中小水电远程运维云平台系统设计与实现

陈顺平，葛海亮

(钛能科技股份有限公司，南京，210000)

0 引言

我国中小型水力发电厂资源丰富，在电力结构调整中具有重要的地位，但电站建设都处于遥远偏僻、人口稀少、环境恶劣的地方，人工及管理成本高，随着电站早期的老员工进入密集退休期，新的一代年轻人往往不愿意进入深山里进行工作，给企业的招工及生产运行带来了不小的麻烦。

随着云计算技术、物联网技术、智慧传感技术、移动网络通讯技术等前沿信息技术的不断涌现与发展，让传统水力发电厂远程集中监控与智慧化的运维管理模式变为了可能，并通过建设中小水力发电厂远程运维云平台系统，区域内地区电站进行统一协调、优化调整，有利于跨流域多发电量和优化人员配置。同时根据当前水力发电厂点多散乱，各自为政，经营效益实现不明显等问题，对水电公司进行集约化管理，逐渐向规模化、专业化的转变与升级。通过集中运维，利用平台内的资源，有效降低了投资，规模效益也日益增强[1]。

1 中小水电远程运维云平台系统的必要性

(1)地处偏僻的各中小型水力发电厂通过互联网进行集中远程监管，实现电站的无人值班，形成电力生产的规模化运营，降低电站运营成本，进一步提升电站发电量，增强设备管理能力，延长设备使用寿命，大大提高电站的盈利水平。

(2)通过集中打捆操作，属地化集中运维，整合平台内资源，有效减少成本投入，规模效益不断提高。

(3)部分地区电力过剩，实行竞价上网，集中远程运维，减员增效，降低发电成本，保持电站竞争力。

(4)各电站数据统一汇总，形成真正的生产管理平台，实现企业的高效现代化管理。

2 总体设计

2.1 建设目标

利用最先进的智能传感器、移动网络、大数据、云服务和水电厂自动化、智能化的先进技术手段，通过利用互联网研发的远程运维云服务管理系统，统一接入所有水电厂的管理操作、安全及其他控制信息，以促进水电厂的安全操作、提高效率、数据共享、减员增效，并进行全系统的智能化管理和智能化控制，以提升水电厂的智能化、信息化和现代化水平，并完成水电厂的无人值班工作。

2.2 设计原则

(1)标准化:整个体系的制定均遵循中国国家标准以及全球技术标准。系统软件、硬件产品都通过标准化设计，完成了开放式的连接，并与各个设备和系统软件服务互联相通。

(2)稳定性:数据采集器使用嵌入式实时操作系统和专业的硬件架构，运行过程平稳安全，保证系统整体的稳定性，特别适用于在条件比较复杂、对安全性要求比较高的环境中运行。

(3)经济性:软件系统设计执行平台均使用了当今较为流行的各类技术和设计工具，并利用成熟应用的中心件和模板，大大减少在系统平台技术方面的投资，并具备很大的性价比。

(4)先进性:采用组态软件的开发模式，提供一个应用工具，实现信息收集、现地SCADA监测、云端平台分析、移动APP运维管理工作。

(5)扩展性:具备拓展系统的条件，可很好地满足现代智能控制的要求。在控制系统中实现合理的设计与应用，从而为今后的应用创造优越的环境。可充分利用并维护当前网络资源，方便于当前和今后资源的扩展；由于平台服务器具有扩展与堆叠等功能，为方便各个层次的资源中心集成和扩展，平台必须具备强大的资源监控点数、存储扩容等功能。

(6)实用性:以真实数据库系统为基础，可多客户多场景的即时监视、远程管理、可接入各种电子报警设备，完全满足监控需求。

(7)安全性:平台安全是数据管理中的重要关键之一，安全主要包括数据安全、信息安全和划分权限。①数据安全:对数据实行多层级、分布式的保存，保证数据不容易受到破坏。对数据采取AES保密制度，提高数据在互联网数据传输进程中的安全，不能被截取、修改和使用；②信息安全:将各种设置数据、系统管理数据、日志信息等都存储到中心的数据库系统，以达到对网络的集中管理；③划分权限:对下属管理者的应用功能、浏览区域实行权限管理。再由下属管理者对下属机构操作者的应用功能、浏览区域等实行权限管理和控制。

2.3 系统架构

系统按分层分布式的系统架构设计，主要包括运维中心、通信网络、水力发电厂级。系统架构示意如图1所示。

图1 系统架构示意

运维中心主要包括数据中心服务器、云服务服务器、客户端、运维管理系统、大屏、UPS电源系统等。

通信网络可全部采用运营商专线方式，保证系统的高实时和稳定性，主要包括运维中心与各个水力发电厂之间的通信网路、运维中心与各个移动终端之间的通信网络两部分。

水力发电厂级主要包括计算机监控、视频监控、安防消防监控等应用系统，以及与运维中心通信的边缘计算网关等网络设备。

水力发电厂通过边缘计算智能网关将数据上传至云平台数据服务器，数据服务器对电站数据进行相应的处理、存储、统计、大数据分析等，并将水力发电厂相关数据通过手机APP应用或计算机客户端工作站应用。

