水电厂自动化系统的智能化改造研究

南宁交通资产管理有限责任公司 蒙 静

在信息化时代背景下，我国水电厂智能化改造工程全面启动，水电厂自动化系统运行功能将会得到全面优化，为水电厂进一步发展奠定良好基础。目前我国水电厂自动化系统已经逐渐完善，但为满足时代的发展与社会的需求，还需进一步加强智能化水电厂建设力度，但为避免影响到水电厂运行效率与运行质量，智能化建设不可脱离水电厂自动化系统，只能够通过对现有系统的基础上对自动化系统进行智能化改造，促使水电厂自动化系统运行逐渐迈向智能化发展道路，优化水电厂系统功能，为水电厂进一步的发展奠定下良好基础[1]。

1 水电厂自动化系统的智能化改造原则

1.1 安全性

要想保障水电厂自动化系统智能改造质量提升，就需要保障改造工作的安全性：在系统智能化改造时，技术人员所使用的技术、智能化设备都需达到智能改造标准，避免因技术人员操作问题对智能化改造质量造成影响，甚至对原有自动化系统功能造成影响，减少系统运行安全问题，提高系统运行稳定性与可靠性；保障智能改造内容的安全性。由于水电厂自动化系统运行过程中所涉及的调控内容相对较多，为避免影响系统运行安全，在前期改造工作实施过程中应对改造安全提高重视程度，并在安全原则下提高系统设计改造性能，确保系统智能运行的可靠性。

1.2 开放性

在自动化系统智能改造过程中具备一定的开放性，可实现系统全面升级与更新：对智能改造现有标准加以明确。在智能化改造工作开展中，应满足国际与国内标准要求，达到行业智能化规范改造要求，从而体现出智能化改造开放性；水电厂自动化系统智能改造需提前预留出系统升级接口，由于自动化系统本身具备一定的兼容性，所以在系统运行升级中可保障系统的稳定性与可靠性[2]。

1.3 先进性

在系统改造期间内要保障系统功能改造的先进性，提高水电厂运行效率。在改造中，技术人员操作技术要在满足安全性原则下保障技术操作的智能化，避免对系统改造中会存在风险，同时对二次设备故障问题进行有效处理，以此提高系统运行性能。

经济性。在智能化改造工作开展中还需要满足经济性原则：由于在原有自动化系统中实施智能化改造需投入智能化系统与设备，且在系统实现智能化期间内要保障系统升级安全，对智能改造性价比进行具体分析，尽可能减少智能化改造经济成本；在系统智能化改造结束后还需对系统后期维护经济性进行综合性考虑，确保在维护工作开展中制定好工作计划，确定维护周期以及维护任务，从而避免加大成本支出。

2 智能化改造现状

目前我国已有部分水电厂开展了自动化系统智能化改造工作，为智能化系统的实现开展了初步探究工作，并取得了良好的成绩。水电厂都是根据自身的实际发展情况对智能化改造制定了相应的规划，且不同水电厂智能化改造侧重点存在不同，但总体改造都是在避免自动化系统受到影响的基础上构建了智能化数据平台，以此对水电厂自动化系统运行进行数据收集与管理，从而实现系统智能运行[3]。

2.1 站控层

在对自动化系统智能化改造中站控层设备保持不变，但要构建独立的一体化数据收集管理平台，通过对IEC61850通信协议将系统数据信息输送到平台当中，以此对水电厂系统运行输数据进行储存，在一体化平台中开设多个应用功能，其中包含了系统联动功能及数据综合报表记录功能。一体化数据平台可安装在站控层安全I 区与II 区中，其中安全I区系统具备系统监控性能，可对信息系统加以保护。部分水电厂为保障系统的安全运行、保障系统运行的可靠性，分别在安全I 区与II 区中构建了一体化数据平台。

一体化数据平台数据信息的输出方式主要包含以下方式：将各个自动化系统作为整体与一体化数据平台进行连接，而该方式只需要在自动化系统中加入对外IEC61850通信接口，其余无需进行改动；设置独立的网络与各个自动化单元之间实现通信，实现数据信息传输，并将IEC61850通信系统安装在系统单元当中，从而对自动化系统单元进行智能化改造[4]。

2.2 间隔层

如果在采用设置独立网络进行智能化改造，需要设置间隔层，在自动化系统的现有单元中，需要安装IEC61850协议转换器，同时还需要在系统子单元中安装通信通道，从而数据信息直接通过IEC61850协议转换器，将数据信息传输到一体化平台当中。而在间隔层设置时，通过利用系统与平台的关联性，成为独立管理模块，并可通过一体化平台直接操作，将数据信息传输自动化系统单元当中，从而实现系统智能运行。

2.3 过程层

针对水电厂自动化系统的运行实际情况，在智能化改造中，需要在电缆节点的基础上，利用智能化通信方式实现数据信息收集与管理，并将数据信息传输到通信工程当中，并在间隔层、站控层的作用下实现智能化运行。为避免在智能化改造后造成系统出现滞后性，所以在过程层中进行智能改造时需对开关层进行改造，而其余设备则不需要进行调整，或对自动化系统设备进行全面更换，保障智能化改造的合理性。

2.4 系统层

要想保障自动化系统智能化改造质量得到提高，需对系统层改造工作进行全面处理：做好系统模块分类工作，将系统进行合理划分，应用在若干个应用模块当中。如，可将数据信息采集系统与传输系统通过利用智能化通信工程实现信息关联，以此保障系统信息传输速度；在自动化系统层中需要构建云储存平台，将系统运行所产生的数据信息全部传输到云平台当中。在云平台构建前，将运行系统作为独立运行单位，对系统单元模块进行有效整理，以此提高系统运行的稳定性。

