張紅芳，彭文才，閩 崢

（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇 南京 210003）

0 引言

智能水電廠建立在集成、統(tǒng)一、可靠的軟硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過(guò)采用先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)自動(dòng)獲得電站運(yùn)行和設(shè)備狀況信息，應(yīng)用可靠的控制方法、數(shù)據(jù)分析技術(shù)和智能化的決策支持技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)和機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高水電廠效率，實(shí)現(xiàn)效益最大化[1]。

建設(shè)智能水電廠可以提升水電生產(chǎn)管理水平和層次，合理調(diào)配流域水資源，提高流域水能資源利用率，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；充分提升節(jié)能、增效、減排等社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益、防洪興利、節(jié)能減排等效益的有機(jī)統(tǒng)一[1]。

智能水電廠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)借鑒智能電網(wǎng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，充分考慮并采用先進(jìn)、主流、可靠的應(yīng)用技術(shù)，以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，以統(tǒng)一平臺(tái)建設(shè)為目標(biāo)，利用各類(lèi)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)與分析模型算法，形成智能化的生產(chǎn)運(yùn)行決策輔助系統(tǒng)，充分考慮各種規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，保證系統(tǒng)的可靠性、高效性、穩(wěn)定性、開(kāi)放性，形成統(tǒng)一化、智能化的水電廠應(yīng)用平臺(tái)。

智能水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)總體架構(gòu)橫向按照二次安全防護(hù)要求劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)（I、II區(qū)）和管理信息大區(qū)（III區(qū)、IV區(qū)），兩大區(qū)之間采用物理隔離裝置連接。生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息區(qū)縱向上都劃分為廠站級(jí)和現(xiàn)地級(jí)。在水電廠廠站級(jí)智能化中，重點(diǎn)從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、狀態(tài)檢修、智能化決策管理等領(lǐng)域規(guī)劃了智能水電廠改造的內(nèi)容，主要包括智能統(tǒng)一平臺(tái)、經(jīng)濟(jì)調(diào)度與控制、生產(chǎn)管理與決策支持、安全防護(hù)體系等的智能化改造。生產(chǎn)控制大區(qū)的現(xiàn)地層設(shè)備主要包括現(xiàn)地控制單元、繼電保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)、電力五防系統(tǒng)、輔機(jī)控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、泄洪閘門(mén)控制系統(tǒng)等。管理信息區(qū)的現(xiàn)地層設(shè)備主要包括門(mén)禁控制裝置、消防裝置、無(wú)線巡檢裝置、環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置、工業(yè)電視控制裝置等。現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)是智能水電廠的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)地智能控制系統(tǒng)是智能水電廠的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。與傳統(tǒng)的現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)相比，智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特征。

我們需要深入研究如何實(shí)現(xiàn)水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化，開(kāi)發(fā)諸如調(diào)速器、勵(lì)磁、在線監(jiān)測(cè)等現(xiàn)地系統(tǒng)的智能化產(chǎn)品。

1 水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

水電廠的繼電保護(hù)裝置目前仍以傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)為主，但水電廠的繼電保護(hù)裝置在結(jié)構(gòu)、功能、接口等方面和變電站繼電保護(hù)裝置基本相同，差別僅在于保護(hù)對(duì)象不同而造成的具體的保護(hù)功能的不同，只需將現(xiàn)有智能變電站繼電保護(hù)裝置技術(shù)移植到水電廠繼電保護(hù)裝置上即可。

水電站現(xiàn)地控制單元基本為集中采集、控制的模式，監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心以PLC為主。PLC將所有信號(hào)采集進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)流程運(yùn)算，輸出控制信號(hào)到現(xiàn)地設(shè)備，并通過(guò)以太網(wǎng)等方式將數(shù)據(jù)送到后臺(tái)計(jì)算機(jī)。PLC的信號(hào)采集和輸出以開(kāi)關(guān)量、模擬量為主，外圍智能的數(shù)據(jù)由于通信接口和通信規(guī)約不統(tǒng)一，只能通過(guò)串口等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，甚至各自重復(fù)采集。PLC本身不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)加工，只是將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一上送。IEC61850-7-410標(biāo)準(zhǔn)目前已發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)水電廠應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行了定義，對(duì)傳統(tǒng)水電站監(jiān)控的控制模式將帶來(lái)很大的改變。

