梯級水電站集控智能一體化關鍵技術的研究與應用

王桂平，張 煦，韓長霖，文正國，張衛(wèi)君，龔傳利，董 靜

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

1 研究背景

我國重要江河水能資源多采用流域梯級的開發(fā)方式，相近河段的梯級電站一般由同一發(fā)電實體運營，梯級電站在水位調(diào)節(jié)、水能利用、水庫容量、防洪供水等方面相互依托，相互影響。為實現(xiàn)對梯級電站群的統(tǒng)一調(diào)控，通過合理安排梯級水電站的運行方式，最大限度發(fā)揮電站群的發(fā)電、防洪、供水、航運等綜合效益，許多發(fā)電公司建設了梯級電站集控中心（調(diào)控中心）。實踐證明，梯級電站統(tǒng)一集控效益顯著。國電投湖南五凌水電集控中心，實現(xiàn)對3個流域13個梯級水電站群的集中控制，電站現(xiàn)場采用 “無人值班”運行模式，各水電站現(xiàn)場僅有少量員工參與運行值守和檢修工作，減少了人員和運維成本，同時利用流域調(diào)度和水電、火電、抽水蓄能的互補特性，顯著提高發(fā)電了效益。三峽集團成都金沙江下游梯級調(diào)度中心電調(diào)自動化系統(tǒng)，對金沙江下游的溪洛渡（18臺700 MW）、向家壩（8臺770 MW）兩巨型電站進行遠方 “調(diào)控一體化”管理，兩座巨型電站的常規(guī)控制、AGC/AVC及優(yōu)化調(diào)度均在成都的調(diào)控中心完成，運行長期穩(wěn)定可靠，充分發(fā)揮了電站群的規(guī)模優(yōu)勢，實現(xiàn)了益差互補，提高了電力輸出的穩(wěn)定性，獲得良好經(jīng)濟效益[1]。

近年來，國家強化對樞紐工程防洪調(diào)洪、供水保障、生態(tài)調(diào)度等綜合效益的要求，同時大力推進智能電網(wǎng)、智慧水利建設，在此背景下，流域電站群優(yōu)化調(diào)度、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、信息共享、智能決策的需求也不斷提升。原有梯級集控中心水調(diào)、電調(diào)等系統(tǒng)獨立運行的方式，已無法完全滿足新要求。為此，三峽梯調(diào)成都調(diào)控中心等工程運行單位，從優(yōu)化管理模式上開展創(chuàng)新實踐，采取 “水電一體”、“調(diào)控一體化”的運行管理模式，并取得一定成效[2]；天津大學等高校，將發(fā)電、泄洪、通航等目標的聯(lián)合協(xié)同實時調(diào)控作為特大水電樞紐安全運行的前沿及重點研究問題，提出應實現(xiàn) “數(shù)據(jù)采集自動化、信息預測精確化、安全預警在線化、調(diào)度決策最優(yōu)化、運行控制一體化”的智能調(diào)控運行目標[3]；國電大渡河公司牽頭編制的 《梯級水電廠智慧調(diào)度技術導則》（T/CEC284—2019），提出智慧調(diào)度系統(tǒng)應具備氣象預報、水文預報、洪水調(diào)度、中長短期發(fā)電調(diào)度、實時發(fā)電調(diào)控等功能。這些研究工作為開展梯級站水電集控智能一體化平臺研究提供了重要支撐，但從現(xiàn)況來看，國內(nèi)外已有應用技術未能從業(yè)務數(shù)據(jù)底層進行對象化建模，在梯級電站多業(yè)務整合、跨安全區(qū)數(shù)據(jù)高效傳輸、多源異構數(shù)據(jù)處理方面存在較多缺陷。

針對這一問題，本文結合三峽梯調(diào)金沙江下游昆明調(diào)控中心、清江梯調(diào)水電調(diào)集控中心系統(tǒng)設計和開發(fā)實踐，開展梯級水電站群智能調(diào)控技術研究，采用一體化平臺技術架構為主要技術路線，重點解決多系統(tǒng)跨安全區(qū)數(shù)據(jù)共享、多業(yè)務一體化運行、海量數(shù)據(jù)通信等問題，為水利水電行業(yè)智慧化發(fā)展提供技術參考。

