水利電力多項(xiàng)目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王迎春

（新疆維吾爾自治區(qū)伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，830000，烏魯木齊）

水利電力多項(xiàng)目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王迎春

（新疆維吾爾自治區(qū)伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，830000，烏魯木齊）

調(diào)控一體化是當(dāng)前水利水電、電力調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。在對某單位水利電力多項(xiàng)目調(diào)控系統(tǒng)研究開發(fā)的基礎(chǔ)上，提出了集水情測報(bào)、水庫調(diào)度、大壩安全監(jiān)測、水電站監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控于一體的水利電力多項(xiàng)目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，為不同專業(yè)信息系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一基礎(chǔ)支撐平臺(tái)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

多項(xiàng)目；調(diào)控一體化；設(shè)計(jì)；實(shí)施

一、研究背景

新疆某水電開發(fā)單位是一個(gè)集水利工程建設(shè)及運(yùn)行、電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)營、生態(tài)、養(yǎng)殖、供水等多種業(yè)務(wù)的綜合型單位。受不同專業(yè)、不同區(qū)域的限制，已建成的各個(gè)工程、系統(tǒng)都各自獨(dú)立運(yùn)行，相互之間基本沒有聯(lián)系，形成信息孤島，運(yùn)行信息無法及時(shí)為決策提供依據(jù)。能否利用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立一套統(tǒng)一的水利電力多項(xiàng)目調(diào)控一體化系統(tǒng)，為統(tǒng)籌不同專業(yè)、不同行業(yè)管理工作和提高運(yùn)行管理水平提供技術(shù)支撐，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)的緣由。該單位針對自身的實(shí)際情況組織研發(fā)了集水調(diào)自動(dòng)化與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、水電站實(shí)時(shí)集中監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控、工程安全監(jiān)測、閘門控制應(yīng)用、主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及檢修、防汛決策支持、供水調(diào)度、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水資源管理等于一體的水利電力多項(xiàng)目調(diào)控系統(tǒng)，并在流域管理中得到了應(yīng)用，2015年系統(tǒng)部分應(yīng)用項(xiàng)目已通過驗(yàn)收，整個(gè)項(xiàng)目已具備初步驗(yàn)收條件。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為國內(nèi)流域管理單位、水電開發(fā)企業(yè)統(tǒng)籌多屬性、多類型水利水電、電力工程的統(tǒng)一調(diào)度、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控以及運(yùn)行提供了可借鑒的整體解決方案。

二、多項(xiàng)目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

建設(shè)水庫調(diào)度及運(yùn)行、水電站運(yùn)行及電力調(diào)度、電網(wǎng)調(diào)度及運(yùn)行3類業(yè)務(wù)統(tǒng)一調(diào)度、監(jiān)控、決策的運(yùn)行平臺(tái)，首先必須構(gòu)建統(tǒng)一的調(diào)控系統(tǒng)基礎(chǔ)支撐平臺(tái) （包括統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)、時(shí)鐘同步、動(dòng)力配電、防雷接地、大屏幕顯示、機(jī)房工程等）；建立統(tǒng)一的生產(chǎn)管理信息平臺(tái)，部署水調(diào)自動(dòng)化、水電站集控、電網(wǎng)調(diào)控、供水調(diào)度、水資源管理等應(yīng)用，形成布局合理、功能齊全、層次分明的水利電力多項(xiàng)目調(diào)控一體化系統(tǒng)，根據(jù)水利水電工程建設(shè)實(shí)際情況和工程運(yùn)行管理的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)水電工程真正意義上的“無人值班”（少人值守）的設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對水庫、供水工程、水電站、變電站等水電資源的綜合管理及統(tǒng)一調(diào)度和遠(yuǎn)程控制。

三、需求分析和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)統(tǒng)一管理的要求，需解決水電站、水庫、電網(wǎng)、供水工程等多項(xiàng)目的遠(yuǎn)程監(jiān)視、調(diào)度、控制、運(yùn)行等問題，國內(nèi)獨(dú)立解決某幾個(gè)水電站、梯級水庫或某一電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)視、調(diào)度、控制的系統(tǒng)很多，但一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)解決水利電力多項(xiàng)目調(diào)控問題國內(nèi)尚無可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

基于以上需求分析和現(xiàn)狀分析，在基礎(chǔ)支撐平臺(tái)（通信網(wǎng)絡(luò)、時(shí)鐘同步、動(dòng)力配電、防雷接地、大屏幕顯示、機(jī)房工程、控制室工程）之上，建立水調(diào)自動(dòng)化與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、水電站實(shí)時(shí)集中監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控、工程安全監(jiān)測、閘門控制應(yīng)用、主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及檢修、防汛決策支持、供水調(diào)度、生產(chǎn)管理信息、水資源管理等系統(tǒng)，利用這些自動(dòng)化、信息化手段進(jìn)行綜合監(jiān)視、控制、調(diào)度、分析和決策。

