魏 櫻，朱 琳

（國家電網(wǎng)東北分部太平灣水電廠，遼寧 丹東 118000）

太平灣水電站水調(diào)自動化系統(tǒng)建設(shè)研究

魏 櫻，朱 琳

（國家電網(wǎng)東北分部太平灣水電廠，遼寧 丹東 118000）

介紹了太平灣電站的基本情況及其水調(diào)系統(tǒng)。論述了系統(tǒng)的組成及各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能，包括水情信息自動采集系統(tǒng)、氣象信息采集處理系統(tǒng)、衛(wèi)星云圖采集處理子系統(tǒng)、日常水文計算系統(tǒng)、電量、水情數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、防汛報警子系統(tǒng)。

水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)；遙測站；太平灣水電站

1 概況

水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)（HDAS，簡稱水調(diào)自動化系統(tǒng)）是電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分。它集水庫調(diào)度、自動化硬件設(shè)備與接口、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、決策支持理論等專業(yè)于一體。該系統(tǒng)通過對流域、水情、雨情等歷史資料的收集整理和水電站流域的水文、氣象、水庫運行信息的及時采集，進(jìn)行在線水文預(yù)報和水務(wù)綜合管理，并迅速提供包括防洪和發(fā)電在內(nèi)的綜合決策方案[1]。

太平灣水電站坐落在中朝界河鴨綠江上，為徑流式日調(diào)節(jié)水電站，正常蓄水位29.5 m，死水位28.8 m。電站以發(fā)電為主，共裝4臺單機(jī)容量為47.5 MW的機(jī)組，總?cè)萘繛?90 MW，設(shè)計多年平均發(fā)電量7.2億kW?h，50 Hz與60 Hz機(jī)組各兩臺，兩臺60 Hz機(jī)組負(fù)責(zé)向朝鮮發(fā)電送電。太平灣水電站是鴨綠江干流上已建成的4個梯級電站的最后一級，向上游追溯依次是水豐、渭源與云峰電站，其中太平灣與云峰由中方管理運行，另外兩座由朝方管理運行。太平灣地區(qū)年平均降雨1 100 mm，主要集中在6～9月，年平均氣溫9°C。

本文以太平灣水電站為例，從服務(wù)國家電網(wǎng)東北分部出發(fā)，基于其運行和現(xiàn)代化管理需要，提出了由水情信息采集系統(tǒng)、日常水文計算、氣象信息采集處理、衛(wèi)星云圖信息采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、防汛報警等共6個子系統(tǒng)組成的太平灣水電站水調(diào)自動化系統(tǒng)，從提供各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和分析統(tǒng)計結(jié)果，保障電站經(jīng)濟(jì)安全運行的角度，定義了各子系統(tǒng)功能。

2 系統(tǒng)組成

水情信息自動采集系統(tǒng)是水調(diào)自動化系統(tǒng)的基本子系統(tǒng)，也是太平灣水電站以水情自動測報系統(tǒng)為基礎(chǔ)建設(shè)的水調(diào)系統(tǒng)的最早雛形，隨著通信和計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，需大幅拓展水庫調(diào)度工作預(yù)報范圍，增加防汛報警功能，利用采集到的氣象信息和衛(wèi)星云圖信息，提高各項水文、雨水情等信息的實時性和準(zhǔn)確性，有效保證水文資料的完整性和代表性，利用采集的海量基礎(chǔ)信息能進(jìn)行日常的水文分析計算，為水調(diào)工作提供分析決策，保障電站經(jīng)濟(jì)安全運行，同時節(jié)省人工成本，提高工作效率，而不斷提高水調(diào)自動化系統(tǒng)水平，并滿足現(xiàn)代化管理的需求。

基于以上需求分析，太平灣水調(diào)自動化系統(tǒng)主要由水情信息自動采集系統(tǒng)、氣象信息采集處理系統(tǒng)、衛(wèi)星云圖采集處理系統(tǒng)、日常水文計算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、防汛報警系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成（見圖1）。各系統(tǒng)共享統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，獨立測報、處理采集到的信息，通過日常計算系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理后整理上傳、實時顯示，通過防汛報警系統(tǒng)報告預(yù)警水情，以更有效直觀的幫助現(xiàn)場人員完成各項工作和監(jiān)測水庫水情。

3 系統(tǒng)功能

3.1 水情信息自動采集系統(tǒng)

圖1 太平灣電站水調(diào)自動化系統(tǒng)組成

太平灣水情信息自動采集系統(tǒng)由一個中心站、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、10個遙測站組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 太平灣水情信息自動采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 中心站

