基于用電信息采集系統(tǒng)的分布式小水電能源管理平臺(tái)應(yīng)用研究

亢 凱，林泓生，高 琛，王 遲，林 新

（1.國網(wǎng)福建省電力有限公司龍巖供電公司，福建龍巖 364000；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司營銷服務(wù)中心，福建龍巖 364000；3.國網(wǎng)信通億力科技有限責(zé)任公司，福建龍巖 364000）

為了徹底提高福建省水資源的利用率，對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性的改造，以智能化的方式管理水電站，并用電采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)建設(shè)分布式小水電能源管理平臺(tái)，以自動(dòng)化的方式采集數(shù)據(jù)信息，對(duì)信息進(jìn)行深入的分析和研究。一方面以智能化的方式分析和預(yù)算清潔能源發(fā)電，為水電站業(yè)務(wù)效益提供幫助；另一方面進(jìn)一步拓展電力業(yè)務(wù)渠道，全面整合社會(huì)資源，使互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠應(yīng)用于能源服務(wù)中，提高公司盈利能力。

1 應(yīng)用角色和應(yīng)用平臺(tái)

1.1 應(yīng)用角色

結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景和功能，以運(yùn)維人員、業(yè)主和系統(tǒng)管理員作為主要的參與者。

系統(tǒng)管理員：系統(tǒng)管理員所具有的權(quán)利最大，直接決定用戶的使用權(quán)限，并為用戶授予針對(duì)性的權(quán)限。

業(yè)主：擁有水電站所有權(quán)，可以更改水電站檔案信息，審批相關(guān)流程，并對(duì)水電站運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。

運(yùn)維人員：水電站運(yùn)行故障人員負(fù)責(zé)水電站故障處理，并全面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。負(fù)責(zé)日志填報(bào)的用戶。

1.2 應(yīng)用平臺(tái)

1.2.1 平臺(tái)版

平臺(tái)版可以分為內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)與外網(wǎng)平臺(tái)。針對(duì)于內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)版來說，其可以通過信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解析規(guī)約、采集設(shè)備，同時(shí)內(nèi)網(wǎng)主站可以統(tǒng)一分析采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的挖掘。該版本主要管理員進(jìn)行管理，面向所有用戶。

針對(duì)于外網(wǎng)平臺(tái)版來說，其與內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)版在功能方面基本相同，主要以系統(tǒng)管理員、業(yè)主和運(yùn)維人員作為主要的使用者，為開展工作提供便利，使其可以更加方便操作。

1.2.2 移動(dòng)版

用戶通過手機(jī)移動(dòng)端就可以對(duì)水電站工況信息有及時(shí)的了解，并進(jìn)行關(guān)機(jī)、調(diào)節(jié)功率等相關(guān)操作。系統(tǒng)管理員、業(yè)主、運(yùn)維人員均具有操作權(quán)限。

2 分布式小水電能源管理平臺(tái)的具體應(yīng)用

基于用電信息采集系統(tǒng)的分布式小水電能源管理平臺(tái)，可以增加改造小水電的設(shè)備感知規(guī)約，具有更加豐富的功能，并在綜合展示、監(jiān)控管理等方面得到廣泛的應(yīng)用。

2.1 綜合展示

2.1.1 主界面

主界面分為多個(gè)不同的區(qū)，其中電站運(yùn)行信息、異常統(tǒng)計(jì)等是其最為主要的區(qū)，具有不同的功能。

在機(jī)組信息總覽及天氣平臺(tái)展示區(qū)域，相關(guān)人員可以通過該區(qū)域?qū)﹄娬竞蜋C(jī)組數(shù)量有清晰的了解，并確定當(dāng)前的天氣情況。

通過電站運(yùn)行信息，可以通過直觀性的方式了解電站運(yùn)行的詳細(xì)信息，包括控制方式等。

電站GIS 信息可以直觀展示電站的地理位置信息，還可以對(duì)電站的控制模式和功率信息進(jìn)行查詢。如果想要了解電站信息，可以直接點(diǎn)擊該名稱的按鈕，就可以了解到更加詳細(xì)的信息。

針對(duì)于電站在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各類故障，全面匯總。

2.1.2 電站信息界面

電站信息界面分為多個(gè)不同的區(qū)，可以預(yù)測(cè)降雨情況，統(tǒng)計(jì)每天最大負(fù)荷等。

（1）預(yù)測(cè)雨情

通過衛(wèi)星雷達(dá)氣象云圖，監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)某一段時(shí)間內(nèi)的天氣情況有及時(shí)的了解，確定降雨的時(shí)間，為水電站管理和運(yùn)維人員了解天氣和降雨情況提供方便，提前做好降雨準(zhǔn)備，在保證汛期安全的基礎(chǔ)上，使發(fā)電效益可以得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。

