水力發(fā)電自動化系統(tǒng)中存在的問題及對策探析

胡波

摘 要： 水電作為清潔、易于開發(fā)、具有多種效益的資源，在水利、能源、電力事業(yè)中都占有重要地位，因此水力發(fā)電工程必須得到重視。筆者淺要分析了水力發(fā)電自動化系統(tǒng)中存在的問題，并針對這些問題提出了一些可行性建議。

關鍵詞： 水力發(fā)電系統(tǒng)；自動化；問題

水利水電樞紐工程一般是綜合利用的，往往同時承擔著發(fā)電、防洪、航運、灌溉、漁業(yè)等多項任務，是一個復雜的大系統(tǒng)。要完成這樣一個復雜系統(tǒng)，并使系統(tǒng)的綜合效益最優(yōu)，僅靠人工來進行控制，其困難是可想而之，即使是采用一些基于現(xiàn)場的設備的分散控制也很難達到目的，在這樣的一個復雜系統(tǒng)中引入基于數據中心的集散控制勢在必行。因此在水力發(fā)電工程中自動化系統(tǒng)則應該受到相應重視。

一、水力發(fā)電系統(tǒng)中存在的問題

在水力發(fā)電系統(tǒng)中，存在著如下幾個問題。

1.控制、維護、管理三個技術領域發(fā)展極不平衡。

控制領域的自動化與信息化的發(fā)展相對最早，但是現(xiàn)有的管理自動化系統(tǒng)大多只處理財務管理、人事管理、物料管理等，很少涉及技術管理。維護領域的自動化與信息化發(fā)展時間最晚，目前只停留在計劃維修和事后維修階段，也即只處于手工化階段。只是在90年代中期以來，國外才開始研究狀態(tài)維修、預知維修、遠程維修等技術，而在我國，則僅處于開始階段。

2.控制、維護、管理三個技術領域互相分離。

即組織結構上三者屬三個不同的部門，信息互不交流或很少交流，決策互不聯(lián)系。實際上，各個領域的決策均有賴于其他兩個領域的狀況及信息。顯然，三個領域相互分離是不合理的。

3.環(huán)境問題。

做任何事情都必須付出代價，同樣水電工程也是如此，因此一些水力工程導致的環(huán)境問題可以歸納為以下兩個方面：

（1）自然環(huán)境方面，工程興建，對水文條件的改變，對水域床底形態(tài)的沖淤變化，對水質、小氣候、地震、土壤和地下水的影響，對動植物、對水域中細菌藻類、對魚類及其水生物的影響，對景觀和上、中、下游及河口的影響等。

（2）社會環(huán)境方面，工程興建對人口遷移，土地利用，人群的健康和文物古跡的影響以及因防洪、發(fā)電、航運、灌溉、旅游等產生的環(huán)境效益等。

二、解決水力發(fā)電自動化系統(tǒng)問題的一些建議

水力發(fā)電過程自動化的發(fā)展趨勢正沿著為解決上述幾個問題的方向發(fā)展，即一方面將控制、維護、管理三個領域提高到同一個智能化、信息化、自動化的水平；另一方面將三者集成為一個統(tǒng)一的信息系統(tǒng)，即智能控制-維護-管理集成系統(tǒng)。最后還要關注環(huán)境問題使得水力工程系統(tǒng)得到綜合的最優(yōu)利用。

1.集成化

集成化包括以下幾層含義。功能集成即把控制、維護、管理三個功能集成為一個整體。今后，隨著生產技術的發(fā)展，還可能把更多的功能集成起來。

目標集成即把性能、可靠性、效益等子目標集成為統(tǒng)一的目標，使企業(yè)整體最優(yōu)、整體效益最大。

信息集成即把整個企業(yè)的各種信息有機地組成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。自然，在一個信息集成系統(tǒng)中，必須保證信息的統(tǒng)一性、協(xié)同性、互操作性，妥善解決信息的矛盾與沖突。