調(diào)速器應(yīng)具有速度控制、功率控制、開(kāi)度控制、開(kāi)停機(jī)、并網(wǎng)和緊急停機(jī)控制、導(dǎo)葉開(kāi)度限制、頻率跟蹤控制、適應(yīng)式控制、快速同步等功能。目前，國(guó)內(nèi)水電廠源于保電網(wǎng)運(yùn)行的理念，采用的都是一臺(tái)機(jī)組專(zhuān)用一套水輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)，該套調(diào)速器中微機(jī)控制系統(tǒng)大多采用的是雙套，即A、B套測(cè)控裝置冗余的方式，其中一套工作，另一套熱備，屬于系統(tǒng)級(jí)冗余，兩套測(cè)控裝置之間的I/O模塊只能與本套裝置的CPU通訊，彼此不能互用。目前，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng)的模塊級(jí)冗余，智能系統(tǒng)在數(shù)字化變電站中應(yīng)用的較多，其中的部分成果可以借鑒，但是基于上述標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的模塊級(jí)冗余的智能調(diào)速器微機(jī)系統(tǒng)尚未見(jiàn)應(yīng)用報(bào)道。

發(fā)電廠勵(lì)磁裝置發(fā)展至今，功率元件已基本定型，發(fā)展的重點(diǎn)是微機(jī)調(diào)節(jié)器。隨著新型CPU的推出以及新技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)展重點(diǎn)是向運(yùn)行可靠、自控功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單等方向發(fā)展。功率單元、滅磁單元、過(guò)壓保護(hù)單元等勵(lì)磁系統(tǒng)基本組件趨向于模塊化和通用化，每個(gè)組件具有獨(dú)立的、智能化的數(shù)字式監(jiān)控接口，可進(jìn)一步提高勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化。目前，國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)智能水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)研究的文獻(xiàn)報(bào)道。

我國(guó)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)始于20世紀(jì)80年代初期，至今已走過(guò)了30年的發(fā)展歷程。近十年來(lái)，北斗衛(wèi)星、GPRS、SMS等通信技術(shù)大量普及，國(guó)內(nèi)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)入了技術(shù)提高階段，國(guó)產(chǎn)設(shè)備完全替代進(jìn)口設(shè)備占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)技術(shù)已經(jīng)涵蓋了水雨情、流量、水質(zhì)、氣象、工況以及地質(zhì)災(zāi)害等多種信息。國(guó)內(nèi)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)所形成的微功耗、寬溫度工作范圍、多信道接入及豐富的傳感器采集等核心技術(shù)已經(jīng)與國(guó)際水平接近，設(shè)備的小型化和智能化水平不斷提高，但傳感器技術(shù)仍有相當(dāng)?shù)牟罹唷?/p>

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)利用在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和故障診斷技術(shù)，收集和積累設(shè)備的狀態(tài)信息，分析設(shè)備狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)行系統(tǒng)的分析和科學(xué)的判斷，以便科學(xué)的安排檢修計(jì)劃和檢修內(nèi)容，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性、可用性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前已有很多水電廠建立了機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主軸各關(guān)鍵處的擺度、各個(gè)軸承和機(jī)架的振動(dòng)、軸承溫度、蝸殼和尾水管的壓力、發(fā)電機(jī)功率、接力器行程等參數(shù)納入了監(jiān)測(cè)的范圍，這具備了實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的最根本的設(shè)備條件。

