大数据融合下的智慧水利枢纽集成技术

卢陈涛

（浙江安防职业技术学院，浙江 温州 325000）

珊溪水利枢纽集供水、发电、灌溉、防洪和生态等功能，如何实现所属各生产单位“无人值班、少人值守”智能化调度目标，提高温州飞云流域的水能利用率，最终达到远程集约化运行的现代化管理目标，顶层规划是重中之重。本文从工程实际情况出发，在各部门现有的运行生产基础之上，通过分析论证智能调度一体化平台建设，以“运管一体化”为主导思想，提出“信息标准化、系统整体化、决策智能化”特征的智能一体化管控平台建设规划，实现水利枢纽安全运行的重大目标。

1 工程概况

珊溪水利枢纽工程是温州市境内飞云江干流控制性大型综合利用水利工程，属国家重点建设工程。工程包括珊溪水库工程和赵山渡引水工程两个部分，珊溪水库控制流域3831 km2，水库正常蓄水位142 m，最大坝高132.5 m，总库容18.24亿m3。赵山渡引水工程包括引水枢纽工程和输水渠系工程，输水渠系全长62 km，设计流量36 m3/s，年供水量8亿m3。珊溪水利枢纽工程主要以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪以及改善下游滨海平原河网水质等综合效益。

2 珊溪水调平台存在的问题

目前，珊溪水利枢纽各生产单位主要采用各自独立的运行管理模式，独立完成发电监控、工程安全监测、引水供水监控、生产管理等业务。由于不同的业务均建立各自的运行系统和管理模式，存在系统重复投资和生产现场人员多、各个岗位都缺人的严重现象，没有实现集约化管理，与“无人值班、少人值守”智能化管控的目标相去甚远。

（1）信息不能有效共享，水资源不能有效利用。不能充分利用珊溪水库、赵山渡水库的不同特性，实现上下游水库联合优化调度，协调完成引供水、防洪、发电等综合任务，从而最大限度地发挥水调电调最优配合，创造工程的综合效益。

（2）调度系统设置独立重复。由于不同的业务均建立各自独立的自动化系统，因此自动化系统重复投资多，运行维护成本较大。比如自动化的备品备件不能共享使用，造成的浪费现象等。

（3）传统的运行管理模式已落后。随着高科技的应用和大数据时代的到来，各种智能化产品应用得到普及，获取的信息量大，人们的思维模式和生活需求发生了本质的变化，对智能化、便捷化的生活、工作需求变得尤为凸显，改变目前运行管理模式是社会发展的大趋势[1]。

3 智能化调度平台建设思路

基于珊溪公司的自动化系统现状，为达到智能化建设的目标，需要完成以下任务：建立一体化平台，实现通信平台网络化、枢纽信息数字化、信息共享标准化、高级应用一体化、多系统间的联动化、现地控制智能化。系统按照纵向分层、横向分区的原则，以珊溪水利枢纽桐浦基地落成为契机，建设珊溪水利枢纽智能化，实现枢纽调度系统集中运行；通过两个发电厂的信息共享，达到水资源的优化调度，保证供水和发电的稳定性。最终形成珊溪公司具体的生产、业务调度中心，为引供水、防汛抗洪、发电调度、机组检修等工作做出决策。

（1）统筹调度，集约管理。建立水利枢纽集中管理机构，建立统一的水利枢纽调度集中控制，通过集约管理，全面实现水电机组、闸门的远程控制与调度、大坝安全管理、水情调度以及安全生产集中管理，实现远程集中控制、优化系统调度、增加水资源高效利用，进而使珊溪水利枢纽工程运行管理工作从分散的点迈入统一、全面的科学管理，构建珊溪水利枢纽运行管理新模式[2]。

（2）实现集中管控，降低经营成本。目前各生产单位自动化系统缺乏统一标准，在调度控制、专家决策、联合监控、图像监控、安全防护、信息通信等功能缺乏统一规范，未能从全局高度对珊溪公司各生产单位自动化系统的资源进行整合。各生产单位的自动化系统独立运行，没有统一的接口标准和规范，数据采集、存储、处理缺少统一设计，各生产单位的自动化系统间数据共享不足。通过珊溪水利枢纽智能一体化的建设，可在桐浦基地实施珊溪公司下辖生产单位的日常生产监控以及水库优化调度业务，有效减少各生产单位的现场调度、运行人员数量，提升珊溪公司水电生产管理的科技水平。依托智能化管控一体平台实现珊溪公司两座水力发电厂和渠系集约管理，提高业务效率。

