息模型根据水电厂的对象、属性特征来适当扩展IEC61850（DL/T860）的标准，能够有效帮助水电厂生产运行设备及相关资源实现统一化的规范标准，可以更好地面向对象组织，水电厂可以实现统一化建模，信息内容自我描述等。HSCB 需要基于两种标准来实现对单元层设备与一体化数据平台信息的交互，这两种标准主要包括IEC61850（DL/T860）和IEC61970（DL/T890），能够更好地实现系统运行的统一性、开放性。数据层通过包括两个部分实时数据库和历史数据库，通过采用分布式、跨平台特性的水电标准通信总线来实现两者之间信息数据的同步化进行。服务层通过采用分布式的服务组件管理模式能够实现对各种后台功能的服务。应用层可以划分两个子层，分别为基础应用和专业应用，前者在实际应用过程中可以实现对画面、报表、报警等各项功能的可视化，充分发挥各项功能的应用价值；后者可以针对不同类型业务之间所存在的差异性完整可视化，进一步提高各项业务的应用能力。需要特别注意的是，建立基础规范化平台机构，并不能仅局限在一体化管控平台的建立和完善上，还需要与智能水电厂技术体系进行有效的结合，充分发挥智能水电厂一体化管控平台的应用价值，为智能水电厂的高效运行奠定良好的基础。其架构见图3。

图3 一体化管控平台总体架构图

通过构建一体化管控平台，能够为经济运行系统提供统一化的运行支撑平台。一体化平台的构建可以使值班人员借助平台全面掌握平流域的水情和工情，能够为水库实现优化调度，合理控制电力系统提供准确的参考信息，实现水电厂I 区的电力运行和II 区水库调度之间的信息互通、模型共用、功能互动、业务闭环。智能水电厂经济运行系统运行方式见图4。除此之外，一体化管控平台的构建可以有效避免智能水电厂经济运行系统重复性的开发各种后台服务可视化的界面及前台可视化的界面，能够在很大程度上降低经济运行系统构建的难度系数，系统运行过程中只需要将重点放在各种智能应用功能组件上，重点对相互协调机制进考虑，以此来降低复杂流域水电站群一体化经济运行系统构建的难度系数，提高其运行效率。

图4 智能水电厂经济运行系统运行示意

4 服务功能

4.1 数据处理

实现对采集数据的检查和处理，突出数据的完整性、有效性和合法性，并完成对数据库的实时更新和优化。生成各种事故报警记录，遇到各类事故可以及时发出事故报警音响，或者起到语音报警、综合报警服务等作用。根据实时数据完成对各个时间段数据整理编辑、类型统计及异步计算。计算方法、计算周期、计算参数可以按照实际需求进行组态[5]。实现数据双机冗余或者多机冗余备份。具有脚本计算功能，采用语言或者图形的方式完成脚本的编辑，脚本在执行过程中能够实现图形的监视，支持单步调试功能，并且可以构建以其为标准的平台为其他相关设备提供脚本引擎服务。

4.2 图元库

公共图元库，基点、线、面、表格于一体的公共图元可以作为开发不同专用合理应用图元的必要条件。计算机监控图元中包含计算机监控业务中有关发电机组、断路器等多种图元内容。水情水调图元，涉及有关水情水调业务中所需要的各种图元，例如年线柱图、计划分析曲线、多站棒图等。大坝安全监测图元，主要作用就是将大坝安全监测业务中所涉及的各种图形清晰地展示出来，最常应用的包括大坝过程图、布置图等。设备状态监测图元，作为主设备对业务中所涉及的各种图元进行监测。

4.3 报表

报表编辑部分可以直接利用报表系统函数库为报表计算提供时间函数、算数、各种专业计算的函数，可以有效满足常规报表计算过程中的实际需求。用户可以直接根据目的要求，直接对不同类型的函数进行适当扩充。报表支持自动完成日报表、月报表的生成。报表模型设置完成后，根据设置的具体信息数据，可以按照时间自动生成所需要的报表。

4.4 权限管理

为不同类型业务提供具有权限管理服务的公共设备，能够针对不同业务的实际需求提供相应的角色管理、视图及其映射等多项功能，可以在很大程度上加强对使用者权限的高度保护，保障用户自身的经济效益，同时还可以为其提供多方面的权限控制，主要包括菜单、应用、类型、属性等。

4.5 综合报警

通过设定统一化的报警协议可以有效实现系统各种信息的集中报警，统一接收并报送一体化管控平台系统Ⅰ区、Ⅱ区、管理信息大区及所有子系统中所涉及的实时报警信息。能够完全对报警信元、报警准则、策略方式进行组态[6]；同时实时报警判断功能还可以采用单值或者多值联合的方进行；具有历史报警信息记录的查询功能。

4.6 二维GIS 展示

平台能够直观展示平二维GIS 的功能，能够为用户提供GIS 服务，可以对地图进行浏览、优化管理图层、实施监视信息数据、查询地图属性，分析等值线面等，准确查询和监测不同时段的数据，并提供分析和统计多种数据的功能。

综上所述，本文对智能水电厂经济运行系统进行了整体的分析，系统基于一体化管控平台对水电厂不同类型的业务和功能需求进行分析和设计，有效打破了传统水电厂生产运行管理模式对水电厂经济运行的约束和限制，能够真正完整数据统一化的交互功能，提升水电厂安全经济运行的水平，提高水资源的利用率。在未来特高压电网建设、风光电源接入电网规模的大规模扩大及电力体制改革的推进下，逐渐增加了对水电互补调节的具体需求，这就需要对智能水电厂一体化管控平台的业务方式、水电厂竟报价策略仿真分析、决策支持等方面进行深入的研究，促使水电厂可以紧跟时代步伐，更好地适应新的环境需求，为高效提高智能水电厂一体化管控系统运行的安全性奠定良好的基础。