王德寬，張 毅，劉曉波，何飛躍，余江城，段振國

（中國水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京，100038）

智能水電廠自動化系統(tǒng)總體構(gòu)想初探

王德寬，張 毅，劉曉波，何飛躍，余江城，段振國

（中國水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京，100038）

結(jié)合正在進(jìn)行的具體研究項目，對智能水電廠自動化系統(tǒng)總目標(biāo)、建設(shè)的總原則、總體構(gòu)成及狀態(tài)檢修系統(tǒng)智能化、信息統(tǒng)一平臺智能化、經(jīng)濟(jì)運行與智能調(diào)度等進(jìn)行了探討，討論了智能水電廠各自動化系統(tǒng)的關(guān)系，并提出了水電廠自動化系統(tǒng)智能化建設(shè)改造方案，可供水電廠自動化、智能化領(lǐng)域的人員參考。

智能水電廠；自動化系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)；總體構(gòu)想

0 概述

經(jīng)過多年的不懈努力和技術(shù)進(jìn)步，我國水電廠已普遍裝備了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水情水調(diào)、繼電保護(hù)等系統(tǒng)，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測、大壩監(jiān)測、計量等自動化系統(tǒng)也初具規(guī)模。但各系統(tǒng)發(fā)展水平不平衡，由于沒有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各個系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享困難，未能有效發(fā)揮系統(tǒng)功能，距智能水電廠信息化、自動化、互動化的目標(biāo)差距較大。

國際電工委員會第57技術(shù)委員會（IECTC57）制定了有關(guān)自動化系統(tǒng)實時通信的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850，可以將當(dāng)前眾多的通信協(xié)議規(guī)范化，代表了自動化技術(shù)的發(fā)展方向。目前已正式出版了水電廠監(jiān)控通信標(biāo)準(zhǔn)IEC61850-7-410。通過智能水電廠建設(shè)，實現(xiàn)一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化，數(shù)據(jù)的采集和傳輸光纖化，全廠數(shù)據(jù)共享互動化，各信息系統(tǒng)之間有機(jī)配合與互操作，減少設(shè)備重復(fù)建設(shè)，節(jié)約大量二次電纜，解決電站抗干擾問題，提高設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性和實時性，最終減少電站投資。

建設(shè)智能水電廠，目的是提升水電廠的安全和經(jīng)濟(jì)運行水平，進(jìn)一步提高機(jī)組的可觀性、可控性和可調(diào)性，提升網(wǎng)廠之間的智能協(xié)調(diào)水平。由于國內(nèi)在智能水電廠方面剛剛起步研究，加強(qiáng)智能水電廠的概念、目標(biāo)、功能、系統(tǒng)配置及系統(tǒng)間互動的研究，有利于推動計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)檢修、水電廠經(jīng)濟(jì)運行等方面研究的展開。

1 智能水電廠的總目標(biāo)

智能水電廠是智能電網(wǎng)的重要組成部分，但又與智能電網(wǎng)關(guān)注的重點有本質(zhì)的不同，應(yīng)注重電廠的安全和效益。智能水電廠的總體目標(biāo)應(yīng)該是通過智能化改造，進(jìn)一步提高水電廠生產(chǎn)及管理的自動化水平，提高設(shè)備的安全運行水平，提高全廠經(jīng)濟(jì)效益，為實現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。具體目標(biāo)如下：

（1）生產(chǎn)過程控制的智能化：完成水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化升級，通過對通信傳輸和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改造。

（2）運行調(diào)度決策的智能化：完成水情、氣象、水調(diào)和防汛決策支持等系統(tǒng)的智能化改造，實現(xiàn)水庫智能化調(diào)度，提高全廠經(jīng)濟(jì)運行水平。

（3）設(shè)備檢修決策、大壩安全監(jiān)測、設(shè)備運行管理的智能化：實現(xiàn)對水輪發(fā)電機(jī)組、變壓器、斷路器等主要設(shè)備及水工建筑物的在線狀態(tài)監(jiān)測和智能診斷，提高設(shè)備故障診斷水平，減少運行維護(hù)及檢修成本。

