伊河建設(shè)水利電力調(diào)度與遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)解決方案探討

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在水電站自動(dòng)化控制中應(yīng)用的可靠性越來越高，從集中式現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制向遠(yuǎn)程自動(dòng)化的飛躍，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)集中控制作為計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的延伸，已不再是一個(gè)技術(shù)問題。國內(nèi)水電領(lǐng)域正在大力推廣并成為大勢(shì)所趨。建立伊河水電調(diào)度遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)，運(yùn)用現(xiàn)代管理方法和理念，建立統(tǒng)一的調(diào)度集中管理機(jī)構(gòu)，可減少人員、提高效率，優(yōu)化流域水電站和水資源。

1 伊河建設(shè)水利電力調(diào)度系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，伊河建管局已建成2座大型水庫、5座水電站和1處引水樞紐，裝機(jī)容量達(dá)到593000kW。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)，將形成8座水庫和21座水電站的水電建設(shè)規(guī)模，水電總裝機(jī)容量控制在2630000kW。經(jīng)過15年的發(fā)展，伊河已成為集水利水電工程建設(shè)和運(yùn)營、電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行、生態(tài)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、供水等業(yè)務(wù)為一體的綜合性單位。已完成的建設(shè)項(xiàng)目和系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行形成信息孤島，因此，各種不同性質(zhì)的水利水電工程都需要強(qiáng)有力的現(xiàn)代化手段。

2 系統(tǒng)建設(shè)的必要性和可行性分析

2.1 發(fā)展戰(zhàn)略的需要

目前，伊河建管局水利水電工程開發(fā)處于建設(shè)管理兩個(gè)階段，科學(xué)協(xié)調(diào)水資源和水利水電工程的類型、階段和性質(zhì)，需要強(qiáng)有力的現(xiàn)代化手段。通過構(gòu)建伊河水電站調(diào)度與遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)，可盡快形成技術(shù)控制優(yōu)勢(shì)，從而提高伊河水電站未來的市場(chǎng)競(jìng)爭力和發(fā)展空間。

2.2 統(tǒng)籌運(yùn)行管理的需要

伊河工程多線，跨行業(yè)、跨領(lǐng)域運(yùn)營時(shí)間長，缺乏統(tǒng)一的調(diào)度、控制和運(yùn)營管理平臺(tái)，主要水利水電工程，梯級(jí)水庫調(diào)度、電力調(diào)度、供水調(diào)度由不同的單位進(jìn)行。建立統(tǒng)一的營運(yùn)平臺(tái)，通過遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的調(diào)整和建設(shè)，實(shí)現(xiàn)所有項(xiàng)目的運(yùn)行信息共享勢(shì)在必行。建成該體系，伊河建管局項(xiàng)目運(yùn)行管理可從分散走向統(tǒng)一、全面科學(xué)，為伊河建管局從兩個(gè)方面塑造形象創(chuàng)造了條件。

2.3 控制運(yùn)行維護(hù)成本的需要

隨著伊河建管局建設(shè)項(xiàng)目的增加，運(yùn)營管理費(fèi)用也在逐年增加。每增加一個(gè)電站，投入運(yùn)行的硬件和軟件至少增加幾千萬元，特別是人力成本的增加將更加明顯。根據(jù)目前電站的運(yùn)行方式，每個(gè)新增電站至少需要18名值班人員，以此計(jì)算4座即將開工的水電站，投入運(yùn)行后，需要現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行值班人員72人。為了降低現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)成本，必須建立統(tǒng)一的遠(yuǎn)程調(diào)度、監(jiān)控和控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)各種水電工程中“無人值班，少人值班”的目標(biāo)。

2.4 提高工程自動(dòng)化水平和安全生產(chǎn)管理水平的需要

目前，伊河建管局沒有相應(yīng)的梯級(jí)水庫調(diào)度和電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)；梯級(jí)水庫調(diào)度的大部分操作都是人工完成的；水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備老化、停機(jī)、軟件升級(jí)等問題已經(jīng)引起大多數(shù)降雨站設(shè)備停機(jī)；水力調(diào)度和電力調(diào)度的協(xié)調(diào)通過電話進(jìn)行；當(dāng)?shù)厮?、水量調(diào)節(jié)以及電廠設(shè)備運(yùn)行信息不能為決策提供及時(shí)依據(jù)；調(diào)水、調(diào)電效率低，工程運(yùn)行的可靠差。必須建立穩(wěn)定、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的水調(diào)節(jié)自動(dòng)化與電廠集中控制相結(jié)合的系統(tǒng)，以提高自動(dòng)化水平和安全生產(chǎn)管理水平，電站和變電站的自動(dòng)化水平和安全生產(chǎn)管理水平，更好地為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的檢查、維護(hù)和運(yùn)行服務(wù)，全面提高調(diào)度系統(tǒng)的管理能力和技術(shù)水平，促進(jìn)調(diào)度管理的規(guī)范化，提高工作效率和應(yīng)急能力。