2 梯級水電站智能集控的技術需求

流域梯級水電站集控中心的業(yè)務目標主要包括：

（1）通過對流域水電站群進行集中運行控制，實現(xiàn)電站側(cè)的 “無人值班、少人值守”，減少或取消現(xiàn)場運行人員，改善運行人員的工作生活環(huán)境；通過人員集中管理，精簡和優(yōu)化調(diào)控運行隊伍，集控中心選拔高水平運行人員負責各站的運行控制，提高安全運行能力；采用一個運行人員管理一個工作臺監(jiān)視控制多個水電站，即 “一人一席多廠”的運行管理方式，進一步精簡隊伍，減少運營成本。

（2）通過共享水文、氣象等信息，協(xié)調(diào)上下游水庫調(diào)度過程，實現(xiàn)梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)控，提高流域電站群發(fā)電量和發(fā)電效益，達到流域水能資源優(yōu)化利用、水資源綜合高效利用。同時，也可根據(jù)防洪、生態(tài)、通航等目標，集中統(tǒng)一調(diào)控上下游電站，更好發(fā)揮綜合效益[4]。

（3）通過對全流域電站群生產(chǎn)與管理數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯聚，構建流域大數(shù)據(jù)中心，打通不同業(yè)務子系統(tǒng)之間、不同電站之間的數(shù)據(jù)壁壘，簡化數(shù)據(jù)交互與數(shù)據(jù)維護的復雜度，提高其可靠性，為深度利用數(shù)據(jù)提供基礎保障。

（4）通過對流域水電站群生產(chǎn)與管理信息的共享、生產(chǎn)要素的統(tǒng)籌調(diào)度、專家智力資源的匯聚等，全面改進過去不同電站、不同專業(yè)間低效協(xié)調(diào)的問題。構建智能應用一體化運行模式，形成調(diào)度運行中心、遠程診斷中心及防洪、生態(tài)、售電等業(yè)務的決策支持中心。

受限于原有設計思路和技術能力，傳統(tǒng)流域梯級電站集控中心各業(yè)務缺少統(tǒng)一的基礎技術平臺，信息共享、功能協(xié)同難度大，多目標調(diào)控、決策支持等目標實現(xiàn)質(zhì)量不高。近年來，有關研究單位聚焦一體化業(yè)務平臺開展了大量研究，形成了以北京中水科水電科技開發(fā)有限公司iP9000智能一體化平臺為代表的一批重要成果，成功應用于新一代集控中心建設項目。

3 梯級水電站集控智能一體化解決方案

3.1 梯級水電站集控智能一體化平臺總體架構針對梯級水電調(diào)多專業(yè)、多業(yè)務協(xié)同需要，為實現(xiàn)各專業(yè)應用間數(shù)據(jù)、服務和功能的快速調(diào)用，集控中心智能一體化平臺采用了面向服務（SOA）架構，并按分層分布的原則進行設計（如圖1）。環(huán)境層、數(shù)據(jù)層、服務層、應用基礎層和應用層采用松散耦合的服務封裝，不同層次之間通過簡單、精確定義的服務接口進行交互。

圖1 梯級水電站集控智能一體化平臺總體架構

基于該架構，一體化平臺提供系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、消息管理、事件管理等公共服務，以分布式消息總線實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的高效傳輸，以分布式服務總線實現(xiàn)應用之間在消息、事件和功能調(diào)用上的動態(tài)互連互通[5]，具有良好的開放性和擴展性。水電調(diào)各業(yè)務應用在平臺上以獨立的分布式服務組件模式呈現(xiàn)，通過一體化平臺的服務定位獲得所需服務。

