三峽-葛洲壩梯級電站日計劃自動化流轉(zhuǎn)設(shè)計

易子軍，劉 園，趙牧晨

(1.三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心，湖北 宜昌 443002； 2.智慧長江與水電科學(xué)湖北省重點實驗室，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

三峽-葛洲壩梯級電站是目前國內(nèi)已建的裝機規(guī)模最大梯級電站，電力主要輸往華中、華東、華北、西南、南方電網(wǎng)受電區(qū)域，涉及10余省市。三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心(以下簡稱“三峽梯調(diào)”)是三峽-葛洲壩梯級樞紐在防洪、發(fā)電、航運水資源利用等方面綜合運行調(diào)度和協(xié)調(diào)的機構(gòu)，負責(zé)三峽-葛洲壩梯級電站長、中、短期發(fā)電計劃的制作。

水電站日發(fā)電計劃的執(zhí)行是梯級水電站運行管理的重要組成部分[1]。發(fā)電計劃是電網(wǎng)運行方式部門根據(jù)負荷預(yù)測、機組運行參數(shù)等眾多因素編排的各發(fā)電廠有功出力計劃及母線電壓調(diào)節(jié)計劃，并以此實現(xiàn)機組的優(yōu)化組合，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制的有效手段之一[2]。其中，短期發(fā)電計劃主要包括日發(fā)電計劃的編制、審核、申報、批復(fù)下達、執(zhí)行等環(huán)節(jié)。各環(huán)節(jié)之間在調(diào)度自動化系統(tǒng)中的準(zhǔn)確、高效流轉(zhuǎn)將直接影響梯級電站發(fā)電計劃的執(zhí)行，并間接影響電網(wǎng)和水庫的安全穩(wěn)定運行。杜龍等[3]介紹了電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)計劃曲線下發(fā)至直調(diào)電廠的3種模式，其中三峽水電站通過專用通道接收調(diào)度主站下發(fā)的計劃曲線，而葛洲壩的計劃曲線則通過訪問專用網(wǎng)絡(luò)獲取。劉超和翟少軍等介紹了中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心通過IEC104規(guī)約將發(fā)電計劃傳送至電廠監(jiān)控系統(tǒng)[4-5]。這種模式適用于電網(wǎng)的直調(diào)電廠，且電廠自動發(fā)電控制(AGC)功能投入“網(wǎng)控”、“網(wǎng)調(diào)給定”模式。郭潔等[2]和王崢瀛等[6]介紹了目前三峽梯調(diào)調(diào)度管理的金沙江區(qū)域電站接收電網(wǎng)計劃并流轉(zhuǎn)和原三峽梯調(diào)計算機監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)的方法。以上研究均只涉及發(fā)電計劃的接收，未涉及日內(nèi)計劃修改方面的計劃流轉(zhuǎn)，且隨著電網(wǎng)信息化改造和網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展，原方法已不適用于新環(huán)境。

基于新環(huán)境和對新系統(tǒng)的改造，本文介紹了目前三峽-葛洲壩梯級電站日發(fā)電計劃的流轉(zhuǎn)現(xiàn)狀，針對調(diào)度自動化系統(tǒng)中計劃流轉(zhuǎn)存在的問題，分析了新系統(tǒng)中的計劃自動化流轉(zhuǎn)設(shè)計。

1 日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)現(xiàn)狀與問題

日發(fā)電計劃根據(jù)計劃的時間分為日前計劃和日內(nèi)計劃。日前計劃為電站次日要執(zhí)行的發(fā)電計劃，日內(nèi)計劃為電站當(dāng)日正在執(zhí)行的發(fā)電計劃。

三峽-葛洲壩梯級電站由于調(diào)度管轄機構(gòu)不同，因此兩電站日內(nèi)發(fā)電計劃的申報、批復(fù)下達流程也不同。三峽水電站屬國家電力調(diào)度控制中心(以下簡稱“國調(diào)”)直調(diào)廠站，葛洲壩水電站屬華中電力調(diào)控分中心(以下簡稱“網(wǎng)調(diào)”)直調(diào)廠站。三峽水電站的日發(fā)電計劃是向國調(diào)申報、由國調(diào)批復(fù)下達，葛洲壩水電站的日發(fā)電計劃是三峽梯調(diào)申報修改、由網(wǎng)調(diào)批復(fù)下達[6]。