（4）數(shù)據(jù)信息平臺的一體化：建設(shè)數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)各自動化系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集之間的IEC61850互聯(lián)，實現(xiàn)各生產(chǎn)自動化系統(tǒng)、管理信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與綜合應(yīng)用。

（5）全廠經(jīng)濟(jì)效益的最大化：提高設(shè)備安全運行水平，全面提升經(jīng)濟(jì)效益，提高全員勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度。

2 智能水電廠建設(shè)的總原則

（1）安全可靠性：智能化改造首先必須遵守的安全、可靠性的原則。應(yīng)采用成熟可靠的技術(shù)和產(chǎn)品，確保改造后的系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定、可靠地運行。

（2）開放性：廣泛采用國際、國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如IEC61850，提高系統(tǒng)的開放性。選用國際知名廠商的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，以方便備品備件及后續(xù)升級。

（3）先進(jìn)性：追求技術(shù)先進(jìn)和一定的超前性，但不盲目追求先進(jìn)而損害安全可靠性。已建電站智能化改造時改動一次設(shè)備難度大并存在風(fēng)險，應(yīng)在二次設(shè)備、故障診斷與狀態(tài)檢修、水庫優(yōu)化調(diào)度和水能最佳利用等方面下功夫，充分考慮技術(shù)的先進(jìn)性與生產(chǎn)的安全性的平衡。

（4）經(jīng)濟(jì)性：在確保智能化目標(biāo)的前提下，原有設(shè)備通過局部升級改造時，盡量進(jìn)行局部改造，避免投資浪費。

（5）積極穩(wěn)妥抓重點：由于智能水電廠是一個新生事物，沒有先例可鑒，工作量大，涉及面廣，應(yīng)以提高決策智能化、安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性等為重點，以影響上述因素最突出的設(shè)備為突破口，積極穩(wěn)妥，逐步展開，取得實效。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計

3.1 智能水電廠自動化系統(tǒng)總體構(gòu)成

智能水電廠具體體現(xiàn)在一系列高度智能化的生產(chǎn)過程控制、運行決策和生產(chǎn)輔助管理自動化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)相對獨立，功能明確，界限清晰，完成各自的特定功能，相互之間又有機(jī)互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享互動配合，完成全廠智能化的目標(biāo)。

（1）智能化系統(tǒng)的構(gòu)成

智能水電廠自動化系統(tǒng)總體構(gòu)成可以概括為具有特定功能的一系列智能化應(yīng)用自動化系統(tǒng)的有機(jī)集成。這些系統(tǒng)分屬三大安全區(qū)域，通過全廠統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺實現(xiàn)互動，實現(xiàn)水電廠生產(chǎn)過程控制、運行決策與生產(chǎn)管理的智能化，使水電廠的效益最大化。

（2）系統(tǒng)間的互聯(lián)

三大安全區(qū)域各有一個數(shù)據(jù)共享平臺，負(fù)責(zé)整合本區(qū)各自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)、共享和互動。

系統(tǒng)間互聯(lián)初期可在具備條件的系統(tǒng)間采用IEC61850規(guī)約，后期應(yīng)逐步推廣采用IEC61850規(guī)約。

三大安全區(qū)域之間的互聯(lián)，應(yīng)按國家電監(jiān)會等部門的有關(guān)規(guī)定，采取必要的安全防護(hù)措施。智能水電廠自動化系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 智能水電廠自動化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

由于水電廠的辦公自動化系統(tǒng)及其他屬于安全I(xiàn)V區(qū)的系統(tǒng)與生產(chǎn)直接關(guān)系不十分密切，本文沒有將這些系統(tǒng)納入智能水電廠建設(shè)體系中來。

（3）各自動化系統(tǒng)與傳感器、執(zhí)行元件的連接

常規(guī)的傳感器、執(zhí)行元件等二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及在線狀態(tài)監(jiān)測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

由于目前符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的二次設(shè)備、儀器、儀表及智能電子設(shè)備（IED）并不很多，只能逐步向標(biāo)準(zhǔn)靠近，使系統(tǒng)具備接入支持IEC61850的IED的能力。