中心站設(shè)在太平灣水電站，接收各遙測站的實時采集數(shù)據(jù)，對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、加工處理后存儲，并進(jìn)行高級應(yīng)用（如洪水預(yù)報、調(diào)洪演算等），提供科學(xué)結(jié)果供水調(diào)人員進(jìn)行分析，接收軟件安裝的微機(jī)放置在電站水調(diào)值班室內(nèi)。

3.1.2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)即通信方式。太平灣水情自動測報系統(tǒng)建立后經(jīng)過數(shù)次改造，由最初的超短波通信方式逐步升級，經(jīng)歷了超短波、GSM和衛(wèi)星混用模式，到目前的全GSM通信方式。應(yīng)用GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的短信息服務(wù)業(yè)務(wù)進(jìn)行水情數(shù)據(jù)信息的傳輸，是利用GSM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，通過無線控制信道進(jìn)行傳輸，經(jīng)短信息服務(wù)業(yè)務(wù)中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能，它具有不必建立單獨的通信網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備簡單、功耗及價格低，通信質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。近年，隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的廣泛擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日臻完善，采用這種通信方式的優(yōu)勢性也越加明顯。

3.1.3 遙測站

隨著通信組網(wǎng)的升級優(yōu)化，太平灣水情自動測報系統(tǒng)淘汰了所有中繼站，如今10個測站完成太平灣上游干流鴨綠江渭源以下、支流渾江沙尖子以下總面積達(dá)7 161 km2的預(yù)報區(qū)間內(nèi)的水雨情信息的采集、傳輸和預(yù)處理。遙測站主要由傳感器、采集終端（RTU）、電源系統(tǒng)、通信設(shè)備、防雷設(shè)備等組成。自動完成水文數(shù)據(jù)的采集、存儲和向中心站傳輸，并能對于人工觀測的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行人工置數(shù)，接收中心站傳送的參數(shù)并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自我修改。遙測站結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。

圖3 遙測站結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)實際需要太平灣水電站設(shè)有水位、雨量站和單一雨量站兩種類型測站。5個水位、雨量測站布設(shè)地點分別為：水豐上游、水豐下游、太平灣上游、太平灣下游和渭源，測量站點的水位和雨量值；5個單一雨量站分別為：大路、沙尖子、太平哨、河口、紅石，僅測量測站降雨量。水位測量根據(jù)各測站地理位置和水文地質(zhì)情況采用氣泡式或浮子式，雨量計均統(tǒng)一選用精度較高的翻斗式。

3.1.4 遙測水位計和雨量計設(shè)備

終端系統(tǒng)采用的是新一代MB12多功能水文遙測終端系統(tǒng)。該終端系統(tǒng)可實現(xiàn)接入、發(fā)送、采集、現(xiàn)場設(shè)置、遠(yuǎn)程設(shè)置、校時、加電控制、狀態(tài)報告、檢測調(diào)試、人工置數(shù)、固態(tài)存儲、主備切換、通信記錄查詢等功能。與歷代使用設(shè)備比較智能性較強(qiáng)，大幅提高人工效率和設(shè)備穩(wěn)定性。

3.1.5 遙測站工作原理

遙測站負(fù)責(zé)將雨量、水位、氣象、測站運行狀態(tài)等信息實時傳送到中心站，并負(fù)責(zé)接收遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置。太平灣水情測報系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集采用觸發(fā)采樣的工作方式，參數(shù)修改時采用觸發(fā)采樣。

3.2 氣象信息采集處理系統(tǒng)

氣象信息采集處理系統(tǒng)主設(shè)備采用WXT510維薩拉WINDCAP?傳感器自動采集溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速；采用同品牌RAINCAP?傳感器采集降水等氣象數(shù)據(jù)。

通過系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)對常規(guī)氣象要素進(jìn)行實時遙測，對各時段氣象數(shù)據(jù)按照專業(yè)規(guī)范進(jìn)行計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可按照用戶需要隨時進(jìn)行瀏覽、打印。系統(tǒng)還設(shè)有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能，在廠局域網(wǎng)上任何一臺計算機(jī)都可瀏覽到實時氣象信息。如圖4所示。

圖4 氣象信息采集處理系統(tǒng)界面

同時氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)納入到了水庫調(diào)度數(shù)據(jù)庫中，整合了水庫調(diào)度統(tǒng)一平臺，使水庫調(diào)度數(shù)據(jù)庫更加規(guī)范，為水庫調(diào)度、防汛度汛和電廠發(fā)電經(jīng)濟(jì)運行及時地準(zhǔn)確提供重要氣象專業(yè)信息。

3.3 衛(wèi)星云圖采集處理子系統(tǒng)

