新一代清江智能對象化水電調(diào)平臺構(gòu)想

黃 帆

（湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌443000）

1 概述

清江梯級智能對象化水電調(diào)平臺是將現(xiàn)有的對梯級電廠設(shè)備控制、監(jiān)視、調(diào)節(jié)的電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)和水庫調(diào)度作業(yè)、洪水預(yù)報與演算、水情預(yù)警、閘門操作等水調(diào)作業(yè)系統(tǒng)進行整合，實現(xiàn)在同一平臺對水、電調(diào)各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一控制、調(diào)節(jié)、作業(yè)、監(jiān)視和預(yù)警，對梯級電廠的調(diào)度運行進行經(jīng)濟優(yōu)化的演算、評價、決策，提供最優(yōu)的運行方式。為解決多業(yè)務(wù)、多控制對象的數(shù)據(jù)組織和人機交互問題，系統(tǒng)從底層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組織到業(yè)務(wù)對象的界面組織均采用了對象化的組織方式。在具備統(tǒng)一平臺之后，隨著值班員的業(yè)務(wù)對象大量增加，為更好的減輕運行監(jiān)視、系統(tǒng)維護人員的勞動強度，減少人員出錯概率，提出了系統(tǒng)智能化目標。清江梯級智能對象化水電調(diào)平臺采用中水科的H9000 V6.0系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在吸收中水科已有系統(tǒng)經(jīng)驗基礎(chǔ)上按清江智能對象化水電調(diào)平臺設(shè)計要求全新設(shè)計開發(fā)的系統(tǒng)，實現(xiàn)了水電調(diào)及其他業(yè)務(wù)的統(tǒng)一平臺，從底層數(shù)據(jù)建模到界面組織均采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，系統(tǒng)采用開放的面向服務(wù)的SOA架構(gòu)。

2 多業(yè)務(wù)一體化平臺

清江梯級智能對象化水電調(diào)平臺在項目啟動之初主要目標是整合水電調(diào)業(yè)務(wù)的支撐平臺，即對清江梯調(diào)中心電力監(jiān)控調(diào)度、水庫調(diào)度、洪水調(diào)度及優(yōu)化決策等應(yīng)用采用統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺，由系統(tǒng)平臺實現(xiàn)統(tǒng)一的人機交互界面、數(shù)據(jù)管理與同步、報警、系統(tǒng)與應(yīng)用管理,采用開放的面向服務(wù)的SOA架構(gòu)，提供規(guī)范的應(yīng)用開發(fā)接口。

統(tǒng)一的人機交互界面，平臺人機交互界面分兩部分來實現(xiàn)，在控制大區(qū)采用C/S方式，在管理信息大區(qū)采用B/S方式。所有應(yīng)用的人機交互均在系統(tǒng)統(tǒng)一界面實現(xiàn)，控制大區(qū)C/S界面支持組態(tài)式接入第三方應(yīng)用，第三方應(yīng)用只需專注于服務(wù)功能的開發(fā)，不需要花費大量精力進行繁瑣的界面開發(fā)。

統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理與同步，平臺提供統(tǒng)一的實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫存取接口，系統(tǒng)可以根據(jù)需要自動同步實時和歷史數(shù)據(jù)到其他安全分區(qū)，在網(wǎng)絡(luò)或歷史數(shù)據(jù)庫故障時自動緩存到本地硬盤。系統(tǒng)可以掛接多個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫可以是關(guān)系庫或非關(guān)系庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲安排由用戶配置管理。

統(tǒng)一的報警處理，平臺提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理和報警總線，系統(tǒng)完成第三方應(yīng)用的報警接入和報警跨安全區(qū)傳輸。系統(tǒng)所有報警均可以在操作員站進行報警，由值班人員統(tǒng)一進行確認和處理。

系統(tǒng)統(tǒng)一事件編號和統(tǒng)一場景，界面顯示信息嚴格保持一致。在界面重啟或網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)后界面顯示的信息與正常運行的界面完全一致，其他應(yīng)用和界面重啟后可及時獲得全部的最新數(shù)據(jù)。

統(tǒng)一的日志管理系統(tǒng)，系統(tǒng)平臺提供給系統(tǒng)軟件和第三方應(yīng)用軟件統(tǒng)一的日志接入服務(wù)，實現(xiàn)日志的本機存儲和遠方查看。

統(tǒng)一應(yīng)用管理，系統(tǒng)應(yīng)用與第三方應(yīng)用納入統(tǒng)一管理，應(yīng)用的啟動、硬件資源分配、診斷均由系統(tǒng)統(tǒng)一配置和管理。