具體而言，如電站監(jiān)控系統(tǒng)LCU應(yīng)具備接入支持IEC 61850的IED的能力，如調(diào)速器、勵磁、保護(hù)、合并測控單元、同期等，也可接入常規(guī)硬布線信號，并繼續(xù)支持其他規(guī)約的通信。

3.2 智能化建設(shè)規(guī)劃

智能水電廠建設(shè)涉及生產(chǎn)、運行、維護(hù)管理的方方面面，規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)容多，技術(shù)難度大，建設(shè)周期長，是一項巨大的系統(tǒng)工程，為保證智能化建設(shè)的高起點和高水平，實現(xiàn)全廠各系統(tǒng)的統(tǒng)一有效管理和互動，避免重復(fù)建設(shè)，必須按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施”的原則進(jìn)行總體規(guī)劃。

智能化建設(shè)規(guī)劃應(yīng)根據(jù)進(jìn)度要求、現(xiàn)場實際需求、具備的技術(shù)條件等，對包括基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用支撐平臺、電站各應(yīng)用系統(tǒng)等建設(shè)內(nèi)容，以及相應(yīng)的組織管理和技術(shù)保障等方面，按照系統(tǒng)總體層次架構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，通過多學(xué)科、多技術(shù)的相互支撐，整合各子系統(tǒng)，分階段、分層次開發(fā)建設(shè)，以實現(xiàn)各系統(tǒng)的有序耦合。

基礎(chǔ)設(shè)施是完成各類信息從數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲到展示全過程的軟硬件設(shè)備及所需的實體環(huán)境，是智能水電廠建設(shè)的基礎(chǔ)。包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)儲存與管理等系統(tǒng)。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是各類自動化系統(tǒng)的連接交換平臺，應(yīng)根據(jù)各個應(yīng)用系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)實時性、安全可靠性和帶寬要求建設(shè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。為提高網(wǎng)絡(luò)安全性和可擴(kuò)展性，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用層次化結(jié)構(gòu)，劃分為控制專網(wǎng)、業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)和業(yè)務(wù)外網(wǎng)。

統(tǒng)一信息平臺為智能水電廠提供統(tǒng)一的信息支撐管理應(yīng)用環(huán)境，實現(xiàn)全廠跨安全分區(qū)的各應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一交換與存儲共享。

應(yīng)用系統(tǒng)是與水電廠運行維護(hù)管理直接相關(guān)的各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，主要包括計算機(jī)監(jiān)控、水情水調(diào)自動化、在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修、大壩安全監(jiān)測以及保護(hù)量測等系統(tǒng)，是智能化建設(shè)的主要內(nèi)容。

4 電站自動化系統(tǒng)的智能化

目前電站自動化系統(tǒng)越來越多，變送器重復(fù)設(shè)置，信號重復(fù)采集，結(jié)構(gòu)繁雜，信息源多，易受到電磁干擾，同時由于缺少統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，沒有從根本上解決信息化孤島問題，各自動化設(shè)備和系統(tǒng)間接口復(fù)雜，難以相互兼容與互操作，不同廠家設(shè)備間的互操作性更難以實現(xiàn)，對水電廠生產(chǎn)管理和自動化技術(shù)的進(jìn)一步提高形成制約。

智能水電廠通過采用先進(jìn)的傳感器、電子、信息、通信、控制、智能分析軟件等技術(shù)，建立全站所有信息采集、傳輸、分析、處理的數(shù)字化統(tǒng)一應(yīng)用平臺，實現(xiàn)了自動化功能的整合，簡化現(xiàn)有的水電廠監(jiān)測設(shè)備，系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)、可靠。僅用一套間隔層測控裝置實現(xiàn)保護(hù)、測控、錄波、測距、選線等自動化功能，使現(xiàn)場設(shè)備大大減少和簡化，顯著降低了一次性設(shè)備成本和運行維護(hù)成本；同時由于裝置減少和消除了復(fù)雜的電纜接線，大大提高整個系統(tǒng)的可靠性。