根據(jù)梯級水電站集控業(yè)務特定要求，規(guī)范和完善平臺各層的功能、技術設計。

（1）環(huán)境層：由相互獨立的分布于不同安全分區(qū)的計算機基礎平臺及操作系統(tǒng)軟件組成。其中，由于電力調(diào)度通信對實時性、可靠性要求很高，安全Ⅰ區(qū)采用冗余熱備通信服務器集群；安全Ⅲ區(qū)匯集各業(yè)務系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，寫庫負載重、數(shù)據(jù)量大，采用數(shù)據(jù)存儲集群。按照電力生產(chǎn)網(wǎng)絡安全要求，環(huán)境層全面支持國產(chǎn)化服務器、國產(chǎn)操作系統(tǒng)和國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)層：實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的匯集，并按業(yè)務特征構建對象化數(shù)據(jù)模型。針對水電梯級集控業(yè)務，對梯級水電站設備、大壩、閘門等工程實體，以及梯級水庫、河段水雨情等河流實體建立對象化模型。模型描述了管理對象的特性、功能、邏輯和從屬關系等，支持電力標準（如IEC61850）、電站標識系統(tǒng)（如KKS）、水文調(diào)度等數(shù)據(jù)模型，為集控一體化應用提供基礎支撐。針對水電工程噪聲分析、視頻分析等應用需求，支持非結構數(shù)據(jù)，將視頻、音頻監(jiān)測數(shù)據(jù)作為對象化模型的屬性。

（3）服務層：實現(xiàn)文件、畫面、數(shù)據(jù)、日志等基礎服務，以及3D模型、地圖等水電調(diào)專用服務，提供服務的查詢、定位、訪問代理。數(shù)據(jù)傳輸采用分布式消息總線和服務總線，實現(xiàn)異構環(huán)境下的消息傳遞、事件回調(diào)、進程控制、文件訪問等。

（4）應用基礎層：提供通信配置、數(shù)據(jù)管理、模型維護、人機界面集成、指令和計算定義等功能。其中，人機界面集成工具采用對象化圖元，與數(shù)據(jù)模型相互對應，可反復組合調(diào)用，便于電站同構單元操作界面的實現(xiàn)；針對水電調(diào)多業(yè)務界面一體化需要，提供網(wǎng)頁容器控件，便于成熟的第三方應用界面直接調(diào)用。

（5）應用層：梯級調(diào)控中心各業(yè)務一體化應用，包含電站遠程集中控制、水情測報與水庫調(diào)度、流域梯級電站經(jīng)濟調(diào)度、故障診斷、工程安全監(jiān)測等應用。支持移動終端、數(shù)據(jù)大屏、3D虛擬現(xiàn)實等人機交互與信息發(fā)布[6]。

3.2 梯級水電站集控智能一體化方案總體設計采用以一體化平臺為基礎構建梯級水電集控系統(tǒng)，將原來分散部署、獨立運行的電站遠程監(jiān)控、水庫調(diào)度、大壩監(jiān)測、電能計量、防汛指揮等不同業(yè)務系統(tǒng)整合到統(tǒng)一的一體化平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集、服務共享、功能互通。對各業(yè)務數(shù)據(jù)，平臺從數(shù)據(jù)底層構建水利水電工程數(shù)據(jù)模型，支持大規(guī)模復雜對象管理與調(diào)度控制，便于各業(yè)務應用軟件的標準化、平臺化。

針對梯級水電站群集控中心應用需求和電網(wǎng)安全防護要求，采用跨網(wǎng)絡安全分區(qū)部署的方案（如圖2），即電力系統(tǒng)安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ/Ⅳ區(qū)統(tǒng)一部署一體化平臺基礎組件，分別與梯級電站各安全區(qū)應用系統(tǒng)（或設備）進行通信，實現(xiàn)采集或控制功能，分區(qū)域部署不同的業(yè)務應用[7]。其中，安全Ⅰ區(qū)部署完整的梯級水電站計算機集控系統(tǒng)，具備電站通信、操作控制、歷史數(shù)據(jù)存儲等功能，并接收電網(wǎng)調(diào)度指令，對各梯級電站進行統(tǒng)一的自動優(yōu)化調(diào)控；安全Ⅱ區(qū)部署梯級集控中心非實時生產(chǎn)系統(tǒng)，包括水情水調(diào)系統(tǒng)、電能量系統(tǒng)、保護信息主站、在線監(jiān)測系統(tǒng)、故障錄播系統(tǒng)等，各系統(tǒng)采集梯級電站相應系統(tǒng)或設備數(shù)據(jù)，水調(diào)系統(tǒng)向電站下達調(diào)度方案；Ⅲ/Ⅳ區(qū)部署各生產(chǎn)管理系統(tǒng)，匯聚Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采集梯級電站安防、工業(yè)電視、大壩監(jiān)測、巡檢、機器人等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯集的基礎上，構建診斷分析、決策智慧、大屏綜展、生產(chǎn)信息發(fā)布等基于大數(shù)據(jù)分析的綜合業(yè)務系統(tǒng)。