2 智能水電廠現(xiàn)地系統(tǒng)IEC61850技術(shù)探討

目前，現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)越來(lái)越多，變送器重復(fù)設(shè)置，信號(hào)重復(fù)采集，結(jié)構(gòu)繁雜，信息源多，易受到電磁干擾，同時(shí)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(méi)有從根本上解決信息化孤島問(wèn)題，各自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)間接口復(fù)雜，難以相互兼容和互操作，不同廠家設(shè)備間的互操作性更難以實(shí)現(xiàn)，制約了水電廠生產(chǎn)管理和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步提高[2]。

智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)除各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的功能外，應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化采集并通過(guò)統(tǒng)一的、冗余的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線與廠級(jí)層聯(lián)接，為廠級(jí)層實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)地各自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控提供標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。國(guó)際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)（IECTC 57）制定了有關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850，可以將水電廠當(dāng)前眾多的通信協(xié)議規(guī)范化，代表了自動(dòng)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。

基于IEC61850的智能變電站技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展基本成熟，以國(guó)網(wǎng)電科院為代表的電力自動(dòng)化研究機(jī)構(gòu)及廠家紛紛推出了符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電力自動(dòng)化裝置，并在多個(gè)智能變電站得到應(yīng)用。

MMS（Manufacturing Message Specification）即制造報(bào)文規(guī)范，是在80年代初期為了美國(guó)通用汽車(chē)公司的MAP（制造自動(dòng)化協(xié)議）項(xiàng)目而開(kāi)發(fā)的,它主要是規(guī)范工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)智能設(shè)備間的通信行為，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的MMS協(xié)議是基于802.3標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層協(xié)議,該協(xié)議適用于廠站級(jí)和間隔級(jí)設(shè)備，或間隔級(jí)設(shè)備間，或廠站級(jí)設(shè)備間的通訊。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的SV協(xié)議可用于電子式電流互感器（ECT）或電壓互感器（EVT）的合并單元等過(guò)程層設(shè)備與諸如繼電保護(hù)這樣的間隔層設(shè)備之間的通信。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中還定義了通用變電站事件模型（GSE-generic substation event model），該模型提供了在全系統(tǒng)范圍內(nèi)快速可靠地輸入、輸出數(shù)據(jù)值的功能。GSE分為2種不同的控制類(lèi)和報(bào)文結(jié)構(gòu)，一種是GOOSE（generic object oriented substation event），面向通用對(duì)象的變電站事件；另一種是GSSE（generic substation state event），通用變電站狀態(tài)事件[3]。

根據(jù)水電廠各現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和應(yīng)用場(chǎng)合，不同的現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的不同協(xié)議或模型。

3 智能水電廠現(xiàn)地系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)探討

智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可分析智能變電站的體系結(jié)構(gòu)，借鑒智能變電站的成功經(jīng)驗(yàn)，并充分考慮水電廠和變電站在諸多方面的不同特點(diǎn)。

3.1 智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站的體系結(jié)構(gòu)從整體上分為三層：過(guò)程層、間隔層和變電站層。過(guò)程層總線處理間隔層和過(guò)程層的通信以及合并單元與二次設(shè)備之間的通信；站控層總線處理變電站層和間隔層的通信。過(guò)程層包括智能一次設(shè)備、合并單元、過(guò)程總線。過(guò)程總線負(fù)責(zé)過(guò)程層與間隔層之間的數(shù)據(jù)傳輸，也就是將傳統(tǒng)的用于測(cè)量和控制的“硬接線”代之以數(shù)字式的網(wǎng)絡(luò)或總線通信，簡(jiǎn)化了二次接線[4]。

