唐曉劍

（湖南省永州盛湘電力開(kāi)發(fā)有限公司瀟湘水電站，湖南 永州 425000）

水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)在梯級(jí)電站流域調(diào)度中的應(yīng)用

唐曉劍

（湖南省永州盛湘電力開(kāi)發(fā)有限公司瀟湘水電站，湖南 永州 425000）

以瀟湘水電站為例，詳盡介紹了水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)造和工作原理，分析了水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)在梯級(jí)電站流域調(diào)度應(yīng)用中的重要作用和意義，為類似應(yīng)用提供有益借鑒。

水調(diào)系統(tǒng)；基本構(gòu)造；工作原理；調(diào)度應(yīng)用

1 引言

瀟湘水電站位于湖南境內(nèi)瀟水和湘江兩河交匯處，為湘江干流流域規(guī)劃中的第二個(gè)梯級(jí)水電站，地處永州市城市中心。設(shè)計(jì)安裝4臺(tái)13 MW燈泡貫流式機(jī)組，首臺(tái)機(jī)組于2002年5月并網(wǎng)發(fā)電。

瀟湘水電站投運(yùn)的前些年，水庫(kù)調(diào)度主要是根據(jù)水庫(kù)和機(jī)組的有關(guān)特性及設(shè)計(jì)參數(shù)，憑借積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展，對(duì)上游水情的了解也是通過(guò)與上游電站有限的短信、電話聯(lián)系實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確性、及時(shí)性、完整性都相對(duì)較差，不利于充分利用水源發(fā)電和防汛抗洪，也不利于整個(gè)流域的統(tǒng)一調(diào)度。隨著湘江流域各梯級(jí)水電站的建成和電力行業(yè)技術(shù)信息化、自動(dòng)化和大數(shù)據(jù)時(shí)代的不斷推進(jìn)，僅憑經(jīng)驗(yàn)和電話、短信開(kāi)展水庫(kù)調(diào)度的方式已越來(lái)越不適應(yīng)時(shí)代的要求。2014年11月，按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的要求，瀟湘水電站配置投運(yùn)了水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，提高了水庫(kù)調(diào)度的科學(xué)化和自動(dòng)化水平。通過(guò)幾年的運(yùn)行證明，該系統(tǒng)對(duì)梯級(jí)電站流域水庫(kù)調(diào)度具有重要意義，在水電站防汛抗洪和提高發(fā)電效益方面取得了很好的效用。

2 水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)造和工作原理

瀟湘水電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)采用南京南瑞集團(tuán)水利水電技術(shù)分公司產(chǎn)品，與湖南省電力公司永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，電站設(shè)分中心站和工作站，分中心站設(shè)置在專門(mén)的機(jī)房，工作站設(shè)置在電站的運(yùn)行中控室。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（2）系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

（3）數(shù)據(jù)流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)據(jù)流程圖

2.2 系統(tǒng)介紹

瀟湘水電站的水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由水情遙測(cè)采集系統(tǒng)和水調(diào)平臺(tái)系統(tǒng)組成:

（1）水情遙測(cè)采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各類水位、流量數(shù)據(jù)和機(jī)組、閘門(mén)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括4部分：①通過(guò)遙測(cè)裝置采集上游瀟水支流雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位流量信息（遙測(cè)通信采用移動(dòng)短信方式）；②由永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站從地調(diào)EMS系統(tǒng)中采集并轉(zhuǎn)發(fā)水電站的機(jī)組出力數(shù)據(jù)；③通過(guò)水電站的水位測(cè)量裝置采集電站的上、下游水位；④通過(guò)與大壩閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，自動(dòng)采集閘門(mén)開(kāi)度數(shù)據(jù)（也可手工錄入）。

（2）水調(diào)平臺(tái)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基本應(yīng)用軟件平臺(tái)和高級(jí)應(yīng)用軟件等3個(gè)部分組成。瀟湘水電站的水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)采用南瑞開(kāi)發(fā)的WDS9002應(yīng)用軟件平臺(tái)，由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、水務(wù)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、通信傳輸、人機(jī)界面、系統(tǒng)維護(hù)、人機(jī)界面編輯、web瀏覽系統(tǒng)、越限報(bào)警等十多個(gè)子系統(tǒng)組成，配置有遙測(cè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信、水務(wù)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等多個(gè)程序模塊。