在功能設(shè)計(jì)上以需求為導(dǎo)向，突破傳統(tǒng)的水利電力調(diào)度控制和生產(chǎn)運(yùn)行管理的思路，通過研究水電站集控、電網(wǎng)調(diào)控、水庫優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等相關(guān)理論，利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利電力多項(xiàng)目調(diào)控系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)。其中水調(diào)自動(dòng)化與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系統(tǒng)需具備徑流預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)調(diào)度、防洪調(diào)度、發(fā)電計(jì)劃制定、經(jīng)濟(jì)調(diào)度與控制等基本功能；水電站實(shí)時(shí)集中監(jiān)控系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、自動(dòng)電壓控制（AVC）等基本功能；電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、高級應(yīng)用（PAS）、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）等基本功能；工程安全監(jiān)測系統(tǒng)需具備各工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、多工程監(jiān)測信息集中管理、分析和評估、預(yù)警預(yù)測及信息發(fā)布等功能，實(shí)時(shí)掌握工程的運(yùn)行性態(tài)和安全狀態(tài)，為工程運(yùn)行調(diào)度和維護(hù)管理提供決策支持；閘門控制系統(tǒng)需具備閘門運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、閘門遠(yuǎn)程控制等基本功能；主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及檢修系統(tǒng)需具備發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、變壓器、斷路器等水電站主設(shè)備狀態(tài)信息的采集、特征計(jì)算、實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障錄波、性能試驗(yàn)記錄及技術(shù)診斷等基本功能，減少設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)檢修頻次；防汛決策支持系統(tǒng)具備防汛信息的處理、查詢、分析和防汛決策指揮調(diào)度管理等基本功能，為防汛指揮決策提供有力的技術(shù)支持和保障；供水調(diào)度系統(tǒng)需具備自動(dòng)采集或收集、傳輸供水工程沿程閘門的水位、流量、閘門開度等數(shù)據(jù)，供水流量實(shí)時(shí)計(jì)算、供水調(diào)度計(jì)劃制作及相關(guān)的分析功能；生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)圍繞水電站 “兩票三制”原則，以水電站和電網(wǎng)核心業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、生產(chǎn)管理的綜合管理；水資源管理系統(tǒng)需具備水量預(yù)報(bào)、水量監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)控、調(diào)度管理、水資源信息服務(wù)等基本功能，實(shí)現(xiàn)水資源能力的實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)各專業(yè)系統(tǒng)的要求，完善通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；根據(jù)調(diào)控系統(tǒng)的接入要求，完善水情自動(dòng)測報(bào)、水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、變電站監(jiān)控、工業(yè)電視、渠道引供水等現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水利電力多項(xiàng)目調(diào)控系統(tǒng)涉及的現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)較多，各種軟硬件設(shè)備及相關(guān)數(shù)據(jù)信息需合理規(guī)劃，根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自下而上劃分為數(shù)據(jù)采集層（現(xiàn)地級自動(dòng)化系統(tǒng)）、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層4層，如圖1所示。

五、系統(tǒng)安全防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)安全防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要依據(jù)《中華人民共和國計(jì)算機(jī)安全保護(hù)條例》以解決系統(tǒng)運(yùn)行安全、保障信息安全以及系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮為原則，具體設(shè)計(jì)中結(jié)合水利水電及電力工程的建設(shè)現(xiàn)狀及電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定，對水利電力多項(xiàng)目調(diào)控系統(tǒng)建設(shè)采用縱向分層、橫向分區(qū)的體系結(jié)構(gòu)，以調(diào)度、監(jiān)視、控制為核心，高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)為主干架構(gòu)，現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，水利水電集控系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)為載體的面向服務(wù)的智能化分布式結(jié)構(gòu)。在此

基礎(chǔ)之上，研究水利電力調(diào)度控制、信息管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、狀態(tài)檢修等水電生產(chǎn)運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化應(yīng)用。系統(tǒng)縱向根據(jù)應(yīng)用不同劃分為多個(gè)應(yīng)用層，橫向根據(jù)應(yīng)用分為不同的安全區(qū)，各安全區(qū)之間按照電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定進(jìn)行信息交互，同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用需要，提供針對省調(diào)、區(qū)域電網(wǎng)以及下游電廠應(yīng)用的信息與服務(wù)。系統(tǒng)安全防護(hù)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

六、系統(tǒng)的實(shí)施

系統(tǒng)的實(shí)施主要考慮避免出現(xiàn)專業(yè)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行、數(shù)據(jù)共享及再利用困難等問題，以易整合、可擴(kuò)展、易維護(hù)為實(shí)現(xiàn)要求，在系統(tǒng)實(shí)施中主要按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一基礎(chǔ)支撐平臺(tái)”三統(tǒng)一的原則，實(shí)現(xiàn)了水利電力自動(dòng)化系統(tǒng)跨項(xiàng)目、跨行業(yè)、跨專業(yè)的數(shù)據(jù)共享、整合利用和資源綜合利用。

