水电厂自动化系统的智能化改造研究

曾召山

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410000）

当前我国的电网智能化战略已全面启动，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。但智能电网的相关研究和建设工作比较注重电网的输电、送电、配电和用电等环节，在发电环节尤其是水电站的智能化建设方面相对滞后，还处于起步探索阶段。对于什么是智能化水电站、如何建设智能化水电站，还未形成清晰的共识，更缺乏具体的可操作标准与规范。基于此，本文探究水电厂自动化系统的智能化改造设计框架、改造方案等。

1 智能水电厂概念

智能化水电厂由于建立在可靠的通信网络的基础上，它的主要目标比自动化水电厂相比是增强其设备的运行功能和提高其对于水流发电的利用率。智能化水电厂的服务对象是智能电网，它的基础是电网和水电厂协调发展的可靠、科技的智能设备。

智能化水电厂的技术特征：（1）实现系统的完善化，设备的智能化。（2）实现管理系统层面的一体化，将数据整合到一起，资源利用的更加完善。（3）信息管理的标准化：将总的设备数据进行一次标准化计算，使得整个系统运算加快，管理方便。（4）决策管理系统的智能化：通过同一个信息处理，以及将数据进行处理分析，之后对管理系统进行智能性的决策。

智能水电厂的大致作用是将设备得到的信息进行收集，并进行处理等系统。它的技术关键是智能水电厂一体化管理控制平台，通过将水电厂的设备产生的信息数据高效完整的传输并确定设备运行的稳定和安全，使整个厂家有一个安全保障。

2 总体设计流程的架构

智能化水电厂的系统我们设计为站控层、间隔层、过程层、系统层4层逻辑构成。

（1）站控层，它是将监控系统和智能设备链接到一起，是非常重要的，所以我们需要对它进行优化。这部分优化，我们不需要将他们全部替换掉，而是只在系统中添加一个一体化数据统计平台，将生成的数据统计到一起进行输出。在这部分统计平台上，我们可以添加一些模型组块，将这部分系统进行优化和提高。比如气象系统统计应用、信息管理系统、专家意见系统等等。在对这部分系统进行处理时，我们应该进行统筹管理，对之进行分别布置并采取保护管理，提高整个系统的安全性。

（2）间隔层，它是由好几个系统组合而成的，如安稳系统、继电保护系统等等，作用是将一组单独的数据作用于此数据应使用的设备，就是和之后的各种设备进行数据传输。我们对间隔层进行改造时主要是将数据传输的更加有效率，更加准确。可以和站控层中的一体化数据统计平台进行联动，将每一个数据和一个应用连接起来，组合成一个单独的模块，这样在收到这个数据之后，数据统计平台可以更加有效的将数据传输给下一级设备。传输效果稳定，传输速度加快，提高整个系统的稳定性。

（3）过程层，它是由电子互感器、合并单元等组成，是前面设备和后面联动设备之间的连接点，是对各种状态参数的检测和统计，之后进行操作和驱动。但是因为当前的水电厂基本上是采用传统通信方面进行操作，在上面优化很难，所以我们可以直接按照智能变电站的过程层进行复刻，对水电站的二次设备进行智能化改造。

（4）系统层，在对智能化水电厂进行更新改造时，我们也需要对系统层进行改变。首先，我们需要将整个系统进行单个功能的分块，使得完整的系统形成多个功能不同的系统模块协同配合，如形成监控系统、专家意见系统，问题反馈系统等等不同的系统。将这些系统都统一可以和全厂智能系统进行链接，从而实现数据一体化，使得数据信息传输效率增加。解决完系统分工的问题之后，我们还需要建立一个数据云储存系统，将所有的数据进行上传并储存分析的系统。在这个系统的运行过程中，可以将所有的数据进行整合分析，并将各种不同的系统进行独立分析和运转，对之进行检索和梳理分析，使得设备和系统更加的完善可靠。

3 智能化水电厂的改造方案

3.1 改换新数据对象

在传统的数据模块中，水电厂中的各种系统数据不能互相传输，这导致数据传输效率非常慢。由于这个问题，我们提出可以采取新的面向对象的系统方案将数据共享到整个水电厂的系统中，这样在传输系统时，另一个系统不用一个个检查这个数据的物理大小是否匹配和是否在传输区间内等等。因为传输和接收步骤的进一步简化和完善，所以实现了数据在整个系统模块之间的快速传输，并因为数据都统计到了一起，整个数据更加的容易管理，维护和保护。在建立和完善这个水电站信息数据模型时，我们可以采用这种广泛应用的IEC61970标准，这种标准可以应用于水电的各种应用。

3.2 采取自动化控制的管理

在自动化控制管理层面的优化，我们采取了将水流情况、系统监控、数据传输和安全方面等系统连接到一起，形成一个总的管理集成将数据传输到每一个子系统中，形成各种系统的自动化管理平台。此平台应该应有整个系统的标准数据总线、消息总线及服务总线，以满足各种应用系统的运行要求。还应该对整个自动化系统平台进行数据保护。这使得系统有一个自动化的整合，将传统的水电厂监管设备进一步简化，系统设备更加安全、经济。这个自动化管理平台也有个各种方式来确保我们的Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ区数据的安全。如防火墙和物理性隔离等进行保护。Ⅰ区大致由各种监控和检测数据等系统组成，一般担任我们工厂生产管理和控制设备的正常运转的职能。Ⅱ区则是通过Ⅰ区产生的数据进行进一步的管理和控制，Ⅰ区提供的数据在Ⅱ区中被用于自动化系统的应用，如对水况的研究和调取以及监控等，为工厂中的其他系统进行进一步服务，并使得这些系统与外部的设备和系统接驳。

3.3 一体化管理控制平台

一体化管理控制平台将数据整合到一起，对数据进行同步，之后建设一个标准数据信息和公共信息数据整合模块。这个平台可以对信息数据新型处理分析，整合储存等，将整个水电厂自动化设备与智能化系统连接到一起，生产全过程的实时数据和生产管理信息有机集成并优化，实现水电信息共享和有效利用，提供整体管理功能。并且一体化管理控制平台应该与监控系统、运行管理系统等公共服务系统联系起来，真正实现信息的整体化和水电厂的工作智能化。

3.4 计算机监控系统

计算机监控系统因为它对于整个系统设备的完整运行有着重要作用，更需要对其进行系统的升级的改进创新。可以进行软件和少量硬件升级，使升级到H9000 V4.0,这样会明显的提高系统和设备的智能水平。并将数字化网络工程推广到每一个系统设备中，对系统和设备进行数据的采集和处理分析，将其网络化，对监控系统的统一性和标准化实现有着很大的帮助。

4 结语

总的来说，本篇系统地讲解了智能水电厂的概念、总体设计流程的构造和智能水电厂的创新优化。对智能水电厂的讲述和优化改造使得传统水电厂具备更高效率的数据传输能力，和更加安全的设备使用方案，为水电厂家提供了经济上的便利和事故处理方面的保障能力。对管理层面上的系统进行了统筹，整个智能水电厂更加安全可靠，和谐共处，绿色环保。