衛(wèi)星云圖采集處理系統(tǒng)采用北京中科院圖像技術(shù)有限公司研發(fā)的日本MTSAT靜止氣象衛(wèi)星云圖接收系統(tǒng)，包括接收設(shè)備和分析軟件兩部分組成。MTSAT靜止氣象衛(wèi)星是目前世界上先進(jìn)的高清氣象衛(wèi)星，圖像清晰度高，可用于接收、處理靜止、極軌衛(wèi)星所拍攝的高分辨率數(shù)字化資料，全天候提供對天氣變化、降雨區(qū)移動、臺風(fēng)位置、臺風(fēng)路徑預(yù)測等天氣現(xiàn)象進(jìn)行的監(jiān)測；可對衛(wèi)星云圖產(chǎn)品進(jìn)行放大、增強(qiáng)、動畫、云頂溫度等值線等操作并可將數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)庫，結(jié)合其它氣象資料綜合進(jìn)行氣象趨勢預(yù)報等。通過設(shè)備接收云圖后系統(tǒng)分析軟件可以自動分析處理接收信息，預(yù)測云層厚度、云團(tuán)降水量和短期天氣情況，對電站的水庫調(diào)度特別是汛期防汛抗洪工作非常有利。

3.4 日常水文計算系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是整個水調(diào)自動化系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，除氣象、衛(wèi)星單邊信息的獨立運行，與電站相關(guān)的所有水文信息均通過該系統(tǒng)處理和管理，是系統(tǒng)的統(tǒng)一“管家”。該系統(tǒng)采用flex技術(shù)作為web前段開發(fā)工具，后臺軟件邏輯采用.net3.5framework開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用Microsoft公司的SQLserver2005。各個功能模塊協(xié)調(diào)工作，很好地實現(xiàn)了水調(diào)自動化系統(tǒng)自動采集數(shù)據(jù)、自動計算、人工干預(yù)等功能。

3.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

日常計算系統(tǒng)由8部分組成，主要包括遙測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、短信自動發(fā)送、后臺報表自動計算、電字自動采集、web數(shù)據(jù)平臺展示、脫機(jī)計算、大屏幕顯示等功能，各個功能模塊訪問同一個水調(diào)數(shù)據(jù)庫。框架如圖5所示：

圖5 日常水文計算系統(tǒng)組成

3.4.2 各模塊功能

（1）遙測數(shù)據(jù)自動采集。將水情自動測報系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)用于每日水文計算。遙測數(shù)據(jù)接收模塊主要通過串口采集自動測報系統(tǒng)遙測站發(fā)來的信息，將各個遙測站采集到的水位、雨量實時信息寫入數(shù)據(jù)庫。采集數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r顯示在系統(tǒng)中，使用者可以判斷各個遙測站采集到的數(shù)據(jù)是否正確。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的功能主要是將遙測站采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，把實時水位通過算法整理成小時水位，存入小時數(shù)據(jù)庫。把小時雨量整理為1 h雨量、3 h雨量、6 h雨量。

（3）短信發(fā)送模塊。短信自動發(fā)送模塊可以靈活設(shè)置短信發(fā)送目的號碼、發(fā)送內(nèi)容、發(fā)送時間，通過以上3種屬性的組合，最終實現(xiàn)短信定時、定內(nèi)容、定人發(fā)送模式。同時短信發(fā)送模塊還兼有報警功能，當(dāng)水位或者雨量超過設(shè)定的值，短信發(fā)送模塊自動將信息發(fā)送給知道手機(jī)號碼。

（4）后臺報表自動計算。該模塊可以讓用戶設(shè)定各個報表的計算時間，達(dá)到報表自動計算的目的。同時，在報表計算結(jié)束后，自動將計算結(jié)構(gòu)傳輸?shù)綎|電數(shù)據(jù)庫。以及定時生成水情電報。通過報表自動計算，可以減少值班人員的勞動強(qiáng)度，減輕工作量。

（5）電字自動采集。電字自動采集，可以設(shè)定時間，自動采集長MIS系統(tǒng)的電字。如果因為網(wǎng)絡(luò)等其他問題導(dǎo)致自動采集電字失敗，則可以采用手動采集電字功能，采集某一時間段的電字。

（6）Web數(shù)據(jù)平臺。Web數(shù)據(jù)平臺是該系統(tǒng)中最重要的組成部分，采用flex作為前端編程工具。Flex技術(shù)是富客戶端技術(shù)，它能夠創(chuàng)建個性化的豐富多媒體應(yīng)用程序，極大提高用戶體驗，徹底革新人于Web的交換關(guān)系。Flex技術(shù)使B/S結(jié)構(gòu)表現(xiàn)層的開發(fā)層次分明，結(jié)構(gòu)完整協(xié)調(diào)，在提供強(qiáng)大的華麗表現(xiàn)的同時，大大節(jié)約維護(hù)成本。