圖2 梯級水電站集控智能一體化部署方案

各安全分區(qū)內(nèi)，根據(jù)部署的業(yè)務應用對計算、存儲、人機界面和遠程通信的需求，部署相應的服務器和工作站。一體化平臺統(tǒng)一為梯級水電集控各業(yè)務系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)同步、消息傳送、指令交換功能，支持跨安全區(qū)傳輸交換，并提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡安全防護。防火墻、隔離裝置等網(wǎng)絡安全設備對各業(yè)務應用來說是透明的。

3.3 梯級水電站集控智能一體化高級應用軟件一體化平臺提供的通用服務、通信接口、數(shù)據(jù)庫工具、人機界面工具、計算分析工具等共性基礎功能，可快速搭建各類高級智能應用并實現(xiàn)交互，原則上各應用只需開發(fā)業(yè)務邏輯部分。面向梯調(diào)業(yè)務多目標調(diào)控和決策需求，主要開發(fā)以下業(yè)務服務和智能應用：

（1）水調(diào)智能應用。采用面向?qū)ο蟮姆椒ń⑺{(diào)數(shù)據(jù)模型，形成遙測采集、報汛數(shù)據(jù)采集、報汛數(shù)據(jù)上傳、網(wǎng)調(diào)數(shù)據(jù)上傳、雨量等值面計算、防洪調(diào)度、發(fā)電調(diào)度等水調(diào)業(yè)務服務，實現(xiàn)與電調(diào)、氣象數(shù)據(jù)的實時交互，形成梯級水庫優(yōu)化調(diào)度方案。

（2）經(jīng)濟調(diào)度控制（EDC）。建立非實時優(yōu)化策略模塊和實時優(yōu)化分配模塊。非實時優(yōu)化策略模塊完成耗水計算、水位過程計算、機組性能分析，形成負荷優(yōu)化分配方案。實時模塊以此為基礎，跟蹤電網(wǎng)設定值，計算流域電站各運行機組經(jīng)濟運行負荷。

（3）自動發(fā)電控制（AGC）。建立自動發(fā)電控制對象化模型，根據(jù)電網(wǎng)給定的總負荷曲線和各電站運行工況，將梯級總有功給定值分配至流域各電站或直接分配至發(fā)電機組。

（4）其他相關智能應用?；谄脚_數(shù)據(jù)服務，形成流域機組狀態(tài)監(jiān)測與健康評估系統(tǒng)、大壩狀態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)、電站群運行智能分析報告、流域?qū)崟r水情工情發(fā)布系統(tǒng)、流域綜合決策指揮（展示）系統(tǒng)、梯調(diào)信息發(fā)布APP等。

3.4 與現(xiàn)有技術方案的比較傳統(tǒng)梯調(diào)集控方案下，水調(diào)、電調(diào)各系統(tǒng)獨立運行，業(yè)務融合困難。部分國內(nèi)廠商的界面一體化方案，多采用共享數(shù)據(jù)庫或通信方式，各應用之間未從數(shù)據(jù)底層構建連接關系，每增加一個應用均需與已有應用系統(tǒng)各自建立新的數(shù)據(jù)交互方案，擴展性差。一體化平臺采用了全新實現(xiàn)方法，即從底層數(shù)據(jù)庫構建對象化模型，建立數(shù)據(jù)模型間的組織聯(lián)系和邏輯關系，以對象化作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)與功能組織的紐帶，應用圖元與數(shù)據(jù)模型相互對應，實現(xiàn)了的從數(shù)據(jù)到應用的全對象化建模，統(tǒng)一了從實時數(shù)據(jù)到高級應用、決策支持的建模標準。應用之間實現(xiàn)互動或增加業(yè)務應用時，無需重新描述和構建復雜數(shù)據(jù)邏輯關系，從本質(zhì)上實現(xiàn)了水電調(diào)各業(yè)務的一體化融合，克服了傳統(tǒng)方案的不足。

