流域梯級集控中心運行管理模式探討

曹 海，蔡 鵬，羅 妍

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443133)

大多數(shù)水電站遠離城市中心，多為山區(qū)，工作環(huán)境惡劣，原有傳統(tǒng)的水電站現(xiàn)場監(jiān)視控制管理模式已不適應(yīng)當(dāng)前智能化的管理需求。同時流域水電資源大多采用梯級開發(fā)的方式，即一條全河(或一個河段)的梯級開發(fā)與運營管理由某一個電力企業(yè)負責(zé)[1]，考慮到各梯級電站之間密切的水力聯(lián)系以及防洪、發(fā)電、航運等多方面利益，為更好地推進流域梯級電站聯(lián)合調(diào)度和優(yōu)化運行工作，充分發(fā)揮出流域梯級水電站群協(xié)同優(yōu)化運行的能力，各大集團發(fā)電企業(yè)積極探索適應(yīng)新形勢下的流域水電站運行管理模式，轉(zhuǎn)變水電站傳統(tǒng)的監(jiān)視控制管理模式，通過對流域梯級統(tǒng)一運行調(diào)度，以實現(xiàn)其所屬流域水電站的經(jīng)濟運行。

1 國內(nèi)外流域梯級集控中心運行管理現(xiàn)狀

自20世紀30年代以來，世界上水能資源開發(fā)較快的國家都已實行全流域(或河段)梯級開發(fā)，利用水資源的流域特性，對流域梯級水電站實行聯(lián)合調(diào)度，統(tǒng)一管理，提高水能資源的高效利用，充分發(fā)揮梯級樞紐的綜合利用效益。目前，流域梯級電站聯(lián)合調(diào)度管理模式已為許多國外發(fā)電企業(yè)所接受和推薦，較成熟的有法國電力公司下屬流域的水電開發(fā)、加拿大魁北克水電公司、奧地利多瑙河水電公司、委內(nèi)瑞拉EDELCA公司的流域梯級調(diào)度管理，并已產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會綜合效益。國外這些成功的例子對我國流域水電站運行管理模式變革起到了一定促進作用，尤其在國家實施西部大開發(fā)和電力體制改革的大背景下，國內(nèi)水電流域的開發(fā)如雨后春筍，形成了規(guī)模龐大的梯級電站群，近年來國內(nèi)各流域水電開發(fā)公司在全面考察和系統(tǒng)分析國內(nèi)外梯級樞紐管理的基礎(chǔ)上，不斷探索和實踐，已在內(nèi)部逐步形成統(tǒng)一調(diào)度管理模式，并先后成立了梯級調(diào)度機構(gòu)或流域集控中心(以下簡稱集控中心)，以實現(xiàn)其對所屬水電站進行集中管控，比如三峽梯調(diào)通信中心、烏江集控中心、大渡河集控中心、雅礱江流域集控中心等，這些流域性的梯級調(diào)度機構(gòu)成立后，雖然各自的管理模式不盡相同，但均在優(yōu)化生產(chǎn)、提升管理水平、增加企業(yè)效益等方面起到了積極的作用。

2 流域梯級集控中心運行管理模式

綜觀目前國內(nèi)集控中心管理現(xiàn)狀，在水庫的調(diào)度方面基本都大致相同，在電力調(diào)度方面則存在較大差異，集中體現(xiàn)在對電站設(shè)備監(jiān)視控制職責(zé)或監(jiān)控人員組成上有所區(qū)別。當(dāng)前大多流域梯級集控中心采用的運行管理模式大致可分為傳統(tǒng)集控模式、重點監(jiān)控模式[2]、全電站監(jiān)控模式等三種，而在設(shè)備監(jiān)視控制的人員組成上又有集中監(jiān)控、同臺或合崗監(jiān)控。