3 系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃思路

3.1 電站實(shí)時(shí)集中監(jiān)控

根據(jù)伊河建管局當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、電廠規(guī)模和當(dāng)前運(yùn)行模式，各電站以104通信方式接入控制中心CEN實(shí)時(shí)集中監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電站發(fā)電設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)電力系統(tǒng)的調(diào)度要求和各電站的運(yùn)行要求，對(duì)各電站的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。確保各電站機(jī)電設(shè)備安全可靠運(yùn)行；與相關(guān)部門溝通，傳遞相關(guān)信息，并接收各電站調(diào)度的要求。

3.2 電網(wǎng)調(diào)控

伊河電網(wǎng)是一個(gè)獨(dú)立的地方電網(wǎng)，目前采用電話調(diào)度方式。建立一套功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的電網(wǎng)控制自動(dòng)化系統(tǒng)，可使電網(wǎng)調(diào)度員能夠全面、實(shí)時(shí)地監(jiān)控伊河電網(wǎng)，預(yù)測(cè)和分析電力系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢(shì)，預(yù)控電網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，并迅速準(zhǔn)確地處理電網(wǎng)事故。為實(shí)現(xiàn)變電站無人值班運(yùn)行模式，需對(duì)伊河電網(wǎng)變電站進(jìn)行集中監(jiān)控。

3.3 水情測(cè)報(bào)和水庫調(diào)度

伊河水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括28個(gè)降雨站、11個(gè)水文站和3個(gè)壩前水位站。經(jīng)過多年運(yùn)行，該站設(shè)備關(guān)閉，通信通道單一，維護(hù)成本高，中心站設(shè)備負(fù)擔(dān)重，軟件升級(jí)困難?；谝陨锨闆r，需要對(duì)遙測(cè)站、數(shù)據(jù)通信設(shè)施、中心站設(shè)備和采集軟件進(jìn)行整體升級(jí)。另外，為了滿足控制中心整體統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享和傳輸?shù)囊?，系統(tǒng)需要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通信接口將數(shù)據(jù)連接到控制中心的統(tǒng)一高速總線。通過系統(tǒng)的建設(shè)，可以提高系統(tǒng)整體的可靠性、數(shù)據(jù)傳輸速率、設(shè)備的可維護(hù)性、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，為安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)水利調(diào)度的基本業(yè)務(wù)功能，需要對(duì)梯級(jí)水庫、水電站的水庫調(diào)度、發(fā)電、閘門調(diào)度、水雨情等全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，并應(yīng)用查詢、管理、監(jiān)測(cè)、告警等技術(shù)，提高水庫運(yùn)行管理效率，保障水庫、水電站安全。在安全操作方面，降低員工工作強(qiáng)度。在調(diào)水工程決策支持與優(yōu)化調(diào)度方面，除洪水預(yù)報(bào)外，具有中長期預(yù)報(bào)，長期、中期、短期發(fā)電規(guī)劃，實(shí)時(shí)調(diào)度，能源評(píng)價(jià)等決策支持功能。

3.4 防汛決策支持

為了保證樞紐及下游地區(qū)防洪安全，防洪調(diào)度需要及時(shí)獲取大量信息，此外，防洪調(diào)度還涉及各種專業(yè)人員和物資的日常管理和規(guī)劃。目前尚無系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)來支持，從現(xiàn)狀來看，必須以專業(yè)化為前提，以技術(shù)為保證，以數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，以信息為手段，依靠防洪決策支持系統(tǒng)進(jìn)行防洪精細(xì)化管理，減少洪災(zāi)損失，確保下游防洪。

3.5 工程安全信息管理與分析評(píng)估決策支持

目前，伊河建管局轄下的許多工程安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能是數(shù)據(jù)管理和初步分析，其分析、評(píng)價(jià)和決策支持功能相對(duì)比較初級(jí)，難以滿足施工需要。從整體上看，將各個(gè)項(xiàng)目的安全監(jiān)測(cè)信息集成到集中控制系統(tǒng)管理，可全面系統(tǒng)地集成安全監(jiān)測(cè)信息資源，實(shí)現(xiàn)工程安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、監(jiān)測(cè)信息的集中管理、分析評(píng)價(jià)、預(yù)警預(yù)測(cè)和信息發(fā)布等功能，掌握工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況、狀態(tài)和安全狀態(tài)，為項(xiàng)目運(yùn)行調(diào)度和維護(hù)管理提供決策支持。