（2）終端告警信息

電站各個(gè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況都可以在主頁面上方統(tǒng)一顯示，同時(shí)也可以了解機(jī)組發(fā)電功率。機(jī)組上報(bào)的報(bào)警信息可以在下半部分顯示，點(diǎn)擊即可看到詳細(xì)的信息。

2.2 監(jiān)測(cè)管理

2.2.1 檔案管理

用戶可以對(duì)水電站相關(guān)的信息進(jìn)行查詢和刪除等操作，也可以查詢客戶信息、電站信息、機(jī)組信息。

2.2.2 運(yùn)行監(jiān)測(cè)

通過運(yùn)行監(jiān)測(cè)可以及時(shí)了解水電站的運(yùn)行情況，保證水電站的安全。采集重要設(shè)備運(yùn)行信息，并針對(duì)性的檢測(cè)，監(jiān)視設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)有明確的了解，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的故障，并在不影響設(shè)備運(yùn)行的情況下檢修或更換，使設(shè)備可以在安全、穩(wěn)定的環(huán)境中運(yùn)行。

2.2.3 運(yùn)維管理

系統(tǒng)可以匯總所有采集到的信息，進(jìn)行全面的分析，篩選出有價(jià)值的部分，重點(diǎn)監(jiān)控異常信息。系統(tǒng)在設(shè)備上報(bào)告預(yù)警數(shù)據(jù)后，可以對(duì)設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的展示，為電站運(yùn)維人員作出正確的決策提供準(zhǔn)確的依據(jù)，使電站管理更加優(yōu)化。

電站獲取到集中器發(fā)送的信息后，可以使現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員對(duì)故障狀態(tài)有明確的了解，以遠(yuǎn)程的方式對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；同時(shí)可以在移動(dòng)端獲取告警數(shù)據(jù)。

在第一時(shí)間將異常信息傳輸給設(shè)備維護(hù)人員，使其可以加強(qiáng)巡視力度，并將巡視情況在臺(tái)賬中記錄，對(duì)異常處理結(jié)果進(jìn)行及時(shí)的反饋，避免事故的產(chǎn)生，使設(shè)備安全得到良好的保證，系統(tǒng)可以對(duì)工單派單情況進(jìn)行密切的跟蹤。

2.3 控制管理

以用電信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過下放控制命令，對(duì)集中器的各類水電設(shè)備信息進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使工作效率可以得到進(jìn)一步的提升。在切換智能控制方案時(shí)，針對(duì)實(shí)際的需求，具有多種不同的智能功能。也可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備，使設(shè)備可以及時(shí)關(guān)閉，并控制主閥。機(jī)組功率參數(shù)也可以遠(yuǎn)程設(shè)置。

2.4 能源管理控制策略

2.4.1 數(shù)據(jù)分析

針對(duì)分布式小水電的特性，可以建立針對(duì)性的模式，將自動(dòng)生成與手工調(diào)整相結(jié)合，以智能化的方式完成調(diào)度。分析數(shù)據(jù)報(bào)表是能源管理控制策略的基礎(chǔ)，主要在流域協(xié)同控制和機(jī)組協(xié)同控制兩方面進(jìn)行應(yīng)用。

可定時(shí)生成發(fā)電信息等統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，為業(yè)務(wù)管理人員挖掘數(shù)據(jù)提供支撐。

匯總統(tǒng)計(jì)發(fā)電機(jī)電壓電流數(shù)據(jù)，并分析。

2.4.2 機(jī)組協(xié)同控制

針對(duì)具體的水情，可以充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，合理引入機(jī)組競爭機(jī)制，適時(shí)切換主機(jī)和從機(jī)，從而合理選擇，保證主機(jī)可以始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)；在計(jì)算最佳效能時(shí)，需要對(duì)摩擦力因子等有清晰的了解，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)度不同機(jī)組的功率，以智能化的方式調(diào)度，保證機(jī)組可以在合理的狀態(tài)下運(yùn)行，從而促進(jìn)整體發(fā)電效益的提高。

智能調(diào)度方案具有2種運(yùn)行模式，提供多級(jí)保護(hù)，保證設(shè)備可以在安全的環(huán)境中運(yùn)行；整個(gè)發(fā)電過程不需要依賴任何的工作人員，有效避免發(fā)生故障所引起的風(fēng)險(xiǎn)，以智能化的方式排除設(shè)備故障，并對(duì)機(jī)組開關(guān)機(jī)次數(shù)進(jìn)行合理的控制，避免超過額定功率發(fā)電，全面保證機(jī)組的運(yùn)行安全，為水電站安全運(yùn)行提供保障。