2.1 傳統(tǒng)集控管理模式

這也是國內(nèi)梯級調(diào)度機構(gòu)成立之初采用的管理模式，集控中心對外統(tǒng)一接受電網(wǎng)、防總等上級調(diào)度機構(gòu)的調(diào)度指令，對內(nèi)負責(zé)梯級樞紐發(fā)電、防洪、排沙等綜合運用的運行調(diào)度，不直接負責(zé)電站設(shè)備的監(jiān)視與控制。電站負責(zé)具體的電力生產(chǎn)監(jiān)控、運行、操作，集控中心及各電站均24 h值班。如三峽梯調(diào)通信中心在三峽電站的管理上，基本屬于該模式。

在這種模式下，實行流域梯級電站機組和水庫的集中統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度，以水庫與電力調(diào)度為核心，不監(jiān)控電站設(shè)備運行，集中力量側(cè)重協(xié)調(diào)調(diào)度運行管理，根據(jù)來水和電網(wǎng)負荷要求，合理分配梯級電站各機組負荷，可充分利用有限的水力資源多發(fā)電，提高梯級整體效益[3]，對于水庫調(diào)節(jié)性能復(fù)雜、水電站地理優(yōu)越的流域集控中心可采用此模式，其模式實施有以下特點：

1)經(jīng)濟效益顯著提高。充分利用流域梯級水庫的相互調(diào)節(jié)作用，合理控制庫水位，提高機組運用水頭，同時通過庫容的調(diào)節(jié)，有效攔蓄流域小洪水，減少水資源損失，增加梯級電站發(fā)電量。

2)社會效益有效提升。通過流域梯級水電聯(lián)合調(diào)度的協(xié)調(diào)優(yōu)勢，使梯級樞紐運用各方都可以根據(jù)預(yù)報情況，提前采取應(yīng)對措施，最大限度保障梯級樞紐防洪、電網(wǎng)調(diào)峰、航運等方面的效益。

不過由于不直接參與電站設(shè)備監(jiān)視控制，調(diào)度與監(jiān)控分離，集控中心對電站設(shè)備運行情況的信息處理、匯集、分析存在不夠全面，不利于深入開展優(yōu)化調(diào)度工作。同時考慮水電站大多處于比較偏僻地區(qū)，這種模式不能有效優(yōu)化調(diào)管電站人力資源配置，不利于解放現(xiàn)場運行人員，不滿足偏遠水電站無人值班(少人值守)的智能化建設(shè)發(fā)展需要。

2.2 重點監(jiān)控管理模式

集控中心運行管理模式采用“調(diào)度+監(jiān)視+重點控制”原則來設(shè)計。集控中心調(diào)度值班人員負責(zé)梯級電站設(shè)備的調(diào)度、全監(jiān)視、重點設(shè)備遠程控制，集控中心和電站均設(shè)置24 h值班室，從調(diào)度控制管轄上看，集控中心調(diào)度值班人員負責(zé)梯級電站的主要發(fā)電設(shè)備和泄水設(shè)施，包括發(fā)變組及其輔助設(shè)備、開關(guān)站設(shè)備、泄水設(shè)施的操作以及負荷、500 kV電壓調(diào)整，并組織協(xié)調(diào)運行日常管理及事故處理工作。電站運行值班人員負責(zé)廠用電系統(tǒng)及公用輔助系統(tǒng)的調(diào)度管理、集控中心遠方操作時相應(yīng)設(shè)備的現(xiàn)場檢查、集控中心遠程操作受阻時的現(xiàn)地操作、緊急或異常情況下電站設(shè)備的運行監(jiān)視和控制。如三峽成都集控中心在2013年全面對溪洛渡-向家壩梯級電站的“調(diào)控一體化”管理[4]，大唐廣西分公司集控中心重點對受控廠站進行遠程開停機、負荷、電壓調(diào)整、AGC/AVC投退等進行控制[5]。