而國外具有對象化特征的主流工業(yè)數(shù)據(jù)平臺，如GE的Predix、Siemens的MindSphere等，則主要側(cè)重設備情報管理、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析等功能。iP9000兼具上述功能，并融合了實時控制、綜合展示、非工業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)（如水雨情數(shù)據(jù)）分析等功能，在多業(yè)務復雜交互、跨安全區(qū)系統(tǒng)聯(lián)動等方面有較大改進，功能覆蓋范圍更廣，更符合水電集控實際應用需求。

4 梯級水電站集控智能一體化關鍵技術

面向梯級水電集控多業(yè)務、跨區(qū)部署、信息融合、業(yè)務一體化、提高報警有效性、優(yōu)化調(diào)控運行、提高可靠性等需求出發(fā)，重點開展了以下關鍵技術研究：

4.1 多源異構海量數(shù)據(jù)處理技術梯級集控一體化平臺需要接入多電站各類業(yè)務系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，多源、異構、海量的特征顯著，要求平臺能高效、實時、可靠地進行數(shù)據(jù)存儲、分發(fā)和應用處理。平臺采用以下解決方案：

（1）針對大型水電控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫高速訪問的性能要求，平臺采用全冗余實時數(shù)據(jù)庫技術，即每個節(jié)點均擁有完整的實時數(shù)據(jù)庫，快速為本地提供各類應用計算需要的全部數(shù)據(jù)，實現(xiàn)本地服務，分布高速計算。同時，采用了雙總線技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，保證各節(jié)點數(shù)據(jù)的一致性。

（2）針對集控繁雜的應用需求，平臺支持同時部署和使用多個不同類型的歷史數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各種應用的結構化、非結構化、半結構化數(shù)據(jù)存儲。一體化平臺采用透明化訪問技術，即由平臺向各應用提供統(tǒng)一抽象的數(shù)據(jù)庫訪問接口，屏蔽不同數(shù)據(jù)庫之間的差異。對于保存時間較長及數(shù)據(jù)量較大的歷史事項表，通過建立表空間和索引表，對數(shù)據(jù)進行分區(qū)，提高了查詢和存儲效率。此外，歷史數(shù)據(jù)庫基于分布式集群技術，可動態(tài)擴充數(shù)據(jù)存儲能力和訪問性能。

4.2 對象化智能報警技術梯級水電集控集中了電站群各系統(tǒng)產(chǎn)生的大量報警信號，其中包含許多無效報警，給運行管理帶來壓力和困擾。針對該問題，平臺改進傳統(tǒng)集控系統(tǒng)單一的源信號報警方式，采取了多種技術方案對原始報警信號進行預處理，減少誤報和無效報警，將最有價值的信息及數(shù)據(jù)分析結果提供給用戶。主要技術包括：

（1）報警信號智能分級策略。開發(fā)了智能分級處理機制和組態(tài)工具，用戶可根據(jù)需要編制對象智能報警策略，報警事件可按集控人工干預、電站現(xiàn)場核查的緊急程度進行分類分級[8]，同一報警事項根據(jù)現(xiàn)場設備運行工況不同可呈現(xiàn)不同分級。

（2）對象化關聯(lián)報警策略。基于設備對象樹中對象間、指標間的關聯(lián)關系，對重要報警信號，平臺可預設關聯(lián)信號、畫面及應急處理文檔。重要報警信號出現(xiàn)在報警窗體時，通過一鍵操作定位關聯(lián)信號狀態(tài)及對象畫面，便于快速分析解決問題。