理想的智能變電站，其過(guò)程層設(shè)備操作可實(shí)現(xiàn)智能化，一次設(shè)備與二次設(shè)備之間完全取消電纜連接。配備的新型傳感器和操作機(jī)構(gòu)，使一次設(shè)備智能化。從設(shè)備造價(jià)和可靠性角度出發(fā)，國(guó)內(nèi)大多使用斷路器配智能終端，智能終端采集非常規(guī)互感器輸出的數(shù)字信號(hào)、常規(guī)互感器輸出的常規(guī)模擬信號(hào)、相應(yīng)間隔和其關(guān)聯(lián)部分的狀態(tài)信號(hào)等，也包括控制輸出信號(hào)（包括跳合閘輸出繼電器信號(hào)），并向過(guò)程總線傳送數(shù)據(jù)。間隔層包括各類(lèi)二次設(shè)備，如保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、錄波等[4]。

3.2 智能水電廠現(xiàn)地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)探討

從常規(guī)變電站到智能變電站，變電站二次設(shè)備的裝置結(jié)構(gòu)、一次設(shè)備、體系結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大的變化?？傮w來(lái)說(shuō)，智能變電站除了保護(hù)、測(cè)控等裝置的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化外，大量使用了智能終端、智能控制柜等設(shè)備，這些智能測(cè)控設(shè)備被下放至一次設(shè)備旁邊。變電站的一次設(shè)備主要包括變壓器、斷路器、互感器等，設(shè)備類(lèi)型不算多，自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括保護(hù)、測(cè)控等，但是水電廠的一次設(shè)備類(lèi)型遠(yuǎn)多于變電站，這些一次設(shè)備包括水庫(kù)、大壩、閘門(mén)、水輪機(jī)、閥門(mén)、發(fā)電機(jī)、大量輔助設(shè)備，水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)包括保護(hù)裝置、調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、電力五防系統(tǒng)等等。傳統(tǒng)水電廠各現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)中，核心的控制系統(tǒng)是現(xiàn)地控制單元（Local Control Unit，以下簡(jiǎn)稱“LCU”），傳統(tǒng)的做法是一臺(tái)機(jī)組配置一套LCU，機(jī)組LCU的基礎(chǔ)功能是負(fù)責(zé)采集和機(jī)組有關(guān)的所有信號(hào)并對(duì)機(jī)組相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制操作，需要采集的信號(hào)類(lèi)型有電氣量（電流、電壓）、非電氣量（溫度、壓力）、數(shù)字量，一般情況下，LCU可通過(guò)硬接點(diǎn)或通訊的方式采集其它現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的信息，也可通過(guò)硬接點(diǎn)或通訊的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其它現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的控制，水電廠監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件與LCU進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視和控制功能。從另一個(gè)角度說(shuō)，傳統(tǒng)水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)之間僅存在弱聯(lián)系，各現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)可能是若干個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。未來(lái)的智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)是否設(shè)計(jì)成類(lèi)似于智能變電站的結(jié)構(gòu)目前還不明確，如果能，所有現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)將接入高速現(xiàn)地總線，LCU將弱化為測(cè)控單元，若干個(gè)智能的一次設(shè)備直接接入IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程層總線，并將信號(hào)送至間隔層，間隔層設(shè)備應(yīng)包括勵(lì)磁、調(diào)速、保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、水情測(cè)報(bào)等。測(cè)控、保護(hù)、勵(lì)磁等將現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一接入高速數(shù)據(jù)總線，這些系統(tǒng)在邏輯上是平等的，現(xiàn)地系統(tǒng)之間可根據(jù)需要通過(guò)IEC61850/GOOSE協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，同時(shí)現(xiàn)地系統(tǒng)可通過(guò)IEC61850/MMS協(xié)議實(shí)現(xiàn)與廠站級(jí)服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。智能水電廠的體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 智能水電廠的體系結(jié)構(gòu)