隨著電網(wǎng)不斷發(fā)展壯大，電網(wǎng)對梯級水電調(diào)度的精細化水平要求越來越高[7-8]，對計劃執(zhí)行的準(zhǔn)確性和考核要求也越來越高，但由于水情預(yù)報誤差、水庫和電站運行方式改變、水庫上下游水位控制、突發(fā)應(yīng)急事件等的影響，日發(fā)電計劃需要面臨被要求修改的可能。這部分工作將占用調(diào)度運行人員較多精力和時間。

三峽-葛洲壩梯級電站的日發(fā)電計劃各個環(huán)節(jié)由三峽梯調(diào)不同部門負責(zé)，在工作日期間，編制、審核、申報主要由方式人員負責(zé)，計劃的批復(fù)下達、執(zhí)行則由調(diào)度運行人員負責(zé)。目前各流程之間的銜接主要依靠調(diào)度自動化系統(tǒng)和人工方式實現(xiàn)，各系統(tǒng)之間的連接通暢程度、系統(tǒng)的自動化、智能化程度直接影響計劃流轉(zhuǎn)的效率和準(zhǔn)確。

1.1 三峽水電站日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)過程

三峽水電站按照地理位置分為三峽左岸電廠、三峽右岸電廠、三峽地下電廠(也稱“三峽右三電廠”)，按照電氣連接方式的不同，左岸電廠又可分為左一、左二電廠，右岸電廠分為右一、右二電廠。三峽水電站的日發(fā)電計劃根據(jù)不同的運行方式分為3種：左右岸合母、左岸分母右岸合母、左右岸分母，這增加了發(fā)電計劃的編制、申報等環(huán)節(jié)工作量。同時，由于三峽水電站機組變壓器損耗大，在向電網(wǎng)申報、下達的計劃和電站實際執(zhí)行的計劃間會存在一個差值(以下簡稱“關(guān)口差”)，為計劃的流轉(zhuǎn)增加了困難。

三峽水電站日發(fā)電計劃的流轉(zhuǎn)主要包括以下幾個流程：計劃編制、計劃錄入申報、計劃批復(fù)、編輯批復(fù)的計劃、下達、執(zhí)行，如圖1所示。

圖1 三峽水電站日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)過程Fig.1 Circulation process of Three Gorges Hydropower Statoin′s daily power generation plan

1.2 三峽水電站日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)問題

日前計劃流轉(zhuǎn)和工作日期間的修改計劃的流程包括圖1中的步驟1，3，4，6，7，非工作日期間的修改計劃主要包括步驟2，3，5，7。其中步驟1，2，4，5在制作96點發(fā)電計劃時，采用在Excel的表格中編輯的方式。但是，在Excel表格中編輯的弊端是其表格繁瑣，特別是在三峽水電站運行方式復(fù)雜、調(diào)峰幅度大的情況下，需尤其注意各個分廠出力計劃在過渡點的數(shù)值變化。

在圖1的步驟3中，無論調(diào)度或者方式人員，都需手動在國調(diào)消息郵件客戶端第三方應(yīng)用上錄入三峽水電站各個廠的96點計劃。在錄入過程中還需要其他人進行校核。特別是三峽水電站在汛期分為5個分廠時，錄入的計劃流轉(zhuǎn)點將更多，消耗的時間和精力也更多。在實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)粗略統(tǒng)計，錄入一個分廠的耗時近10 min。在調(diào)度人員緊張、水庫和電站調(diào)度情況復(fù)雜的情況下，給調(diào)度人員帶來極大的心理壓力。而在步驟7中，在三峽水電站修改了日發(fā)電計劃的情況下，調(diào)度人員還需要在監(jiān)控系統(tǒng)第三方插件中手動再次錄入修改后的發(fā)電計劃。

以上步驟均受人為因素影響較大，每一個步驟都需要調(diào)度或方式人員集中精力仔細認真操作。因此，可以依靠自動化系統(tǒng)的幫助，將人從繁瑣、重復(fù)的工作中解放出來。

1.3 葛洲壩水電站日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)過程

葛洲壩水電站分為大江電廠和二江電廠，雖其與三峽水電站相比，裝機容量更小，但因葛洲壩水利樞紐為三峽水利樞紐的航運反調(diào)節(jié)樞紐，兩壩間的調(diào)節(jié)庫容較小、調(diào)節(jié)能力有限，為了保證兩壩間的航運安全和葛洲壩下游水位，葛洲壩的計劃修改較頻繁，因此無形中為其日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)增添了困難。