結(jié)合用電信息采集系統(tǒng)，采集現(xiàn)場(chǎng)各類設(shè)備信息，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備規(guī)約適配改造。

為分布式小水電現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備解析提供支持，支持的設(shè)備比較多元，包括水位傳感器和溫度傳感器等。

當(dāng)設(shè)備信息采集完成后，可以統(tǒng)一在數(shù)據(jù)庫中錄入，為系統(tǒng)展示功能提供支撐。

在配置任務(wù)時(shí)可以根據(jù)任務(wù)的時(shí)間和設(shè)備類型進(jìn)行針對(duì)性的配置，定時(shí)采集設(shè)備數(shù)據(jù)，并自動(dòng)匯總，統(tǒng)一上傳。

3 平臺(tái)應(yīng)用價(jià)值

3.1 減少人工成本投入

水電站一般建設(shè)在偏遠(yuǎn)山區(qū)，與城鎮(zhèn)距離較遠(yuǎn)，電站值班人員普遍年齡較大，同時(shí)因?yàn)樗娬驹O(shè)備運(yùn)行和維護(hù)有著非常高的要求，沒有及時(shí)處理故障，會(huì)對(duì)電站管理和安全生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。將水電站全面實(shí)行智能化后，可以充分利用分布式小水電能源管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控水電站，并準(zhǔn)確記錄故障，為相關(guān)人員處理故障提供準(zhǔn)確的依據(jù)，保證故障可以得到快速的處理，避免產(chǎn)生更大范圍的影響。同時(shí)，該平臺(tái)具有一定的便利性，可以遠(yuǎn)程診斷故障，為電站安全生產(chǎn)提供保證。通過該平臺(tái)，可以全自動(dòng)化控制，使值守人員逐漸減少，促進(jìn)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，使人工成本不斷降低。

3.2 保障機(jī)組運(yùn)行安全，延長機(jī)組設(shè)備使用壽命

該平臺(tái)具有多種不同的模式，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合理的選擇，其中“全站集控”和“現(xiàn)地LCU 控”兩種運(yùn)行模式最為常用。另外，工程師通過遠(yuǎn)程診斷功能，可以對(duì)絕大多數(shù)的故障有及時(shí)的了解，明確故障類型，準(zhǔn)確分析故障產(chǎn)生的主要原因；為了讓設(shè)備可以在安全的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，能夠提供多級(jí)保護(hù)；通過智能化的方式排查絕大多數(shù)的設(shè)備問題，為機(jī)組運(yùn)行創(chuàng)造安全的環(huán)境，為水電站安全運(yùn)行提供重要的保障。

4 小水電運(yùn)行數(shù)據(jù)用電信息采集系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）采集工作站在工作的時(shí)候需要將網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器連接起來。服務(wù)器通過連接接口和調(diào)度自動(dòng)化主站前置系統(tǒng)連接起來。服務(wù)器可以把數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)約化處理，然后再通過接口將處理過后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到調(diào)度自動(dòng)化主站前置系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)會(huì)把整個(gè)用電信息采集起來。通過服務(wù)器就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）無線通訊模塊能夠通過GPRS 跟前置的服務(wù)器相連。小水電站對(duì)于功率數(shù)據(jù)的采集以及存儲(chǔ)，主要是通過GPRS技術(shù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共同完成。GPRS 技術(shù)能夠有效地幫助小水電站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳送，可靠性強(qiáng)，成本也較低，而且采樣的時(shí)間要求是可以完全得到保證的。

（3）在系統(tǒng)運(yùn)行的過程當(dāng)中，不需要特別去架設(shè)電力載波通信或者是電力光纜，這樣能夠有效地降低成本，并且也可以及時(shí)完成工作，并且響應(yīng)的時(shí)間是完全符合要求的。除此之外，通過采集站可以對(duì)小水電運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立的采集，并對(duì)其進(jìn)行分時(shí)的采集，有效地提高數(shù)據(jù)的安全性。即便是采集工作站出現(xiàn)了故障，那么也不會(huì)對(duì)小水電的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，不會(huì)影響到數(shù)據(jù)的完整性。

（4）小水電運(yùn)行數(shù)據(jù)的用電信息采集系統(tǒng)能夠有效地記錄小水電站的工作情況以及傳輸電表的數(shù)據(jù)信息和用于信息傳輸?shù)那爸梅?wù)器。

5 結(jié)論

基于用電信息采集系統(tǒng)的分布式小水電能源管理平臺(tái)，具有多種不同的功能，可以在監(jiān)測(cè)、控制等不同方面進(jìn)行應(yīng)用，以自動(dòng)化、智能化的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備，使相關(guān)人員可以隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，并作出正確的決策，保證設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，提高了經(jīng)濟(jì)效益。