（3）基于特征參數(shù)分析的報警信息壓縮技術。監(jiān)控系統(tǒng)建立報警發(fā)生頻率計算處理模型，提取實時報警信息發(fā)生的頻率特征參數(shù)。當頻率特征參數(shù)超過閾值時，報警窗口執(zhí)行壓縮策略，報警窗口內(nèi)只報送單條壓縮后的報警信息，操作員處理報警事項時，可人工解除或展開壓縮后的報警信息；當報警發(fā)生頻率降低至閾值以下時，自動恢復為常規(guī)報警。通過該技術避免報警信號抖動、次要重復報警對重要報警的湮沒。

（4）建立平臺級報警分類系統(tǒng)。面向水電調(diào)各類不同應用，統(tǒng)一構建平臺級報警分類系統(tǒng)，用于對平臺上新產(chǎn)生報警信號進行分類和管理，并分發(fā)至Oncall、巡檢、智能決策、設備聯(lián)動、移動APP等智能應用，智能應用可以圖元閃爍、畫面推送、語音、短消息提示等不同方式提醒運行人員或相關責任人注意。平臺提供報警定義、報警匯總、報警日志等功能。智能報警處理的邏輯流程如圖3所示：

圖3 智能報警處理邏輯流程

4.3 高可靠的數(shù)據(jù)通信與同步技術梯級水電集控中心承擔流域電站群的遠程調(diào)度控制，事關電網(wǎng)和流域安全，對實時數(shù)據(jù)通信的可靠性要求極高。同時，實現(xiàn)集控多業(yè)務一體化功能，也要求分布于多個安全區(qū)的各業(yè)務應用之間可靠交互數(shù)據(jù)和指令。主要解決方案包括：

（1）基于一體化平臺的服務集群調(diào)度技術，由多臺服務器構建通信集群，將各通信對象可定義為單獨的服務模塊，每個通信服務單獨預設主機切換隊列，互不影響。當通信服務所在主機發(fā)生故障時，可按預先設置的主機隊列切換策略進行故障切換處理，避免了傳統(tǒng)雙主機熱備方案可能產(chǎn)生的雙主、無主等問題，大幅提高了對電站通信的容錯性、可靠性。

（2）針對于電站側(cè)不同廠家開發(fā)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，設計了基于IEC104擴展協(xié)議的104點對象的屬性交互核對協(xié)議，開發(fā)了自動對點功能，可在系統(tǒng)正常運行時進行電站與清江梯調(diào)自動進行點核對，并生成核對報表。針對電站側(cè)同樣采用iP9000的水電站，采用了單邊點表的方式同步集控和電站的測點定義。通過上述方法，避免了人工匹配數(shù)據(jù)造成的結構差異、定義錯誤、數(shù)據(jù)錯位等問題，同時大大提高了效率。

（3）針對多種應用系統(tǒng)跨安全區(qū)使用數(shù)據(jù)（一般為Ⅲ區(qū)使用Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)）的需求，一體化平臺提供了跨隔離的信息自動同步機制，支持各安全分區(qū)之間數(shù)據(jù)的平臺級透明傳輸，簡化不同應用跨區(qū)交互實現(xiàn)。限于隔離裝置傳輸速率和單向連接的特性，數(shù)據(jù)由Ⅰ/Ⅱ區(qū)跨隔離裝置向Ⅲ區(qū)同步時易出現(xiàn)故障中斷問題，平臺采用多策略故障恢復技術（如圖4）：根據(jù)中斷時間是否超過預設閾值判定是否為長中斷，如不是長中斷，故障恢復時直接重發(fā)緩存數(shù)據(jù)；如是長中斷，記錄中斷斷面，故障恢復時優(yōu)先恢復實時數(shù)據(jù)，并將斷面至恢復點之間的數(shù)據(jù)、操作記錄、日志等壓入緩存，逐步向Ⅲ區(qū)同步，避免長期中斷撐爆緩存的情況。