葛洲壩水電站日計劃的流轉(zhuǎn)過程包括：計劃編制，計劃申報，計劃批復(fù)，計劃錄入、下達、執(zhí)行，如圖2所示。

圖2 葛洲壩日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)過程Fig.2 Circulation process of Gezhouba Hydropower Staion′s daily power generation plan

1.4 葛洲壩水電站日發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)問題

葛洲壩水電站的日前計劃包括步驟1，3，5，6和步驟2，4，6。其中，步驟3需要方式人員使用專用存儲設(shè)備將制作的發(fā)電計劃文件通過網(wǎng)調(diào)廠站管理系統(tǒng)上傳至網(wǎng)調(diào)。使用Excel文件制作發(fā)電計劃，且編制好的文件需要人工再錄入水庫調(diào)度(以下簡稱“水調(diào)”)自動化系統(tǒng)。步驟5需要調(diào)度人員從網(wǎng)頁上抄錄葛洲壩大江電廠、二江電廠的96點發(fā)電計劃。步驟6需要調(diào)度運行人員在三峽電站調(diào)度(以下簡稱“電調(diào)”)監(jiān)控系統(tǒng)的第三方程序中人工錄入發(fā)電計劃。以上兩步需要調(diào)度人員在旁校核，否則容易出現(xiàn)遺漏或者錯誤。

在葛洲壩日計劃修改中占絕大比例的是日內(nèi)發(fā)電計劃修改。由于修改計劃頻次較高，因此沒有將修改后的發(fā)電計劃錄入監(jiān)控系統(tǒng)，這直接影響調(diào)度人員對葛洲壩電廠計劃執(zhí)行情況的掌握，同時不利于監(jiān)控系統(tǒng)的報警設(shè)置。

1.5 各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流通問題

根據(jù)電力安全防護對業(yè)務(wù)安全區(qū)域的劃分，三峽電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)處于安全Ⅰ區(qū)，三峽水調(diào)系統(tǒng)自動化系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求，分為內(nèi)、外網(wǎng)2個部分。內(nèi)網(wǎng)部分主要服務(wù)于調(diào)度運行人員，處于安全Ⅱ區(qū)；外網(wǎng)部分主要服務(wù)于方式人員和其他需要使用水調(diào)系統(tǒng)的人員，處于安全Ⅲ區(qū)。電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)和水調(diào)自動化系統(tǒng)內(nèi)外網(wǎng)之間通過防火墻和橫向隔離裝置實現(xiàn)通訊。發(fā)電計劃在兩系統(tǒng)之間可以實現(xiàn)自動化流轉(zhuǎn)。電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)出于網(wǎng)絡(luò)安全的考慮，將調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)安全Ⅱ區(qū)與三峽梯調(diào)生產(chǎn)區(qū)物理隔離開，二者之間不存在網(wǎng)絡(luò)連接。在不能突破這種網(wǎng)絡(luò)連接壁壘的情況下，無法從調(diào)度機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)直接獲取發(fā)電計劃，如圖3所示。

圖3 各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)Fig.3 Data flow between different systems

2 解決思路與實現(xiàn)

智慧梯調(diào)[9]建設(shè)，是通過以“事件”或“數(shù)據(jù)”為驅(qū)動的控制方法在調(diào)度運行中的實際應(yīng)用，實現(xiàn)水電站調(diào)度運行相關(guān)的人和人、人和物、物和物的全面互聯(lián)、互通和互動，數(shù)據(jù)可以實時傳輸和充分共享，信息可以實時處理和及時反饋。發(fā)電計劃作為水電站運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，連接起相關(guān)各方。

面對上級電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)對發(fā)電計劃電子化申報時效性和準(zhǔn)確性的要求，以及面向未來智能電網(wǎng)關(guān)于數(shù)據(jù)的自動化和智能化要求，在梯調(diào)范圍內(nèi)實現(xiàn)發(fā)電計劃自動化流轉(zhuǎn)愈發(fā)必要。分析目前三峽梯級電站日計劃流轉(zhuǎn)問題發(fā)現(xiàn)，影響計劃流轉(zhuǎn)的主要原因是電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)與三峽梯調(diào)之間的網(wǎng)絡(luò)連接壁壘、三峽梯調(diào)水調(diào)系統(tǒng)和電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸連通以及系統(tǒng)功能的碎片化。

2.1 解決思路

為了便于方式人員和調(diào)度運行人員在梯級電站發(fā)電計劃各個環(huán)節(jié)上的銜接，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)多跑路，人員少跑腿”，需要將各系統(tǒng)之間的壁壘打通。因此，三峽梯級電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)和水調(diào)自動化系統(tǒng)需要針對發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)的方式做優(yōu)化。