以水電廠機(jī)組現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)為例，現(xiàn)地裝置應(yīng)包括保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)等，其中測(cè)控系統(tǒng)包括機(jī)組順序控制裝置（以下簡(jiǎn)稱“順控裝置”）以及兼容傳統(tǒng)傳感器的測(cè)量裝置等。保護(hù)裝置的保護(hù)跳閘信號(hào)通過(guò)IEC61850/GOOSE協(xié)議自動(dòng)送到順控裝置，順控裝置將根據(jù)收到的信號(hào)啟動(dòng)機(jī)組保護(hù)跳閘流程；跳閘流程執(zhí)行過(guò)程中，順控裝置通過(guò)IEC61850/GOOSE協(xié)議自動(dòng)將停機(jī)命令發(fā)至勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)。順控裝置通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口接入IEC61850高速數(shù)據(jù)總線，該裝置可能只包括CPU而不含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，裝置所需要的數(shù)據(jù)全部來(lái)自高速數(shù)據(jù)總線上的其它自動(dòng)化系統(tǒng)。和同一臺(tái)機(jī)組的不同現(xiàn)地系統(tǒng)一樣，不同機(jī)組的各現(xiàn)地系統(tǒng)接入相同的高速數(shù)據(jù)總線，并且同樣可以通過(guò)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的系列協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。各現(xiàn)地系統(tǒng)之間以及現(xiàn)地系統(tǒng)和統(tǒng)一平臺(tái)之間、現(xiàn)地系統(tǒng)和智能一次設(shè)備之間的信息流向關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)地統(tǒng)之間及其與外圍之間的信息流向

4 智能水電廠現(xiàn)地系統(tǒng)的智能化技術(shù)探討

智能變電站著重關(guān)注的是一次設(shè)備的智能化，在二次設(shè)備方面著重強(qiáng)調(diào)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，并未強(qiáng)調(diào)二次設(shè)備的智能化，主要原因是變電站的二次設(shè)備如保護(hù)裝置或測(cè)控裝置的功能比較明確，技術(shù)已經(jīng)很成熟。水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了比較長(zhǎng)的時(shí)間，各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品在基本功能方面都比較類(lèi)似，但是如果僅僅具備基本功能的話，那么它和智能化水電廠的要求還有差距，提升現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化特征是智能水電廠的一個(gè)研究方向。根據(jù)現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，可以在不同的方面提升各自的智能化特征。現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化特征包括很多方面，狀態(tài)監(jiān)測(cè)和在線診斷功能、故障分析功能、聯(lián)閉鎖功能、智能化控制等。

4.1 調(diào)速器系統(tǒng)

智能調(diào)速器系統(tǒng)具備智能數(shù)字化管理平臺(tái)，包括智能內(nèi)置運(yùn)行調(diào)試系統(tǒng)、專(zhuān)家預(yù)警系統(tǒng)、故障分析系統(tǒng)、時(shí)標(biāo)化錄波、隨手行幫助系統(tǒng)等。具備三維數(shù)字化液壓調(diào)節(jié)裝置、數(shù)字化電液轉(zhuǎn)換器、數(shù)字化傳感器。采用先進(jìn)可靠的通訊協(xié)議：不僅支持傳統(tǒng)的MODBUS通訊協(xié)議，而且，該新型數(shù)字化調(diào)速器內(nèi)部用雙以太網(wǎng)絡(luò)，支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，具備高可靠性的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。

4.2 勵(lì)磁系統(tǒng)

智能勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可通過(guò)采用變參數(shù)的控制策略，解決電網(wǎng)大擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)的快速性與電網(wǎng)小擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性之間的矛盾；可通過(guò)快速量測(cè)技術(shù)的PT斷線算法，快速準(zhǔn)確地判斷出不同類(lèi)型的PT斷線；通過(guò)完善勵(lì)磁系統(tǒng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組群的勵(lì)磁協(xié)調(diào)控制，從而提高廠網(wǎng)協(xié)調(diào)能力，更好地接受調(diào)度控制。

智能勵(lì)磁系統(tǒng)的功率柜通過(guò)常規(guī)的均流設(shè)計(jì)，利用智能均流控制技術(shù)，確保并列運(yùn)行的兩個(gè)功率橋之間以及各可控硅之間的電流均衡性，從而保證功率柜的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行；通過(guò)合理的熱設(shè)計(jì)，提高功率柜整體的散熱效率。