圖4 跨隔離數(shù)據(jù)同步故障恢復策略

4.4 多業(yè)務一體化人機交互技術傳統(tǒng)水電集控電調(diào)系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件主要提供設備狀態(tài)指示、運行參數(shù)展示、報警信息顯示、控制指令下達等圖元，功能相對簡單，優(yōu)勢在于能夠通過圖形組態(tài)快速構建人機交互界面，但無法滿足水電集控多業(yè)務應用對復雜交互、數(shù)據(jù)分析、地圖展示等功能的需要。一體化平臺采用面向?qū)ο蟮男畔⒔M織和展示方式，實現(xiàn)圖元與設備數(shù)據(jù)模型一一對應，圖元、數(shù)據(jù)庫、報警信息可相互檢索；開發(fā)了按鈕、選擇框、展示框、表格、曲線等基礎功能圖元，通過拖拽和參數(shù)配置即可建立圖元之間、圖元與平臺之間的交互邏輯和數(shù)據(jù)關聯(lián)，實現(xiàn)復雜的業(yè)務交互功能；開發(fā)了WEB窗體組件和三維圖像組件，并可通過窗體與按鈕、輸入框等圖元的匹配，實現(xiàn)對窗體中WEB頁面的切換和數(shù)據(jù)輸入。利用上述功能，既可快速開發(fā)交互復雜的業(yè)務應用，也可在平臺界面上快速集成復雜的第三方業(yè)務應用系統(tǒng)，滿足水電調(diào)應用需求。

4.5 梯級水電站智能優(yōu)化運行技術梯級水電站優(yōu)化運行受上級防汛調(diào)度方案、電力調(diào)度方案、水電工程設施運行狀態(tài)等諸多因素影響，傳統(tǒng)模式下，這些缺乏關聯(lián)且分布于不同系統(tǒng)信息難以整合，優(yōu)化運行方案多數(shù)停留在基于歷史數(shù)據(jù)分析和模型探索，實用性較差。一體化平臺融合各類數(shù)據(jù)，為水庫中長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型提供數(shù)據(jù)基臺，并提供計算分析交互界面和機器學習算法配置工具，通過對歷史調(diào)度樣本的學習，并通過多業(yè)務實時數(shù)據(jù)的驗算校核，實現(xiàn)了調(diào)度決策方案的優(yōu)化。

同時，建立了分級對象化的自動發(fā)電控制（AGC）模型，根據(jù)震動特性，將機組的運行全區(qū)間離散為最優(yōu)、次優(yōu)、較差、禁止長時運行等多級運行分區(qū)。AGC工作時，根據(jù)機組當前運行區(qū)間，優(yōu)先選擇最近的最優(yōu)安全運行區(qū)進行等微增分配，不能分配時則選擇次優(yōu)，逐級分配。實際投運后，流域機組運行工況得到了較大的改善。

5 梯級水電站集控智能一體化關鍵技術推廣應用案例

2018年，首個采用iP9000一體化平臺的清江梯級水電站智能對象化水電調(diào)系統(tǒng)投運。該系統(tǒng)將下轄的3個大型梯級水電站的電調(diào)相關應用系統(tǒng)和水調(diào)相關應用系統(tǒng)進行平臺化整合，形成發(fā)電設備控制運維、閘門操作、電力生產(chǎn)調(diào)控、水庫調(diào)度作業(yè)、洪水演算預報、水情預警等業(yè)務的一體化，統(tǒng)一監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、維護、分析和預警。一體化平臺部署了防洪調(diào)度、發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟運行評價、會商決策支持等高級應用模塊，并使各業(yè)務的報表、運行報告、信息發(fā)布由統(tǒng)一的功能模塊實現(xiàn)。3年來，系統(tǒng)運行效益顯著。