系統(tǒng)集成即從硬件角度而言，系統(tǒng)能根據本身需要，集各家之所長，采用不同供貨商的產品，自然，這里要解決不同設備的互操作性問題；從軟件角度而言，采用用戶友好的基于圖形的可視化組態(tài)軟件構筑系統(tǒng)，既可用于仿真，亦可用于實時應用軟件。

2.智能化

為使系統(tǒng)達到上述的目標，必須提高整個系統(tǒng)及其各個組成部分的智能度，即要實現(xiàn)檢測智能化、操作智能化、決策智能化。所謂智能化，即整個系統(tǒng)、各個領域（控制、維護、管理）、與生產過程直接相連的檢測裝置、執(zhí)行裝置等，均具有目標分析、狀態(tài)及故障分析、行為及態(tài)勢分析、決策分析的能力。

3.分布化

在一個龐大的集成系統(tǒng)中，部署分布必須合理，包括任務分布化、智能分布化。集成與分布相結合才能使各個部分盡職盡責、保質保量、安全可靠，整個系統(tǒng)分工明確、信息互通、運行有序，從而使整個系統(tǒng)在整體上獲得最優(yōu)的性能（質量）、可靠性（可利用率）和效益（經濟效益和社會效益）。

4.開放性

開放性包括如下幾重含義：一個系統(tǒng)能博采眾長，即選用不同供貨單位且性能/價格比最合理的設備；根據發(fā)展的需要，在硬件上可以增加新的設備或子系統(tǒng)，在軟件上可以增設新的功能，而且后者能與原來的系統(tǒng)構成完整的整體。這樣，就大大提高了系統(tǒng)的可利用率，延長了使用周期或壽命。

5.促進水力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化調度，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

水力發(fā)電自動化系統(tǒng)要結合發(fā)電、防洪、灌溉、航運、漁業(yè)等的優(yōu)化調度，以達到綜合效益最優(yōu)。關鍵是為了使水力發(fā)電自動控制適應水資源的綜合利用。例如可以進行：

（1）魚道設置、大壩對上、下游生物的影響、景觀設計等。

（2）自動化系統(tǒng)設計從基于DDC的現(xiàn)場自動控制發(fā)展到基于數據庫的管理中心集散控制，并結合發(fā)電、防洪、灌溉、航運、漁業(yè)等的優(yōu)化調度，以達到綜合效益最優(yōu)。

因此結合具體水利工程進行探討研究是十分必要的，這樣有利于我國水力發(fā)電自動化系統(tǒng)的設計與建設。更有利于我國水利工程與環(huán)境持續(xù)、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。因此，在系統(tǒng)規(guī)劃設計階段，必須全面了解其對環(huán)境影響的各個方面和影響的大小，以便有針對性的對系統(tǒng)進行設計修改并且對環(huán)境面臨的問題提出防治的措施。

水力發(fā)電站是保證電網供電質量的最佳選擇，發(fā)展前景廣闊。中國的水電建設方興未艾，水電裝機容量已居世界首位，三峽、龍灘、小灣等一大批巨型和大型水力發(fā)電站也在作出巨大貢獻。隨著社會與經濟的發(fā)展，水力發(fā)電作為一種可再生的清潔能源必將日益得到重視和開發(fā)。因其重要性所致，水力發(fā)電過程自動化學科必將進一步獲得發(fā)展。其主要特征將呈現(xiàn)：集水力發(fā)電、控制理論、智能科學、自動化技術、信息科學與技術于一體的跨學科的學科分支。其內容可歸結為：以控制理論、可靠性理論、智能科學為理論基礎；以計算機技術、網絡技術、信息技術為主要手段；以實現(xiàn)水力發(fā)電過程控制、維護、管理綜合自動化，達到優(yōu)質、可靠、高效的目標。因此筆者希望借此文讓廣大電力工作者重視水力發(fā)電自動化系統(tǒng)存在的問題。樹立人與自然協(xié)調發(fā)展的觀念，打好能源攻堅戰(zhàn)，做好國家建設的后盾。

參考文獻

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