此模式下，集控中心重點從宏觀上把控梯級電站及水庫的運行方式，可有效減輕調(diào)度值班人員工作量，確保安全高效調(diào)度。電站則集中精力負責(zé)現(xiàn)場設(shè)備巡回檢查、檢修維護、調(diào)試分析等工作，進一步提高電站設(shè)備可靠性，確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運行，通過合理的分工，最大限度地發(fā)揮集控中心及電站的自身技術(shù)和業(yè)務(wù)領(lǐng)域方面優(yōu)勢。對于電站梯級多、水庫性能多樣、梯級水電站作為某一地區(qū)或區(qū)域骨干電源的流域集控中心宜采用此模式。

不過由于集控中心與電站均配置單獨的調(diào)度自動化系統(tǒng)，雙方數(shù)據(jù)庫信息數(shù)量及維護可能存在不同，導(dǎo)致現(xiàn)場設(shè)備異常報警信號在兩地可能會產(chǎn)生差異，造成值班人員對異常報警或故障信號理解的偏差。

2.3 全電站監(jiān)控管理模式

集控中心運行管理模式采用“調(diào)度+監(jiān)視+全控制”原則來設(shè)計。梯級電站所有監(jiān)視職責(zé)和控制操作轉(zhuǎn)移到遠程集控中心執(zhí)行，集控中心值班人員同時肩負調(diào)度與運行監(jiān)視控制職責(zé)，并組織協(xié)調(diào)運行日常管理及事故處理工作。集控中心值班人員直接接受和執(zhí)行上級調(diào)度機構(gòu)的調(diào)度指令，負責(zé)梯級電站機電設(shè)備的控制操作及電氣設(shè)備的遠程應(yīng)急隔離處置。梯級電站則由常規(guī)的現(xiàn)場運行值班管理改變?yōu)椤盁o人值班、少人值守”管理，電站不設(shè)置24小時值班室，只保留少量人員做應(yīng)急值守，負責(zé)集控中心遠控范圍外的現(xiàn)場設(shè)備操作、異常與事故應(yīng)急處理。如華能瀾滄江集控中心在功果橋、漫灣、小灣、糯扎渡等電廠的管理模式以及五凌電力發(fā)電集控中心對五凌電力12座常規(guī)水電站管理模式[6]等，基本屬于該模式。

2.3.1 全電站監(jiān)控管理模式特點分析

集控中心對流域水電站運行管理實施全面監(jiān)控，即“調(diào)控一體化”模式，突破了傳統(tǒng)的電站調(diào)度、監(jiān)控分離運行模式，使電站監(jiān)控、電力與水庫統(tǒng)一調(diào)度有機結(jié)合，實現(xiàn)對所轄流域水電站的集約化、便利化、高效化管理，提升整體生產(chǎn)管理水平，充分發(fā)揮出流域梯級水電站群協(xié)同優(yōu)化運行的能力，提高流域水能資源優(yōu)化利用率，最大化發(fā)揮流域水電經(jīng)濟效益。

這種模式較適用于水庫群復(fù)雜、水庫調(diào)節(jié)性能多樣、電站梯級多的流域集控中心，其主要有以下四點優(yōu)勢：

1)優(yōu)化經(jīng)濟運行。通過電力企業(yè)的調(diào)度、監(jiān)視、控制合一，集控中心掌握了更全面的信息，可根據(jù)流域特性和流域來水情況，實時控制梯級水庫水位，科學(xué)安排梯級電站運行方式，充分利用全流域的水資源，提高水能利用率，同時合理調(diào)整梯級電站出力和科學(xué)運用梯級水庫庫容，減少棄水電量，實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度、水電聯(lián)調(diào)、統(tǒng)籌統(tǒng)調(diào)，以達到發(fā)電效益和經(jīng)濟效益最大化，可充分發(fā)揮流域梯級電站的綜合效益。

2)提高工作效率。對于調(diào)管設(shè)備，正常情況下集控中心不需轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度指令到電站，直接由集控中心在遠程進行操作控制，縮短了調(diào)度令鏈條，減少中間管理環(huán)節(jié)，簡化工作流程，確保設(shè)備操作的及時性，使調(diào)度運行工作效率進一步提高。