4.3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

實(shí)施狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)是建設(shè)智能水電廠的主要目標(biāo)之一[2]，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修、提高設(shè)備可用率、降低檢修成本。狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)的主要的數(shù)據(jù)來(lái)源。

智能化水電廠水電機(jī)組、變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由兩部分組成：機(jī)組、變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)智能采集單元和傳感器元件。

水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)組各部位的振動(dòng)、擺度、抬機(jī)量和壓力脈動(dòng)分析診斷機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性；監(jiān)測(cè)機(jī)組各部位溫度、液位、流量等，分析診斷機(jī)組部件過(guò)熱、介質(zhì)泄漏等故障；監(jiān)測(cè)機(jī)組有關(guān)電量、非電量分析診斷機(jī)組效率；監(jiān)測(cè)機(jī)組有關(guān)電量、非電量對(duì)開(kāi)機(jī)、停機(jī)、系統(tǒng)振蕩、事故等動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析；監(jiān)測(cè)定、轉(zhuǎn)子氣隙分析診斷機(jī)組軸系、轉(zhuǎn)子等運(yùn)轉(zhuǎn)性能；監(jiān)測(cè)定子局放水平分析診斷定子絕緣狀況；監(jiān)測(cè)機(jī)組有關(guān)電量、非電量分析診斷轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)氣濁、磨蝕、裂紋。

變壓器狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)是融合先進(jìn)的一次設(shè)備智能化技術(shù)、通訊信息技術(shù)、狀態(tài)評(píng)估及故障預(yù)警技術(shù)、狀態(tài)檢修技術(shù)于一體的解決方案，可以很好地實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修，并控制變壓器安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命。

斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)掌握斷路器壽命、機(jī)械特性、二次回路的運(yùn)行狀態(tài)，為斷路器更換、及時(shí)檢修提供決策依據(jù)，避免斷路器發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)、觸頭燒毀等事故。

4.4 智能測(cè)控裝置

根據(jù)智能變電站建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，智能測(cè)控裝置是智能水電廠的一個(gè)研究?jī)?nèi)容。智能測(cè)控裝置應(yīng)全面支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，能夠通過(guò)GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)采集電子式互感器、合并單元、智能終端、非電量現(xiàn)地變送器、測(cè)溫電阻等過(guò)程層智能設(shè)備的數(shù)據(jù)，能夠通過(guò)高速數(shù)據(jù)總線訪問(wèn)調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)等的信息，避免現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的重復(fù)采集。

為支持水電廠的傳統(tǒng)設(shè)備，智能測(cè)控裝置應(yīng)同時(shí)具備傳統(tǒng)信號(hào)的采集能力，可以接入各種普通信號(hào)。

智能測(cè)量控制系統(tǒng)按照面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計(jì)，遵循IEC61850-7-410對(duì)水電廠控制對(duì)象的定義，便于以后系統(tǒng)的維護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)是智能水電廠的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)地智能控制系統(tǒng)是智能水電廠的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。與傳統(tǒng)的現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)相比，智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特征。本文在對(duì)智能變電站進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，分別從構(gòu)建現(xiàn)地系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)總線的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)地系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、現(xiàn)地系統(tǒng)的智能化等幾個(gè)方面探討了智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)。

[1]劉觀標(biāo)，李曉斌，李永紅，等.智能水電廠的體系結(jié)構(gòu)[J].水電廠自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2011,35（1）：1-4.

[2]王德寬，張 毅，劉曉波，等.智能水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)總體構(gòu)想[J].水電廠自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2011,35（1）：5-9.

[3]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 860.72：變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)第7-2_部分：變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)_抽象通信服務(wù)接口(ACSI)[S].

[4]于立濤.青島午山數(shù)字化變電站建設(shè)模式及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)研究[碩士論文].[D].華北電力大學(xué)，2009.