Web數(shù)據(jù)平臺主要功能包括實時數(shù)據(jù)顯示修改、時段數(shù)據(jù)顯示修改、各類報表的顯示以及重新計算、東電數(shù)據(jù)的修改以及上傳、水情電報的顯示等功能。Web數(shù)據(jù)平臺的開發(fā)，使得使用者無論在何地，只要有網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連，都可以隨時訪問到水情數(shù)據(jù)，并且可以對水情數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，大大簡化了人員維護(hù)成本。計算系統(tǒng)Web圖示如圖6。

（7）脫機(jī)計算。脫機(jī)計算功能主要應(yīng)用于在網(wǎng)絡(luò)不通的情況下，不能通過自動計算或者訪問Web數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行報表計算時使用。使用者通過兩個電站的上下游水位等數(shù)據(jù)，自動將流量等數(shù)據(jù)計算出來。

圖6 計算視圖Web圖

（8）大屏幕數(shù)據(jù)顯示。該模塊主要是將實時的水位雨量等值顯示在大屏幕上，在汛期時通過該程序可以將水位雨量值實時顯示，為防洪等工作提供決策支持。

3.5 電量、水情數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

太平灣水電站電量、水情數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)服從國家電網(wǎng)東北分部水電廠水情信息統(tǒng)一管理要求和調(diào)度，通過系統(tǒng)軟件從相應(yīng)數(shù)據(jù)庫讀出電量、水情信息，并完成統(tǒng)計、計算、生成報表；經(jīng)過容量為2M的專用通信通道自動上傳到東北分部調(diào)度中心，滿足水電站水情信息傳輸?shù)募皶r性和準(zhǔn)確性要求，避免人工錄入時發(fā)生的誤報漏報，提高工作效率，為電網(wǎng)系統(tǒng)水電站同業(yè)對標(biāo)統(tǒng)一管理和汛期上級防汛決策信息的實施部署提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障。

3.6 防汛報警子系統(tǒng)

太平灣水電站防汛報警子系統(tǒng)通過獨立運行的系統(tǒng)功能實現(xiàn)異常信息值班室有聲報警和短信通知報警，增強(qiáng)各測報系統(tǒng)的信息甄別率和系統(tǒng)安全度。通過此系統(tǒng)設(shè)定水位、水量、降雨量等水情、氣象信息的報警值，當(dāng)出現(xiàn)報警值或水情自動測報系統(tǒng)異常時系統(tǒng)自動發(fā)出報警，控制報警燈以及報警音響開啟，同時向系統(tǒng)設(shè)定的檔案中人員手機(jī)發(fā)送報警短信息。

該系統(tǒng)雖然是服務(wù)系統(tǒng)，但通過讀取其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息有形鏈接了各子系統(tǒng)，提高水調(diào)自動化系統(tǒng)的完整統(tǒng)一性。

4 結(jié)語

太平灣水電站水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)由多元化、多要素子系統(tǒng)統(tǒng)一整合，系統(tǒng)逐一建設(shè)開發(fā)水調(diào)專業(yè)相關(guān)水文要素信息的自動化采集、傳輸系統(tǒng)，擴(kuò)展業(yè)務(wù)范疇衍生出配套的計算和信息處理系統(tǒng)，以更全面的輔佐現(xiàn)場生產(chǎn)人員完成各項工作，不斷推進(jìn)電站水庫調(diào)度工作的自動化發(fā)展進(jìn)程，符合工作實際需求和水電站自動化、智能化發(fā)展趨勢，為防洪安全和電站經(jīng)濟(jì)運行提供水調(diào)專業(yè)最精準(zhǔn)有效的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障。

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Reservoir regulating automation system of Taiping Wan Hydropower station

WEI Ying,ZHU Lin
（Taiping Gulf Hydropower Plant of Northeast Branch of State Grid,Dandong 118000,China）

An introduction was made on the general information and the water scheduling system of Taiping Wan Hydropower station.The author presented the composition of system,the structures and functions of various subsys?tems,including the automatic hydrological information acquisition system,meteorological information acquisition and processing system,satellite images acquisition and processing subsystem,daily hydrologic computing system,power and regime data transmission system,flood control alarm subsystem.

Reservoir regulating automation system;telemetry station;Taiping Wan Hydropower station

TV697.1

B

1003-1510（2016）02-0079-05

2016-00-00

魏 櫻（1979-），女，青海西寧人，國家電網(wǎng)東北分部太平灣電廠工程師，學(xué)士，主要從事水電站運行、管理。