采用開放的面向服務(wù)的SOA架構(gòu)，提供規(guī)范的應(yīng)用開發(fā)接口框架，確保按規(guī)范開發(fā)的第三方應(yīng)用可以即插即用，且可以由系統(tǒng)進行管理。系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)庫接口、界面、日志、對象化配置、服務(wù)管理等接口，確保應(yīng)用服務(wù)只需專注于功能實現(xiàn)，開發(fā)完成后可以在平臺即插即用和納入系統(tǒng)管理，應(yīng)用可以靈活的在任意安全分區(qū)部署。

智能對象化平臺與基于IEC61970標準平臺的區(qū)別；IEC61970標準調(diào)度平臺基于IEC61970標準規(guī)定的公共電力系統(tǒng)信息對象模型和組件接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫與對象映射，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問接口（實時、歷史、事件）；由于水電廠和水庫調(diào)度相關(guān)業(yè)務(wù)復(fù)雜，沒有確定信息模型和組件接口標準，因此清江智能對象化平臺的實現(xiàn)不限于某種具體信息模型，而是支持任意對象化模型，對象化模型采用組態(tài)式管理。系統(tǒng)支持IEC61850、IEC61970等面向?qū)ο蟮哪Ｐ?，提供人機交互、數(shù)據(jù)管理與同步、報警處理、應(yīng)用管理等公共功能的實現(xiàn)，提供第三方應(yīng)用開發(fā)框架（含數(shù)據(jù)存取、服務(wù)調(diào)用、報警接口、應(yīng)用管理等必須功能的實現(xiàn)）。

3 對象化建模

清江梯級智能對象化水電調(diào)平臺充分吸收了IEC61850、IEC61970標準的面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷?，?shù)據(jù)模型、人機交互模型、應(yīng)用模型均采用對象化的思路構(gòu)建。

對象化數(shù)據(jù)模型，實時數(shù)據(jù)庫底層支持對象數(shù)據(jù)存儲，支持動態(tài)追加對象和對象屬性，歷史數(shù)據(jù)支持可定義的多數(shù)據(jù)庫存儲，支持對象數(shù)據(jù)到歷史庫的映射。

對象化人機交互界面，界面采用了對象化的組織方式，每個對象根據(jù)需要展示對象屬性、關(guān)聯(lián)操作、對象報警提示與處理，每個對象可根據(jù)對象狀態(tài)進行多態(tài)切換，在不同的態(tài)切換不同的顯示方式和關(guān)聯(lián)操作。

對象化報警，報警采用對象化驅(qū)動及處理，即報警事件產(chǎn)生后驅(qū)動相應(yīng)對象進行提示，處理時只顯示相應(yīng)對象的報警事件。

系統(tǒng)應(yīng)用對象化模型，所有的系統(tǒng)應(yīng)用均建立對象化模型，含應(yīng)用的實時狀態(tài)、運行管理、配置信息、功能接口信息等，應(yīng)用調(diào)用客戶端可以根據(jù)應(yīng)用對象信息獲取當前可用應(yīng)用，按功能接口信息訪問相關(guān)功能，系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用狀態(tài)實時調(diào)度應(yīng)用、監(jiān)視應(yīng)用運行和分配資源。

系統(tǒng)平臺軟硬件資源對象化，系統(tǒng)平臺軟硬件資源均有相應(yīng)對象模型，系統(tǒng)周期采集軟硬件資源信息，實時更新實時對象數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)所有的配置、關(guān)系均采用對象化配置方式進行管理，可以導(dǎo)入和導(dǎo)出XML格式的對象定義文件。

4 先進的智能化平臺

智能化主要目的是用智能軟件代替人的部分勞動，減少人為出錯和減輕值班人員的勞動強度。清江梯級智能對象化水電調(diào)平臺主要包含智能報警、智能設(shè)備運行監(jiān)視、系統(tǒng)智能診斷、智能維護等功能。

智能報警是清江梯級智能對象化水電調(diào)平臺最主要的公共智能功能，智能報警軟件在設(shè)備報警產(chǎn)生時自動根據(jù)設(shè)置的策略，綜合設(shè)備的狀態(tài)、運行趨勢、需人工干預(yù)的緊急程度和事件后果動態(tài)確定報警級別，報警級別最高為緊急事件，隨后是事故和故障，不需要確認處理的事件為一般事件。

智能設(shè)備運行監(jiān)視，該智能功能主要是對設(shè)備運行過程和運行趨勢進行監(jiān)視，用戶可根據(jù)經(jīng)驗和需要制定設(shè)備智能監(jiān)視策略，代替人員實時對設(shè)備進行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)故障或異常趨勢時及時報警，用于指導(dǎo)機組運行和進行運行診斷。

水庫水情智能運行監(jiān)視是根據(jù)水庫調(diào)度業(yè)務(wù)特點定制的智能服務(wù)，該服務(wù)綜合氣象預(yù)報、水庫入流預(yù)報、發(fā)電計劃等影響水庫安全運行的相關(guān)要素，在相關(guān)要素波動導(dǎo)致影響水庫安全運行時自動報警，具有關(guān)鍵因子敏感性分析（安全裕度）功能和水庫調(diào)度仿真演算功能。