鑒于目前數(shù)字化傳感器和智能開關(guān)組件尚不成熟和穩(wěn)定，水電廠智能化改造并不意味著更換一次設(shè)備，仍可采用傳統(tǒng)開關(guān)和傳統(tǒng)PT/CT，但智能水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備接入合并單元、開關(guān)控制器等IEC61850智能設(shè)備的能力，實現(xiàn)IEC61850-9-1、或者IEC61850-9-2采樣值接收以及GOOSE跳閘報文的發(fā)送。

4.1 智能水電廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能水電廠自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備。在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，根據(jù)1EC61850通信協(xié)議定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。其中，站控層與間隔層網(wǎng)絡(luò)采用交換式以太網(wǎng)，介質(zhì)可選雙絞線。間隔層與過程層的網(wǎng)絡(luò)也采用交換式以太網(wǎng)，介質(zhì)應(yīng)采用光纖。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.1.1 過程層

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分為以下三類：

（1）實時電氣量檢測

與傳統(tǒng)的功能一樣，主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設(shè)備運算得出。

（2）狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計

水電廠需要進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)備，主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。在線檢測的內(nèi)容，主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

（3）操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動

操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動，包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗器投、切控制，斷路器、刀閘的合、分控制，直流電源充、放電控制。

4.1.2 間隔層

間隔層設(shè)備的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；（2）實施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出，具有優(yōu)先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

4.1.3 站控層

通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，刷新實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)全廠集中監(jiān)控及人機(jī)聯(lián)系功能。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度或控制中心，并接收調(diào)度或集控中心有關(guān)控制命令，轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能。

4.2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

由于目前智能水電廠一次設(shè)備一般不進(jìn)行更換，仍采用傳統(tǒng)PT/CT，我們認(rèn)為電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造的主要目標(biāo)是進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、開放性和人機(jī)聯(lián)系的友好度。智能水電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造目前可按以下兩個階段進(jìn)行。

（1）監(jiān)控智能化改造階段一

對現(xiàn)有電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行軟件升級改造，在站控層和間隔層增加IEC61850通信接口，實現(xiàn)IEC61850的IED設(shè)備接入，同時保留各種常規(guī)通訊接口，保留主要計算機(jī)設(shè)備和PLC，進(jìn)行軟件和少量硬件升級，可顯著提升系統(tǒng)的智能化水平，優(yōu)化系統(tǒng)性能。對于現(xiàn)地層智能設(shè)備數(shù)據(jù)通訊，優(yōu)先采用IEC61850通信規(guī)約和現(xiàn)場總線方式實現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)交換，其他數(shù)據(jù)可通過常規(guī)方式實現(xiàn)接入。

在這個階段，系統(tǒng)采用兩層結(jié)構(gòu)設(shè)計，即一次設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的PT/CT，機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU、公用LCU的PLC不更換，數(shù)據(jù)采集及控制以硬接線為主的形式實現(xiàn)。站控層和LCU通信仍采用PLC廠家的網(wǎng)絡(luò)規(guī)約。

在LCU的PLC中配置相應(yīng)的IEC61850通信接口模塊，實現(xiàn)間隔層IEC61850-8-1通信的IED設(shè)備接入。

在監(jiān)控系統(tǒng)站控層增加IEC61850網(wǎng)關(guān)，完成IEC61850標(biāo)準(zhǔn)接口開發(fā)，支持IEC61850的有關(guān)系統(tǒng)和IED設(shè)備接入，網(wǎng)關(guān)將從IED設(shè)備接收的實時數(shù)據(jù)放入監(jiān)控系統(tǒng)實時庫，監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對IEC61850有關(guān)設(shè)備的控制。

（2）監(jiān)控智能化改造階段二

實現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的全面支持，系統(tǒng)采用兩層結(jié)構(gòu)，站控層和間隔層采用IEC61850-8-1通信。一次設(shè)備仍可采用傳統(tǒng)的PT/CT。PLC更換為支持IEC61850的PLC，具有接入非常規(guī)PT/CT和開關(guān)控制器的能力，LCU與站控層通信采用IEC61850-8-1通信規(guī)約。