（3）统筹水电联调，提高生产效益。通过构建经济运行系统，建立科学的优化调度模型和高精度的水文预报模型，可对各电厂的整体调度和发电过程进行有效优化控制，充分发挥各电站的水力补偿和电力补偿作用，通过优化梯级电站间水量分配，洪水资源化利用、机组高效率区运行等技术手段，有效提高枢纽工程的发电效益。

4 智能化调度平台规划内容

（1）数据采集总线。建设灵活、可扩展、符合国际标准的数据采集总线。珊溪水利枢纽智能化建设的数据采集涉及生产运行中各种类型的设备与装置，如水力发电厂、引水渠系计算机监控设备、励磁继电保护装置、闸门远控系统、在线监测设施等，将各类关联数据在一体化运行平台共享，实现数据同源化，避免同源不同值问题。按照统一的标准，各系统在平台交换数据，达到数据利用高效性。

（2）应用管理平台。以数据中心为核心，构建插件式、开放、可扩展动态应用管理平台。珊溪水利枢纽智能化建设的各现地自动化系统，负责现地不同类型的信息管理与运行控制，并将实时的运行数据汇总在中心平台。数据中心提供标准的电厂模型化资源，提供实时、历史数据分析处理服务。作为珊溪公司智能调度的数据源，为珊溪公司建立插件式、开放、可扩展动态应用管理平台，将各种应用作为服务插件进行总体整合，形成各类基础应用动态组合，智能决策总体分析面向调度服务的体系架构。

（3）自诊断智能化功能。融合多类专家知识库与分析模型，实现诊断、适应、自愈的智能化功能。水电厂生产运行涵盖调度运行、专家决策、梯级监控、水库调度、图像监控、信息通信等各应用领域。机组正常运行、水库调度，以及工程安全监测，全过程存在多种状态诊断、调度决策、安全分析等综合分析决策应用，目前已具备多类专家知识库或分析模型支持其智能化的建设。

（4）应用安全体系。强化以安全防护为基础的应用安全体系。安全防护是水电站运行的前提与基础，提供必要的运行安全防护措施是智能化水利枢纽运行的必要条件。建立一种包括监控后台、现地所有站控层的一体化防护。监控后台、远动防护闭锁规则具有统一的数据模型、统一的闭锁规则组态、统一闭锁逻辑判断。简化防护系统结构，兼顾站控层各种设备的需求。此外将门禁系统、无线巡检系统、消费系统、生产管理系统进行统一组织，生成电子地图，实现多系统的联动功能。

（5）信息发布平台。构建统一的可识别的信息发布平台。珊溪水利枢纽调度平台建设应包含分析模型资源、监控数据等各类生产运行调度环节，并通过平台统一进行展示发布。运行调度系统利用二维三维GIS 技术、通过信息发布平台进行生产运行过程信息的图形化、图像化展示与发布[3]。针对整个珊溪公司的各种资源设施，建设数字化平台，以三维大坝、三维水电厂、三维输水渠系为基础，进行数字化整合，实现二维、三维信息互动，利用资源信息实现三维数字化水电厂的快速资源定位与模拟仿真，形成统一的珊溪公司智能化可视化信息发布应用管理平台。

（6）梯级管控目标。以梯级调度为目标，实现梯级一体化管控目标。温州珊溪水利枢纽智能化建设的业务应充分考虑珊溪公司的调度特点，利用梯级调度模型，结合上下游水库特性，发挥梯级调度的优势，实现上下游电站的调度智能化、一体化，使梯级电站整体效益最大化[4]。

5 创新与展望

（1）构建具备水、电耦合机制的枢纽经济调度模式。构建完整的“调度-执行-反馈-修正-再调度-再执行”在线闭环调度与控制体系，依赖计算机24 h不间断运行的能力，及时反馈调度方案在执行过程中的偏差，并自动对原调度方案进行实时修正。通过信息交互、策略共享以及实时反馈等机制，形成涵盖非实时水库调度和实时电力运行的动态系统，能够对各类影响因素做出及时、正确的响应，实现枢纽的动态优化调度。同目前传统的梯调优化调度相比，流域经济运行可以提高水能利用率、减少弃水量、增加发电量，通过联合的水文补偿和电力补偿，提高联合保证出力和调峰能力以外，还能够大幅度提高水库调度与电力运行的自动化水平，在保护发电机组及其辅助设备的同时显著提高供电质量，并且提高实际调度过程与预想调度过程的一致性，促使电力运行更加平稳。

（2）流域远程集中“运管一体化”调控模式。目前，珊溪公司的各生产单位仍然采用现场属地原则，各水电厂分散的运行管理方式不仅降低了枢纽梯级电站的运行能力，更使水资源造成严重浪费。温州珊溪水利枢纽应以运营一体化的调控平台，对下辖电厂（渠系）进行统一遥测、遥信、遥控、遥调和遥视功能的同时，实现标准化、科学化、集约化的支撑体系