2.3 主要工作原理

（1）水調(diào)自動(dòng)化裝置通過(guò)水情遙測(cè)采集系統(tǒng)按設(shè)定的時(shí)間間隔采集到上游瀟水雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位、瀟湘水電站的壩上、壩下水位、閘門(mén)開(kāi)度和機(jī)組出力等原始數(shù)據(jù)。

（2）把采集到的原始數(shù)據(jù)根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行合理性校驗(yàn)，并進(jìn)行分類、分層處理，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和歷史數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件實(shí)現(xiàn)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)整理成時(shí)段、小時(shí)、日、旬、月數(shù)據(jù)，并支持手工重算功能。其中歷史數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一整編為整點(diǎn)值、平均值、最大值、最大值時(shí)間、最小值、最小值時(shí)間，為系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)提供了快速可靠的基礎(chǔ)。

（3）通過(guò)水務(wù)計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算出各類流量數(shù)據(jù)和機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。水務(wù)計(jì)算是將數(shù)據(jù)處理形成的時(shí)段水情數(shù)據(jù)和機(jī)組、閘門(mén)數(shù)據(jù)按照編輯好的算法，以水量平衡原理進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定計(jì)算，有自動(dòng)計(jì)算和手動(dòng)計(jì)算兩種操作方式。這里必需事先將上游瀟水雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位流量曲線、瀟湘水電站水位庫(kù)容曲線、閘門(mén)開(kāi)度泄流量曲線、水頭出力流量曲線等特征圖表編入水調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中瀟湘水電站的壩前入庫(kù)流量是根據(jù)出庫(kù)流量和上游水位變化值反算得出，即Q入=Q出+△Q=Q發(fā)+ Q泄+△Q（△Q是根據(jù)水位庫(kù)容變化的速度算出的流量差值）。

（4）將經(jīng)數(shù)據(jù)處理和水務(wù)計(jì)算出的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線修改、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)查詢等功能。

（5）通過(guò)與永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站的網(wǎng)絡(luò)連接（通過(guò)光纖通道連接，采用通信中間件ComIcServer和ComApp進(jìn)行通信），向永州地調(diào)中心站上傳數(shù)據(jù)，地調(diào)中心站通過(guò)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與省調(diào)中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分為通信客戶端和通信服務(wù)端，其中通信客戶端在水電站分中心通信服務(wù)器上運(yùn)行，通信服務(wù)端在地調(diào)中心通信服務(wù)器上運(yùn)行。

（6）通過(guò)人機(jī)界面子系統(tǒng)以圖形、報(bào)表等方式展示電站水情、水務(wù)計(jì)算以及發(fā)電信息等，還可對(duì)水位、流量、閘門(mén)開(kāi)度、機(jī)組出力、電量等實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

（7）通過(guò)系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)、歷史錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的修改，對(duì)缺項(xiàng)數(shù)據(jù)的補(bǔ)數(shù)，還可對(duì)水庫(kù)、機(jī)組的靜態(tài)特性曲線進(jìn)行設(shè)置和編制。

3 水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)在梯級(jí)電站流域調(diào)度應(yīng)用中的重要意義和產(chǎn)生的效益

瀟湘水電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)自2014年11月正式投運(yùn)以來(lái)，產(chǎn)生了可觀的效益，對(duì)整個(gè)湘江流域調(diào)度具有重要意義。

3.1 對(duì)水電站水庫(kù)調(diào)度的重要作用和產(chǎn)生的效益

（1）提高了對(duì)上游水情了解的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性

瀟湘水電站處在瀟水與湘江兩河交匯后的干流上，水源來(lái)自兩條河流。電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)分別在上游瀟水75km處的雙牌電站尾水和上游湘江68km處的東安綠埠頭設(shè)置了流量遙測(cè)站，每小時(shí)傳送一次流量數(shù)據(jù)，流量從這兩個(gè)遙測(cè)站所處河段到達(dá)瀟湘水電站一般都需要8 h。這樣通過(guò)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的遙測(cè)采集，可提前8 h掌握上游來(lái)水情況及其動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。

（2）提高了電站的發(fā)電效益

通過(guò)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，電站可以及時(shí)準(zhǔn)確掌握上游水情信息，優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度，充分利用電站有效庫(kù)容，在汛期盡量減少棄水，提高水能利用率，在來(lái)水偏少的枯水期，盡可能保持高水頭運(yùn)行，減少發(fā)電耗水率，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