3)優(yōu)化人力資源配置。通過梯級聯(lián)合調(diào)度、現(xiàn)場“無人值班”管理，可有效節(jié)約人力、物力資源，降低生產(chǎn)運行管理成本；同時還可以解放現(xiàn)場運行人員，改善工作環(huán)境，達到減人增效的目的。

4)適應(yīng)電力體制改革需要。隨著電力體制改革形勢的逐步明朗，競價上網(wǎng)的逐步實施，調(diào)度、監(jiān)控的有機結(jié)合更有利于流域集控中心從流域整體水能利用率最大化出發(fā)，對梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，應(yīng)對電力實時交易，全面統(tǒng)籌流域梯級電站的經(jīng)濟效益。

2.3.2 全電站監(jiān)控管理模式的幾點思考

全電站監(jiān)控管理模式的實施將大大提升管理水平、優(yōu)化生產(chǎn)、增加企業(yè)效益，然而也應(yīng)看到，這一管理模式的運行還面臨一系列的挑戰(zhàn)。主要包括配套的技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)不達標、調(diào)度運行人員素質(zhì)不達標、電站非停幾率增大風(fēng)險等。

1)配套的技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)不達標。先進的技術(shù)支持系統(tǒng)是有效實現(xiàn)“調(diào)控一體、少人值守”模式的保證，不僅要能滿足集約化和智能化的體系架構(gòu)，還要深度融合流域電站各項業(yè)務(wù)。集控中心遠程監(jiān)控、電站無人值班管理后，對技術(shù)支持系統(tǒng)設(shè)備自動化程度和可靠性的依賴度較高，存在調(diào)度通信及自動化水平不滿足要求，增大安全風(fēng)險。

2)調(diào)度運行人員素質(zhì)達不到要求。集控中心調(diào)度值班人員不僅要負責(zé)調(diào)度管理和優(yōu)化運行工作，同時還承擔(dān)著對梯級電站設(shè)備的實時監(jiān)控任務(wù)，這對其理論知識、專業(yè)技能、實踐經(jīng)驗要求非常高，特別是對現(xiàn)場設(shè)備了解、熟悉、掌握的程度，存在調(diào)度值班人員素質(zhì)達不到要求的風(fēng)險，進一步增大集控中心調(diào)度安全風(fēng)險。

3)電站非停幾率增加，被上級調(diào)度考核風(fēng)險增大[7]。電站實施無人值班后，出現(xiàn)設(shè)備異常需人工干預(yù)處理時，受遠程集控調(diào)度值班人員分析判斷能力及現(xiàn)場值守人員響應(yīng)時間影響，設(shè)備應(yīng)急處理和恢復(fù)時間出現(xiàn)延遲時，有被上級調(diào)度考核的可能。

2.4 同臺或合崗值班下的監(jiān)控管理模式

無論是全電站監(jiān)控還是重點監(jiān)控管理模式，都可能存在因調(diào)度值班人員對現(xiàn)場設(shè)備熟悉程度不夠帶來的安全隱患。為了解決這個問題，流域水電開發(fā)公司通過優(yōu)化遠方監(jiān)控人員配置組成，定期安排部分電站運行人員赴集控中心參與電站設(shè)備設(shè)施的遠方監(jiān)控、操作，與集控中心調(diào)度值班人員同臺或合崗值班，由集控中心統(tǒng)一管理。如三峽成都集控中心自2017年開始在溪洛渡-向家壩梯級電站的“調(diào)控一體化”優(yōu)化管理模式。