（3）基于虚拟服务器的计算机设备体系。温州珊溪水利枢纽智能一体化管控平台将接入珊溪、赵山渡、高湖等电站以及引水渠系，种类较多。为完成温州珊溪水利枢纽智能一体化管控平台远程集中监控系统与各电厂（渠系）计算机监控系统的通信，按照传统模式，通常采用以下两种方案：第一种方案是每个生产现场通信分别配置一套冗余的通信机名，第二种方案是由两台冗余的实时数据库服务器完成与其他厂站的通信。对于第一种方案而言，温州珊溪水利枢纽智能一体化管控平台远程集中监控系统共需配置约6 台厂站通信机，硬件设备投资较大且设备利用率不高；对于第二种方案而言，由于各水电厂（渠系）通信功能均由两台实时数据库服务器完成，系统运维时各电厂（渠系）数据库相互影响，给枢纽生产安全带来一定隐患。因此，采用国产虚拟服务器构建温州珊溪水利枢纽智能一体化管控平台安全I区计算机设备体系。通过采用虚拟化技术，不需要为每个电厂均配置一套冗余的通信服务器，而只需配置一套冗余通信服务器即可。通过采用虚拟化技术，物理主机将被虚拟化为各类资源池，当资源池里某个节点出现故障，虚拟机自动前移到另一物理主机上。因此，系统的运行可靠性也将得到进一步提高。此外，由于各虚拟通信服务器之间完全隔离，可以按照厂站为单元开展系统运维，将系统运维工作对远程集中监控业务的影响程度降到最低。

（4）基于调度一体化智能平台体系。温州珊溪水利调度管控平台应构建水调自动化、远程控制、大坝安全监测等应用于生产管理的调度一体化管控平台体系。根据统一的通信总线，实现应用、服务、数据一体化设计。构建安全区域I、II 及管理信息区域的智能调度平台，开展各类信息业务，解决自动化和信息化系统管控困难、各自独立、调度水平不高等问题[3]。

6 智能规划后效益分析

通过机组和水库最优工况运行，可以提高设备经济运行水平，使水资源利用最大化，提高经济效益。通过提高机组运行自动化水平和安全水平，可为电网稳定运行提供更加可靠的电源保障。

（1）优化联合调度效益。通过珊溪、赵山渡两厂联合运行和引水渠系及水资源的综合利用，提高珊溪公司经济运行水平。

（2）减少弃水，增加发电、供水效益。通过水利枢纽的联合调度，按水能和电能的综合平衡来考虑各电厂发电量，使水库的弃水减到最少。投入经济调度与控制系统（EDC）功能后，可以做到充分利用水资源，合理分配各电厂电量，使上游水电厂发电的水量在下游水电厂的发电环节中得到最大利用，下游水电厂的弃水降到最低。

（3）减少机组频繁启停产生的效益。通过梯级水电厂的EDC 和AGC 联合运行，不仅考虑了单个电厂机组间躲避振动区，同时考虑电厂之间机组联合躲避振动区的问题，既满足了电网要求又保证了电厂安全、稳定运行需要的各种安全闭锁条件以及常规控制和开停机控制的完整结合，对提高设备的使用能力，延长设备的使用寿命，减少机组低负荷运行时间，减少机组的频繁启停所造成的损害，效益显着。

（4）减员增效产生的效益。智能化建设完成后，实行集中管理将大幅度提高电厂运行效率，人工费用大大降低，减轻现场工作人员的劳动强度，减少现场的运行人员、维护人员数量。

（5）建设电能量、供水量系统产生的效益。电能量、供水量系统的建设，可使企业准确地对电能量供水量计量，提供准确发电量、上网电能量和供水量数据，对结算和收费提供可靠的依据。

7 结语

温州珊溪水利枢纽通过搭建智能一体化管控平台，进行集控中心中控室和机房工程设计、基础设施建设。通过系统的建设，实现温州珊溪水利枢纽下属电站和渠系的远程监控五遥（遥信、遥测、遥控、遥调、遥视）功能，以及水调电调、引水供水集中调度功能。从而实现决策支持系统建设，进一步实现业务系统化、经营管控规范化、领导决策智能化。以智能一体化管控平台为基础，进行现地系统智能化改造，包括计算机监控系统、防雷系统、继电保护系统等，完善相应系统的统一接口，按照“数字化、网络化、智能化”要求，达到整个水利枢纽的智能化目标。