間隔層設(shè)備（包括機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU、公用LCU）的數(shù)據(jù)來自合并單元，合并單元可以IEC61850-9-1，IEC61850-9-2發(fā)送采樣值。間隔層設(shè)備對開關(guān)量的控制可通過向開關(guān)控制器發(fā)送GOOSE報文實現(xiàn)。

5 狀態(tài)檢修系統(tǒng)智能化

實施機(jī)組狀態(tài)檢修決策系統(tǒng)是建設(shè)智能水電廠的主要目標(biāo)之一。

近年來，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在國外發(fā)展迅速，特別是在在線監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與遠(yuǎn)程訪問等方面進(jìn)步明顯。但由于故障診斷、設(shè)備狀態(tài)評估等技術(shù)還存在一些不確定性，還需要在實踐中不斷完善。從水電行業(yè)發(fā)展來看，設(shè)備狀態(tài)檢修代替定期檢修是發(fā)展的必然趨勢，需經(jīng)歷一個過程。在這個過程中，狀態(tài)檢修還不能完全取代定期檢修方式，而是形成一套融故障檢修、定期檢修和狀態(tài)檢修為一體的、優(yōu)化的檢修方式。而且，要做到真正的狀態(tài)檢修，僅有技術(shù)支持系統(tǒng)是不夠的，還需要水電廠整體水平的提升，如高素質(zhì)的管理人員、健全的設(shè)備管理體制、先進(jìn)的配套設(shè)備與技術(shù)等。

由于狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)涉及的設(shè)備及子系統(tǒng)眾多，且來自不同的廠家，通過智能化建設(shè)，采用開放的通信規(guī)約、統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)模型，使系統(tǒng)各個部分之間能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的無縫通信，最終實現(xiàn)“即插即用”的環(huán)境。

智能水電廠狀態(tài)檢修決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由電站監(jiān)測層－中心診斷層－用戶訪問層組成。

電站監(jiān)測層由站級數(shù)據(jù)服務(wù)器和機(jī)組監(jiān)測設(shè)備組成。站級數(shù)據(jù)服務(wù)器用于監(jiān)測、存儲各電站機(jī)組的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并向中心診斷層發(fā)送設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。其中機(jī)組監(jiān)測設(shè)備包括在線監(jiān)測設(shè)備和離線設(shè)備。在線監(jiān)測設(shè)備由多個監(jiān)測模塊組成，其監(jiān)測范圍涵蓋機(jī)組振動與擺度、壓力脈動、噪聲、空化、機(jī)組效率、發(fā)電機(jī)氣隙、發(fā)電機(jī)局部放電、變壓器油色譜、GIS局部放電等。

中心診斷層是系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測設(shè)備日常維護(hù)、日常監(jiān)測與報告，簡單故障分析等；進(jìn)行故障診斷、機(jī)組維修建議、組織各個領(lǐng)域?qū)＜視\疑難故障，以及系統(tǒng)維護(hù)和升級等。主要由中心數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊服務(wù)器、WEB服務(wù)器、故障診斷服務(wù)器以及中心工作站等組成。

用戶訪問層包括電站內(nèi)部用戶和Internet網(wǎng)上授權(quán)用戶等，如電網(wǎng)內(nèi)部用戶、經(jīng)過授權(quán)的高等院校、科研院所的診斷專家等。這些用戶可以遠(yuǎn)程對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、診斷和維護(hù)。對于設(shè)備疑難故障，可組織不同專業(yè)的專家進(jìn)行網(wǎng)上會診。

6 信息統(tǒng)一平臺智能化

建設(shè)信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)范全廠各應(yīng)用系統(tǒng)的通信接口與數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)電站各相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、集中管理，為全廠各種高級應(yīng)用提供一體化的支撐平臺。