3 智能化改造要点及步骤

3.1 数据描述对象化

水电厂自动化系统种类相对较多，且每一个系统运行方式及功能存在一定的差异性。每一个系统在运行中缺乏中心管理，只有进行系统转化才能实现通信交互功能。为此，通过利用建模技术，以面向对象的形式对数据信息进行描述，则可实现数据自我描述功能，而其余自动化系统在接收数据信息后，则不需在对数据信息进行交互转换，促使系统数据管理与维护功能得到了优化，解决了自动化系统之间所存在的信息互通问题。水电厂自动化系统的实现，主要是应以IEC61850标准为基，实现数据建模，根据水电厂运行情况对数据信息模型进行完善与拓展，促使水电厂自动化系统信息模型达到良好的规范性，同时在电力系统的应用下实现IEC61970标准支持，从而满足水电厂应用需求。

3.2 数据交互标准化

自动化系统在运行的过程中，所产生的数据信息要想实现交互传输则需采用IEC61850通信协议，以此提高自动化系统之间的交互性能，发挥出数据模块的实际应用优势。但鉴于水电厂由于缺乏IEC61850通信协议的支持，所以在智能改造中可采用其余标准通信协议，将其作为自动化系统数据传输过渡模块。目前在对水电厂自动化系统相应设备进行智能改造的过程中，应满足与现代化系统数字化功能，改变系统数据信息传输方式，尽可能使用对外网络通信结构相关智能化设备，将传统数字化设备进行全面拓展，以此实现数据化收集与管理，从而保障系统通信实现智能化功能[5]。

3.3 管控应用一体化

在自动化系统站控层基础上，应当在系统统一数据模型以及通信交互功能的基础上，实现对系统的检测与安全控制，对水电厂每一个自动化系统进行全面控制与管理，从而实现统一管控系统平台，实现智能化控制中心。在管控系统平台中应构建统一的数据传输方式，提供标准的消息总线与服务总线，以此满足各个自动化系统运行管理需求。管控系统平台在构建中主要将自动化系统数据信息进行全面收集，为实现智能化提供优质的服务环境。

在综合管控平台中，需对站控层安全I 区、Ⅱ区、Ⅲ区安装防火墙，以此加强防护性能。在I 区系统中主要包含了辅机控制系统及测控系统等，需对自动化系统日常运行进行全面检测，以此为水电厂生产运行管理提供更加优质的管理服务，而且对水电厂智能化应用提供相应的智能服务，同时促使系统外数据交互，如水文气象以及MIS 系统数据协同交互。

3.4 高级应用智能化

通过实现管控平台对水电厂自动化运行智能化功能进行全面开发，在系统统一协调管理下实现智能应用系统。智能应用系统在运行的过程中主要是以管控平台作为数据支撑，通过对数据进行分析建设云计算数据库，以此对水电厂运行进行全面监控并实现智能化预警功能[2]。

在智能应用系统的运行下，可根据水电厂自动化系统设备的运行情况构建数据分析模型，通过大数据技术分析技术及集成技术进行有效运用，可对水电厂自动化系统设备的运行状态进行全面分析。此外，通过构建关联诊断数据库，通过智能技术的应用可对水电厂运行设备的安全情况进行全面分析，并对设备故障进行诊断，从而实现智能化检测以及智能化故障诊断功能。

在水电厂智能化改造工作中，通过对水库优化调度制定防汛决策，实现自动化系统监管维护等应用功能，可提高水电厂自动化运行管理水平，减少水电厂自动化设备运行维护工作量，减少设备维护难度，可提高设备运行效率与运行稳定性，为水电厂的发电经济效益提升起到了一定的促进作用，为水电厂进一步发展奠定了良好基础，从而也实现了水电厂自动化系统智能化改造的最终目的。

3.5 智能化改造步骤

根据水电厂自动化系统的运行实际情况，对自动化系统设备元件进行具体分析，认为在智能化改造工作实施时应当逐步开展改造工作，从以下几方面进行逐步改造。

针对水电站自动化系统常规监控站控层部分，应通过利用管控平台将其代替，以此提高系统监控能力。不过在管控平台的基础上，需得到IEC61850通信协议的支持，或可采取常规通信协议，保障该部分智能化改造得到有效落实；针对智能化开关站改造情况，应通过对IEC61850通信协议替换常规的开关站，由管控平台直接对自动化系统开关站进行有效控制，并对系统运行进行智能化监控检测；通过使用公用LCU 作为试点，由IEC61850通信协议CPU 对公用LCU 进行替换，插入IEC61850通信协议plc 通讯模块，避免在协议转换器中产生故障点，影响到系统运行性能。

根据水电厂自动化系统实际运行情况，应当对公用系统进行智能化改造，通过利用智能化网络通信系统与管控平台进行连接，以此减少水电厂自动化电缆数量，同时也能够保障数据信息收集的完整性，提高系统新能。根据水电厂自动化系统的实际运行情况，对智能化综合应用功能加大开发力度，构建智能化应用系统，对自动化系统性能进行全面优化；在具备成熟的智能化改造方案下，可对自动化元件以及测控设备进行全面改造，以此实现水电厂智能化运行与管理[3]。

综上，水电厂在未来的发展中自动化系统无法满足时代的发展需求，会全面实现水电厂智能化系统。虽然目前智能化改造依旧处于初级探索阶段，但随着智能化技术的不断成熟，水电厂自动化系统智能化改造也会越加完善，提高水电厂智能化运行水平，提高系统运行效率与运行质量，为水电厂创造更多的经济效益，为水电厂进一步发展奠定良好基础。