增強了系統(tǒng)安全性。通過對象化智能報警技術的應用，無效報警大幅減少，減輕運行人員勞動強度同時提高了設備異常信息技術處理效率，提高了安全運行水平。

降低了運維成本。通過自動對點功能應用，新電站（或改造電站）數(shù)據(jù)接入梯級集控的調(diào)試時間從以前的一周縮減到3～5小時，時間縮短90%以上同時，完全杜絕了人工對點可能產(chǎn)生錯誤。通過多業(yè)務一體化人機交互技術的應用，實現(xiàn)了智能運維功能，使所有應用系統(tǒng)及其軟硬件環(huán)境的監(jiān)視和運維通過一個界面完成，電調(diào)、水調(diào)報表及運行分析報告功能集成統(tǒng)一，大大降低軟硬件維護工作量，減少了運維人員配置，較傳統(tǒng)集控每年降低運維成本近百萬元。

提高了經(jīng)濟效益。通過應用梯級水電站智能優(yōu)化運行技術，超前擬算流域段水庫水位控制目標，科學分配梯級電站發(fā)電量，減少了棄水，提高了機組運行效率。通過梯級電站AGC的投運，減少了電站小出力運行時間，改善了運行工況，有利于機組長久穩(wěn)定運行。通過一體化對多業(yè)務綜合決策的支撐，實現(xiàn)更加精準的調(diào)洪仿真、調(diào)度方案預演，合理重復利用梯級庫容，保障度汛同時，增加了發(fā)電量。2019—2021年累計節(jié)水增發(fā)電量10億kW·h。

在清江梯級水電站對象化水電調(diào)系統(tǒng)成功投運基礎上，2020年以來，基于iP9000一體化平臺的智能梯級水電集控解決方案進一步推廣至三峽梯調(diào)金沙江下游昆明調(diào)控中心、三峽梯調(diào)中心、國網(wǎng)湖南水電集控中心等多個重要流域梯級集控中心，取得了良好應用效果。其中，三峽梯調(diào)金沙江下游昆明調(diào)控中心是目前全球裝機規(guī)模最大的流域梯級調(diào)控中心。通過應用高可靠的數(shù)據(jù)通信與同步技術，保障了調(diào)控中心與白鶴灘、烏東德兩座巨型水電廠數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性、可靠性、安全性，實現(xiàn)了水電調(diào)業(yè)務一體化、生產(chǎn)運行遠程 “全監(jiān)全控”等功能?；谄脚_還形成了智能報警、大屏綜合展示、智能分析報告、圖形化邏輯分析等智能應用體系[9]，功能已通過驗收。采用相同設計的三峽梯調(diào)中心同步完成升級改造，實現(xiàn)了對三峽電廠、葛洲壩電廠的遠程調(diào)控。國網(wǎng)湖南水電集控中心投運后，實現(xiàn)了水電、水庫調(diào)度、大壩監(jiān)測、設備診斷分析等多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合、業(yè)務交互。

6 結論

本文提出的梯級水電站集控智能一體化方案，從底層數(shù)據(jù)庫構建對象化模型，以對象化為基礎組織系統(tǒng)功能，針對多廠站遠程集中控制等梯級水電調(diào)控中心特定需求對一體化平臺功能進行了優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)方案中多源異構數(shù)據(jù)處理等問題，從本質(zhì)上實現(xiàn)了多業(yè)務融合。相比國外同類技術方案，整合了工業(yè)控制、工業(yè)與非工業(yè)數(shù)據(jù)分析等不同平臺功能，更符合我國梯級水電站管理的需求。

在關鍵技術中，通過采用多源異構海量數(shù)據(jù)處理技術，屏蔽了梯級集控用不同數(shù)據(jù)庫的差異，便于各類應用數(shù)據(jù)的匯聚、管理、應用和交互；通過采用對象化智能報警技術，大幅減少無效報警，降低了運維工作負擔，提高了梯調(diào)控中心安全運行水平；通過應用高可靠性數(shù)據(jù)通信與同步技術，實現(xiàn)了各類應用遠程、跨安全區(qū)的可靠數(shù)據(jù)交互；通過應用多業(yè)務一體化人機交互，解決了多業(yè)務應用協(xié)同的問題，實現(xiàn)了水電調(diào)業(yè)務一體化；通過應用梯級水電站智能優(yōu)化運行技術，提高了上下游電站協(xié)同調(diào)控的水平，改善了流域樞紐群的綜合效益。