2.4 系统特点

2.4.1 全面智能化

水力发电厂自动化系统具有全自动发电、自动经济运行等应用功能。机组控制运行既可独立运行管理，也可与运维中心联网运行管理，实现流域水力发电厂联合调度控制和优化经济运行管理。

2.4.2 管理信息化

运维管理中心系统具有对水力发电厂全子系统进行统一管理服务，包含了生产数据、水雨情、安防视频监控、智能报警、运维信息管理、大数据分析、设备信息管理等系统功能，为使用者提供大数据分析的呈现、分析与决定。

2.4.3 系统一体化

系统采用高集成、标准化的一体化管控平台，共享平台硬件资源，支持水力发电厂生产管理系统、计量、水雨情、视频和安防联动的数据集成设计和应用展示，实现一体化运行、维护和使用。

2.4.4 移动服务

通过移动终端APP对各水力发电厂的操作控制、地图定位、数据监视、视频监控、智能巡检、设备故障诊断及预警、运行报告等移动服务远程管理，实现水力发电厂群的移动办公管理。

2.4.5 系统开放性

系统提供了标准化和可定制化的对外数据接口，方便用户水力发电厂其他智能设备数据接入或其他系统的接入，实现数据共享、资源利用和运维管理简单，设备配置增加方便，可大大减少用户对水力发电厂的后期改造升级或建设投资。

3 系统功能的实现

3.1 驾驶舱

驾驶舱展示模块，综合、全面地显示全部电站的关键性指标与实时状态参数，包括显示上网电量、发电量、总有功、平均厂用电率、平均耗水率、保护告警、同期对比、趋势分析等；显示各电站在地图上的位置，以及各电站的工作状态、电站的日发电量和上下流量、水位等，对于各个电站可灵活、模块化配置对应的展示内容。

3.2 远程控制

主要包括对水力发电厂的机组开停机、阀门、辅机、断路器等远程操作控制。

3.3 保护信息管理

主要包括各水力发电厂的微机保护、故障录波等运行故障、事故信息的记录、显示和故障分析管理。

3.4 统计分析

主要包括水力发电厂的上网用容量、机组发电量、综合工厂耗电量、合并工厂用电率、水量效率、水力发电目标完成度、水力发电利润计算方法、水力发电的使用时间、开发耗水量、洪水预测平均准确率、发电机组的非设计停机时间、自动启动效率、继电维护和安全管理自动装置的正确启动效率等。

3.5 事件与报表管理

主要包括对各个子系统中出现的事件分类显示，支持事件的分类查询和导出操作；对运行报表、事故及故障报表、设备运行报表进行统计管理。

3.6 智能告警

主要包括系统保护动作、设备自检异常、开关变位、越限、其他的故障报警信息等，电站运行异常及事故报告自动推送到智能运维中心和手机APP运维值班及管理人员手中，采用多种方式提醒用户及时处理故障。

3.7 安全监控

主要包括视频监控、电子围栏、门禁系统等，对厂区、大坝、闸门、水库等设备设施实时安全监控和记录。

3.8 运维管理

主要包括水力发电厂的运行日志、缺陷管理、检修管理、操作票、工作票和巡检管理等。

3.9 设备管理

设备管理系统功能包括设备台账管理、设备运行管理、设备维护管理、设备统计管理、特种设备运行、设备远程监控、设备知识库管理、设备调拨与报废、备品备件管理。

3.10 系统用户管理

主要包括用户管理、厂站管理和运行日志管理等。

系统用户管理模块要求具有权限管理、系统用户管理和组织机构管理功能，根据登入使用者的具体职位或权限等级高低，后台开放相应权限内的使用模块，根据水厂人员组织架构对人员进行角色管理，管理登录账号及密码信息。平台可记录所有账号登录情况及相应操作的日志。

不同权限不同人员看到定制化信息，所见即所得，所见即所需，所见即所用，简洁、直观。

3.1 1 手机APP

手机APP在充分考虑数据传输加密和安全性问题的前提下，实现对电站的全方面监测，可通过移动智能终端联网访问运维中心系统，浏览查询现场各水力发电厂设备、设施系统的安全运行情况，实施远程操作和管理指导，同时具有智慧巡检、设备管理等系统。

4 结语

利用中小水力发电厂远程运维云平台系统，把分散在地处偏僻的各中小型水力发电厂通过互联网进行集中远程监管，构建水力发电厂“互联网＋电站”平台运维模式，运维云平台为电站运维提供服务，进行全方面的指导，线下设立区域维保队伍，负责对区域电站群的巡检、缺陷处理，线上、线下分工明确，协助处理，有效地提高经济效益。