系統(tǒng)智能診斷，所有的硬件（含計算機硬件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）、軟件服務(wù)均建立相應(yīng)的診斷對象模型，診斷數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，由智能診斷軟件進行診斷和分析；智能診斷對應(yīng)用進行智能管理，在應(yīng)用失效、相關(guān)數(shù)據(jù)失效時應(yīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進行標記、預(yù)警與隔離；具備硬件資源（CPU、硬盤、風扇等）監(jiān)視預(yù)警、網(wǎng)絡(luò)資源監(jiān)視預(yù)警功能。

智能維護工具主要完成數(shù)據(jù)庫、圖、通信、配置、高級應(yīng)用等所有應(yīng)用對象的引用關(guān)系管理，在相關(guān)配置發(fā)生變化時根據(jù)引用關(guān)系提示維護人員重新確認應(yīng)用配置。例如，機組有功點變化后需通知引用該對象點的應(yīng)用(AGC、上送電網(wǎng)的通信程序、畫面、水庫調(diào)度等），相關(guān)應(yīng)用均需要重新確認配置。

與電站自動對點，通過擴展IEC60870-5-104規(guī)約備用數(shù)據(jù)類型，構(gòu)建基于IEC60870-5-104規(guī)約自動對點協(xié)議，自動完成電站與集控的自動對點。

5 其他功能介紹

界面支持圖表聯(lián)動和曲線預(yù)警顯示，在查看事件和趨勢曲線時，自動無縫過渡到歷史數(shù)據(jù)。

操作與相關(guān)功能的自管理，系統(tǒng)軟件模塊具備操作管理功能，如AGC服務(wù)對指令分配與執(zhí)行全過程管理，從接收指令進行分配，到下發(fā)到機組和機組執(zhí)行過程進行全過程管理，在執(zhí)行失敗時報警并指定策略采取相應(yīng)措施，生成統(tǒng)計和評價指標，如調(diào)節(jié)時間、速率。

歷史庫支持采用NSQL的MongoDB數(shù)據(jù)庫，其優(yōu)點是數(shù)據(jù)存儲不需要固定的模式，易存儲對象類型的數(shù)據(jù)；高性能，高可用性和可伸縮性，可支持多副本集，確保數(shù)據(jù)可靠，在性能和存儲空間不夠時可以動態(tài)低成本的擴展。

系統(tǒng)安全方面，系統(tǒng)在設(shè)計時，支持多重權(quán)限認證，且系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不直接對用戶開放，用戶通過系統(tǒng)服務(wù)存取數(shù)據(jù)；平臺預(yù)留系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)加密傳輸接口，可保證內(nèi)部數(shù)據(jù)采用加密傳輸，提升系統(tǒng)整體安全水平。

系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采用命名訪問，實時數(shù)據(jù)庫支持動態(tài)加載，系統(tǒng)配置在部分更新、編輯時不影響也不中斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問，實時數(shù)據(jù)庫支持對象動態(tài)擴充。

高速實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持單線程每秒百萬級數(shù)據(jù)點的讀寫，由于采用不加鎖讀寫，多線程時不影響單線程的讀寫速度。

智能手機終端APP軟件，終端軟件支持通過調(diào)用相應(yīng)服務(wù)完成終端功能，通過優(yōu)化界面來重構(gòu)手機應(yīng)用，可推送相關(guān)預(yù)警信息。

6 結(jié)語

現(xiàn)在H9000 V6.0系統(tǒng)已基本開發(fā)完成，該系統(tǒng)投入運行后，會極大地提升清江梯調(diào)水電調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)水平，成為清江電力生產(chǎn)的數(shù)據(jù)平臺、生產(chǎn)監(jiān)控平臺、智能決策平臺。

該系統(tǒng)平臺規(guī)模擴充簡單廉價，其實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)效率極高，性能強大，可用于水電廠、光伏電站和風電等可再生能源電站，特別適合大規(guī)模的可再生能源集中控制中心（如流域集控、光伏集控或多類型資源集控），可隨著接入集控目標增加不斷擴充系統(tǒng)規(guī)模，保護用戶的投資。

該系統(tǒng)平臺具有數(shù)據(jù)管理功能強大、實時與歷史庫性能優(yōu)良且擴展性強、應(yīng)用開發(fā)簡單便捷、支持任意對象化模型等優(yōu)點，除了可用于水電調(diào)等可再生能源調(diào)度控制平臺外，還可以作為其他應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、管理和應(yīng)用支撐平臺，可使開發(fā)人員主要聚焦應(yīng)用系統(tǒng)主業(yè)務(wù)開發(fā)，縮短應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高開發(fā)成功率。