3.6 主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修決策支持

目前，建管局下屬水電站均配有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)設(shè)備，每個(gè)系統(tǒng)物理上和邏輯上都是獨(dú)立的，建管局集控層面統(tǒng)一的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷及狀態(tài)檢修決策支持技術(shù)平臺(tái)，無法收集各站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的有效信息，無法展開設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及檢修決策支持等工作。擬建的主要設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)，將基于電站現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的信息網(wǎng)絡(luò)，采用統(tǒng)一規(guī)劃的綜合思路，統(tǒng)一設(shè)計(jì)，建立設(shè)備信息集成分析系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)可以消除設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)建設(shè)水平參差不齊、缺乏集中式狀態(tài)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)管理手段、信息孤島嚴(yán)重、統(tǒng)一決策和評(píng)價(jià)方法應(yīng)用不足等問題?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)電站的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析和診斷以及狀態(tài)維護(hù)，提高施工管理局設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的專業(yè)水平，促進(jìn)設(shè)備故障診斷與分析的標(biāo)準(zhǔn)化。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中突破傳統(tǒng)的水利電力調(diào)度控制和生產(chǎn)運(yùn)行管理思路，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)及先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，通過研究電站集控、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，進(jìn)行總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。

4.1 突出重點(diǎn)

系統(tǒng)開發(fā)與建設(shè)堅(jiān)持以需求為導(dǎo)向，緊密圍繞項(xiàng)目調(diào)度和集中控制業(yè)務(wù)，進(jìn)行全面的業(yè)務(wù)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)，同時(shí)滿足項(xiàng)目調(diào)度、遠(yuǎn)程集中控制、運(yùn)營管理、綜合辦公、決策支持需求，突出重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。

4.2 分步實(shí)施

充分考慮生產(chǎn)經(jīng)營管理各環(huán)節(jié)的應(yīng)用需求，根據(jù)各子系統(tǒng)或功能模塊的業(yè)務(wù)特性以及它們之間的內(nèi)在關(guān)系，采用指定的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進(jìn)行隔離，并根據(jù)各子系統(tǒng)或功能模塊的業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行隔離；采用高速數(shù)據(jù)總線構(gòu)成水平互連數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和垂直直接監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。該系統(tǒng)是一個(gè)覆蓋水電生產(chǎn)、運(yùn)行和管理各個(gè)方面的智能系統(tǒng)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，合理劃分項(xiàng)目實(shí)施步驟，使基礎(chǔ)先行，有計(jì)劃地逐步實(shí)施項(xiàng)目建設(shè)。在保證安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，合理劃分層次，構(gòu)建統(tǒng)一的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，著力解決當(dāng)前水電自動(dòng)化、信息化、智能化建設(shè)中存在的主要問題，支持發(fā)展伊河建管局戰(zhàn)略。

4.3 擴(kuò)展開放

在標(biāo)準(zhǔn)體系的支持下，充分考慮了系統(tǒng)的開放性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和項(xiàng)目運(yùn)行后的需求開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)將充分吸收面向服務(wù)(SOA)、分層分布式組件模型、自主計(jì)算和GIS可視化計(jì)算的先進(jìn)理論和成果，對(duì)預(yù)測(cè)、調(diào)度控制、生產(chǎn)運(yùn)行和狀態(tài)維護(hù)等專業(yè)進(jìn)行探索。在技術(shù)發(fā)展方向上，水電自動(dòng)化、信息化、智能化等關(guān)鍵技術(shù)取得突破，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循統(tǒng)一接口、清晰接口的原則?；陂_放通用接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)和人機(jī)接口之間的數(shù)據(jù)交換和功能調(diào)用。降低子系統(tǒng)之間的耦合度，提高應(yīng)用之間的耦合度，降低開發(fā)和工程實(shí)現(xiàn)的難度。在系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施過程中，首先要遵循標(biāo)準(zhǔn)的原則。制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如服務(wù)、消息、數(shù)據(jù)交換和模型管理。在此基礎(chǔ)上，形成區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度控制、專家決策、梯級(jí)電站監(jiān)控、水庫調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)控、圖像監(jiān)控、安全保護(hù)、信息通信等功能規(guī)范。

4.4 安全可靠

在系統(tǒng)開發(fā)過程中，要注意實(shí)用性，特別是人機(jī)界面的相關(guān)部分，從設(shè)計(jì)、測(cè)試和實(shí)現(xiàn)階段來看，我們需要大量的實(shí)際最終用戶參與，從而做到實(shí)用、易用、好用。在保證系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)的前提下，適度提高技術(shù)，使系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)保持先進(jìn)水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要完整的安全方案，以保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。