水電廠統(tǒng)一信息平臺由全廠三級安全區(qū)域的數(shù)據(jù)平臺組成?？山Y(jié)合計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化升級改造，建設(shè)安全I(xiàn)區(qū)的數(shù)據(jù)平臺；結(jié)合水情水調(diào)系統(tǒng)的智能化升級改造，建設(shè)安全I(xiàn)I區(qū)的數(shù)據(jù)平臺；結(jié)合WEB發(fā)布功能和門戶網(wǎng)站的建設(shè)，建設(shè)安全I(xiàn)II區(qū)的數(shù)據(jù)平臺。通過網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)備，實現(xiàn)全廠三級安全區(qū)域數(shù)據(jù)平臺間的數(shù)據(jù)交換和共享。

統(tǒng)一信息平臺建設(shè)，需重新梳理各應(yīng)用系統(tǒng)及其之間的關(guān)系，統(tǒng)一規(guī)劃三級安全區(qū)域，形成電廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心。

在完成計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、統(tǒng)一信息平臺運行實體環(huán)境等支撐系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建設(shè)全廠數(shù)據(jù)交換和中心存儲設(shè)備，通過統(tǒng)一規(guī)范的傳輸規(guī)約和網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)行全廠各應(yīng)用系統(tǒng)升級改造，整合離散的各個子系統(tǒng)，建立滿足全廠二次安全防護(hù)要求的信息統(tǒng)一平臺，形成全廠數(shù)據(jù)信息中心，實現(xiàn)跨安全分區(qū)的各應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一交換與存儲共享，消滅信息孤島，并根據(jù)智能水電廠對數(shù)據(jù)交換、存儲管理、數(shù)據(jù)挖掘、綜合應(yīng)用、展現(xiàn)、發(fā)布等要求，進(jìn)行統(tǒng)一信息平臺高級應(yīng)用軟件的開發(fā)和功能擴(kuò)展。為智能水電廠提供統(tǒng)一的信息支撐管理應(yīng)用環(huán)境，滿足各應(yīng)用系統(tǒng)的需求，提升電站自動化運行管理水平和綜合經(jīng)濟(jì)效益。

7 經(jīng)濟(jì)運行與智能調(diào)度

通過智能水電廠建設(shè)，實現(xiàn)水電廠機(jī)組之間的優(yōu)化運行，提升電網(wǎng)與電廠智能協(xié)調(diào)控制及電站優(yōu)化運行的智能化決策水平。根據(jù)水電廠的特點，可開展以下幾方面實用化研究：

（1）智能調(diào)度實用化數(shù)學(xué)模型及求解算法。

考慮水輪發(fā)電機(jī)組工況，水庫入庫流量與水量情況，電站運行約束，以及智能電網(wǎng)運行的要求，實現(xiàn)水電廠智能化最佳運行。

（2）水電廠優(yōu)化調(diào)度與電網(wǎng)聯(lián)合智能協(xié)調(diào)控制技術(shù)。

研究水電廠優(yōu)化調(diào)度與電網(wǎng)聯(lián)合智能協(xié)調(diào)控制技術(shù)，水電廠自動發(fā)電控制（AGC）與電網(wǎng)調(diào)度EMS系統(tǒng)的自動發(fā)電控制（AGC）功能實施合理信息交互，提高遠(yuǎn)方負(fù)荷控制精度和自動化程度，實現(xiàn)更智能化的協(xié)調(diào)互動調(diào)度、控制。

8 結(jié)束語

本文是根據(jù)我們對智能水電廠的理解、從事的專業(yè)領(lǐng)域以及對當(dāng)前水電廠實際情況的了解而寫成的。由于時間倉促，水平有限，對智能水電廠的理解難免有謬誤之處，敬請指正，希望對智能水電廠建設(shè)能有所裨益。

TV736

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1672-5387（2011）03-0001-04

2011-04-11

王德寬（1960-），男，教授級高級工程師，現(xiàn)任北京中水科水電科技開發(fā)有限公司總經(jīng)理，中國水利水電科學(xué)研究院自動化所所長，長期從事水電廠自動化、計算機(jī)監(jiān)控與仿真技術(shù)研究與應(yīng)用。