在充分考慮生產(chǎn)運(yùn)行管理各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)調(diào)研，確定整改任務(wù)，根據(jù)各個(gè)子系統(tǒng)或功能模塊的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和相互之間的內(nèi)在聯(lián)系，利用網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備提供隔離，通過高速數(shù)據(jù)總線構(gòu)建橫向互聯(lián)的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和縱向直接監(jiān)視與控制現(xiàn)場設(shè)備的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了覆蓋水利、電力生產(chǎn)運(yùn)行管理各個(gè)環(huán)節(jié)；同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，將各項(xiàng)專業(yè)應(yīng)用作為不同的功能模塊，按照先解決生產(chǎn)問題再解決管理問題的原則劃分項(xiàng)目實(shí)施步驟，做到統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施。在功能上安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)解決控制、監(jiān)測等生產(chǎn)問題，Ⅲ區(qū)解決調(diào)度、管理、分析評估等決策問題。

各專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的接口標(biāo)準(zhǔn)采 用 符 合IEC61850、IEC61970、IEC60870網(wǎng)絡(luò)通信國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和共享，針對水情測報(bào)、水庫調(diào)度、安全監(jiān)測、水電站實(shí)時(shí)監(jiān)控、電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、狀態(tài)檢測等專業(yè)領(lǐng)域所需要的設(shè)備、數(shù)據(jù)建立圖、模、庫一體化的標(biāo)準(zhǔn)模型庫，形成穩(wěn)定、唯一的數(shù)據(jù)表示和訪問路徑。各現(xiàn)地級自動(dòng)化系統(tǒng)或智能化設(shè)備以應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的形式加入標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的高速數(shù)據(jù)通信總線，并共享總線中的信息數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線針對重要和特殊的應(yīng)用提供傳輸冗余機(jī)制，各現(xiàn)地系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)各不同專業(yè)數(shù)據(jù)的共享，保證數(shù)據(jù)統(tǒng)一性。

統(tǒng)一基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，包括統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、GPS時(shí)鐘同步、環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、供電電源等系統(tǒng)。將各工程駐地獨(dú)立的局域網(wǎng)改造為SDH光傳輸環(huán)網(wǎng)；將各工程重要通信室作為環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)之一接入統(tǒng)一的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)；對各工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)各站視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸，將所有視頻信號接入統(tǒng)一的視頻監(jiān)控平臺(tái)；GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)對各區(qū)設(shè)備提供對時(shí)服務(wù)，解決中心站各系統(tǒng)與各子站系統(tǒng)的統(tǒng)一對時(shí)問題；各子系統(tǒng)設(shè)備安裝調(diào)試完成后，逐一納入系統(tǒng)電源，根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況測試多項(xiàng)目調(diào)控一體化平臺(tái)總負(fù)荷，確定電源系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)。對重要系統(tǒng)按照雙電源配置，保留老系統(tǒng)單電源供電方式，通過ATS切換裝置實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)單、雙電源供電問題，統(tǒng)一多系統(tǒng)、多項(xiàng)目供電電源。

圖2 系統(tǒng)安全防護(hù)總體結(jié)構(gòu)示意圖

七、結(jié) 語

集水情測報(bào)、水庫調(diào)度、大壩安全監(jiān)測、水電站監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控于一體的水利電力多項(xiàng)目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，為不同專業(yè)信息系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一基礎(chǔ)支撐平臺(tái)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為大型流域統(tǒng)籌多屬性、多類型工程管理，提高運(yùn)行管理的系統(tǒng)性、整體性、協(xié)調(diào)性提供了可借鑒的技術(shù)方法。 ■

［1］田志勇，袁寶招.洛河梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方案研究［J］.中國水利，2011（20）.

［2］劉鵬，程全軍.水電廠集中控制統(tǒng)一調(diào)度優(yōu)勢分析［J］.中國水利，2012（20）.

［3］丁毅，等.以三峽水庫為核心的長江干支流控制性水庫群綜合調(diào)度研究［J］.中國水利，2013（13）.

［4］褚明華，廖鴻志.長江流域控制性水庫聯(lián)合調(diào)度探索與實(shí)踐［J］.中國水利，2015（19）.

責(zé)任編輯 韋鳳年

An integrated control system for multiple hydropower projects:design and implementation//

Wang Yingchun

Integrated control systems for multiple hydropower projects have been widely applied in the field of electric power dispatching automation.Based on case study on control system research and development，design and implementation methods for control systems of multiple hydropower projects are proposed that can integrate water information forecasting and prediction，reservoir regulation，dam safety monitoring，power plant supervision and grid control.This practical experience can be used for integrated planning and standardization of various information and formation of unified control system.

multiple projects；integrated control；design；implementation

TP393

B

1000-1123（2016）10-0053-03

2016-01-21

王迎春，高級工程師。