(1) 打通電網(wǎng)計劃接收工作站與水調(diào)自動化系統(tǒng)之間的物理隔離。在計劃接收工作站中部署水調(diào)自動化系統(tǒng)，水調(diào)自動化系統(tǒng)能夠?qū)㈦娋W(wǎng)批復(fù)的計劃數(shù)據(jù)以Excel文件的形式導(dǎo)入到水調(diào)系統(tǒng)中，水調(diào)自動化系統(tǒng)解析發(fā)電計劃文件并實現(xiàn)自動流轉(zhuǎn)。

(2) 水調(diào)系統(tǒng)將已獲批準(zhǔn)的計劃流轉(zhuǎn)至電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)與水調(diào)系統(tǒng)的無縫銜接。發(fā)電計劃自動在電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中呈現(xiàn)，并由運行人員下發(fā)至電廠。

(3) 在水調(diào)自動化系統(tǒng)中加入葛洲壩計劃修改的界面，便于調(diào)度人員直觀了解葛洲壩計劃修改前后對比情況。

針對以上流轉(zhuǎn)，改進后的三峽-葛洲壩梯級電站計劃流轉(zhuǎn)過程如圖4～5所示。

圖4 三峽發(fā)電計劃數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)Fig.4 Data flow of Three Gorges power generation plan

圖5 葛洲壩日計劃流轉(zhuǎn)過程Fig.5 Data flow of Gezhouba power generation plan

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

為了解決發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)、特別是發(fā)電計劃修改后的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)問題，把運行人員從人工錄入數(shù)據(jù)的重復(fù)且容易出錯的工作中解放出來，三峽梯調(diào)水調(diào)自動化系統(tǒng)和電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)分別對此部分進行了系統(tǒng)設(shè)計。

以三峽計劃修改為例，如三峽電廠需要修改日內(nèi)的發(fā)電計劃，在一個時段內(nèi)調(diào)增出力，新的解決思路實現(xiàn)步驟如下。

(1) 在水調(diào)自動化系統(tǒng)中錄入新修改的計劃。此部分可由方式人員制作，也可由運行人員完成，在界面中可查看各分廠修改的數(shù)值與總的修改量，同時可通過曲線直觀查看原計劃與修改后的計劃曲線對比，如圖6所示。

(2) 在電網(wǎng)計劃接收工作站中進行計劃申報與接收。此部分實現(xiàn)日內(nèi)發(fā)電計劃電子化申報與批復(fù)，主要由運行人員完成。通過圖6中的“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”，將修改的計劃導(dǎo)出為Excel文件。在電網(wǎng)的計劃電子化申報系統(tǒng)中導(dǎo)入修改的發(fā)電計劃文件。對于電網(wǎng)批復(fù)計劃的接收，可將計劃導(dǎo)出后再導(dǎo)入水調(diào)自動化系統(tǒng)。此部分操作與申報過程類似，僅操作順序不同。

(3) 將電網(wǎng)批復(fù)的新計劃下達至電廠執(zhí)行。在圖6中點擊“下發(fā)執(zhí)行”按鈕，數(shù)據(jù)由水調(diào)自動化系統(tǒng)流轉(zhuǎn)至電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)。運行人員在電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中操作，將計劃下達至電廠執(zhí)行，如圖7所示。

圖7 發(fā)電計劃下達界面Fig.7 Release interface of generation plan

相比以前的發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)過程，新的發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)過程有效減少了人工操作步驟、降低了數(shù)據(jù)出錯概率。目前，新發(fā)電計劃流轉(zhuǎn)的系統(tǒng)運行良好，并大大提高了運行人員出力發(fā)電計劃的效率和準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 語

隨著智慧梯調(diào)的建設(shè)，水電站梯級調(diào)度管理對梯級電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)和水調(diào)自動化系統(tǒng)的自動化水平都提出了更高的要求。無論從提高辦公效率、減少人為干擾因素還是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的方面，都有必要解決發(fā)電計劃的流轉(zhuǎn)問題。本文為解決當(dāng)前計劃流轉(zhuǎn)需要人工干預(yù)過多的痛點，將發(fā)電計劃的申報、審批、下達、執(zhí)行自動化串聯(lián)起來。隨著三峽梯調(diào)“金沙江下游-三峽梯級電站水資源管理決策系統(tǒng)”投入使用，后續(xù)將把發(fā)電計劃的自動化編制加入進來，進一步為運行人員提供決策支持。