通過固定+流動的形式優(yōu)化集控中心人員配置結(jié)構(gòu)，突破單位界限，將集控中心調(diào)度值班人員與電站運行人員合二為一值班，不僅滿足了運行人員城市化辦公需求，減少電站運行人員現(xiàn)場工作時間，提高幸福指數(shù)；而且有效實現(xiàn)調(diào)度值班人員的水電聯(lián)動知識、調(diào)度業(yè)務(wù)技能與運行人員的現(xiàn)場設(shè)備認知有機互補，最大化發(fā)揮資源優(yōu)勢，同時縮短調(diào)度指令鏈條、簡化工作流程，提高日常工作效率，為快速判斷、處理異常情況提供了便利條件，全面提升電站設(shè)備管理水平和應(yīng)急處理能力。

但是集控中心調(diào)度值班人員和電站運行人員融合度存在未知，雙方的職責(zé)如何明確，這需要電力企業(yè)優(yōu)化內(nèi)部管理體制，從生產(chǎn)體系建設(shè)上予以約束和推進。

3 流域梯級集控中心運行管理模式展望

隨著電力體制改革的推行，電力市場規(guī)則、實時競價上網(wǎng)交易的逐步實施，電網(wǎng)對電力的調(diào)度將逐步從微觀管理走向宏觀管理[8]，各發(fā)電企業(yè)的電力調(diào)度管理將更加靈活，水電聯(lián)動效應(yīng)更加突出，在流域電力市場環(huán)境下，水流-電流-現(xiàn)金流的關(guān)系也會更為緊密，這對流域梯級集控中心在流域梯級統(tǒng)一調(diào)度管理中充分發(fā)揮縱向和橫向職能也提出了更高的要求。

面對未來流域梯級電站群級數(shù)多、裝機容量大特點，流域梯級集控中心一方面要在流域梯級調(diào)度上實現(xiàn)水庫與電力統(tǒng)一聯(lián)合調(diào)度，另一方面要在流域梯級電站運行管理上實現(xiàn)全面監(jiān)控，這樣不僅可有效降低流域梯級電站運行維護人員的工作強度，節(jié)約人力資源，逐步實現(xiàn)流域梯級電站的無人值班運行模式達到減人增效目的；而且還可以進行全流域負荷的二次分配，合理調(diào)整各電站的發(fā)電負荷，利用流域梯級各水庫不同的調(diào)節(jié)性能，通過水庫之間的消峰、錯峰、補償調(diào)節(jié)提高流域梯級整體的防洪、發(fā)電、航運能力，提升流域水資源的綜合利用效率，實現(xiàn)流域梯級電站的優(yōu)化經(jīng)濟運行。同時調(diào)度值班人員也可通過調(diào)度與監(jiān)控有機結(jié)合更好應(yīng)對電價實時交易，全面實時掌握梯級電站設(shè)備運行狀態(tài)信息，充分結(jié)合用電側(cè)電力需求，有效根據(jù)電力市場的動態(tài)信息，科學(xué)制定電力實時交易方案，優(yōu)化梯級電站運行方式，提高電能傳輸質(zhì)量，以滿足電力市場對機組和負荷控制的要求，提升流域梯級集控中心在電力市場中的競爭力。

隨著科技的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)和智能控制技術(shù)在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，特別是“五遙”技術(shù)與人工智能的結(jié)合，為實現(xiàn)流域智能集控體系提供可靠的技術(shù)保障。未來流域梯級集控中心要持續(xù)保持在電力行業(yè)中的核心競爭力，流域集約化[9]生產(chǎn)管理勢必將成為其建設(shè)發(fā)展的主要方向。

4 結(jié) 語

隨著梯級流域水電群的集中開發(fā)與利用，在電力市場改革環(huán)境下，如何通過聯(lián)合調(diào)度，提高流域水資源利用率，最大程度發(fā)揮梯級水電站的綜合效益，各流域水電開發(fā)公司需結(jié)合自身實際特點，有效總結(jié)、借鑒國內(nèi)外各流域梯級聯(lián)合調(diào)度實施所取得的經(jīng)驗，不斷去總結(jié)、去探索、去優(yōu)化，避免可能出現(xiàn)的問題，因地制宜去制定實施最優(yōu)的集控中心運行管理模式。