1）汛期減少棄水損失增加的發(fā)電效益

①汛期漲洪水時(shí)（流量超過(guò)電站全部機(jī)組發(fā)電流量且繼續(xù)增加），通過(guò)水調(diào)系統(tǒng)的水情遙測(cè)掌握上游來(lái)水情況后，可提前8 h增開(kāi)機(jī)組騰庫(kù)，取得較好的騰庫(kù)效益。每次漲洪水可提前增開(kāi)機(jī)組騰庫(kù)降低庫(kù)水位0.3～0.7 m，取平均降低水位0.5 m計(jì)算，根據(jù)瀟湘水電站的水位庫(kù)容曲線，提前騰庫(kù)容量為630萬(wàn)m3，按歷年汛期平均發(fā)電耗水率65 m3/kW·h,計(jì)算，騰庫(kù)增發(fā)電量為630/65=9.69萬(wàn)kW·h，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2015年和2016年瀟湘水電站汛期騰庫(kù)增發(fā)電量見(jiàn)表1。

表1 2015、2016年汛期騰庫(kù)增發(fā)電量

②針對(duì)瀟湘水電站水庫(kù)和機(jī)組特性，當(dāng)洪水流量超過(guò)4 500 m3/s時(shí)，因開(kāi)閘泄洪會(huì)造成停機(jī)，洪峰過(guò)后退水時(shí)，又可通過(guò)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)及時(shí)了解來(lái)水減小趨勢(shì)，及時(shí)蓄水開(kāi)機(jī)發(fā)電，取得較好的攔尾峰效益。因水頭低，按瀟湘水電站每臺(tái)機(jī)組退水時(shí)段只帶0.4萬(wàn)kW的出力，4臺(tái)機(jī)組共1.6萬(wàn)kW，若提前8 h蓄水發(fā)電，每次大洪水退水時(shí)攔尾峰增發(fā)電量為1.6×8＝12.8萬(wàn)kW·h。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2015年和2016年汛期攔尾峰增發(fā)電量見(jiàn)表2。

表2 2015、2016年汛期攔尾峰增發(fā)電量

2）枯水期，通過(guò)降低發(fā)電耗水率增加的發(fā)電效益

枯水期，來(lái)水較小，通過(guò)水調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握上游水情，合理安排機(jī)組運(yùn)行方式，保持高水位運(yùn)行，降低發(fā)電平均耗水率，增加發(fā)電量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，投入水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)后，瀟湘水電站2015年和2016年枯水期通過(guò)抬高水頭，降低發(fā)電平均耗水率，節(jié)水增發(fā)電量見(jiàn)表3。

表3 2015、2016年枯水期增發(fā)電量

（3）保證了水電站的防洪安全

水電站投入水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)后，通過(guò)水情遙測(cè)采集系統(tǒng)可及時(shí)掌握上游洪水流量信息，提前泄洪騰庫(kù)，降低庫(kù)水位，有效保證防洪安全。如瀟湘水電站2015年11月13日遇到了自1961年以來(lái)的最大冬汛，洪峰流量12 000 m3/s，電站通過(guò)水調(diào)系統(tǒng)掌握上游來(lái)水信息后，提前騰庫(kù)降低了1 m多水位，從而確保了洪峰到達(dá)時(shí)上游水位控制在安全范圍，洪水安全渡過(guò)電站大壩。2016年汛期瀟湘水電站出現(xiàn)了20次3 000 m3/s以上，13次4 000 m3/s以上和2次6 500 m3/s的洪水，均通過(guò)水調(diào)系統(tǒng)平臺(tái)及時(shí)掌握水情，提前騰庫(kù)，確保了防汛安全。

（4）有利于水電站的生產(chǎn)精益化管理

①通過(guò)充分利用水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的水文預(yù)報(bào)軟件，結(jié)合天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行電站來(lái)水預(yù)報(bào)，及時(shí)準(zhǔn)確了解上游水情，并根據(jù)上游電站的下泄流量對(duì)水量進(jìn)行分析，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和及時(shí)修改發(fā)電計(jì)劃，提高了電站的日計(jì)劃執(zhí)行率。

②水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程線、發(fā)電出力與計(jì)劃分析對(duì)比、入庫(kù)流量年比較、總電量年比較等圖形、曲線展示功能，為定期開(kāi)展發(fā)電運(yùn)行分析和研討工作提供了非常全面的技術(shù)支持。

③水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)具有水位、流量、出力等實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)查詢功能，而且還能自動(dòng)生成各類生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、旬報(bào)表和年報(bào)表，有利于水文和發(fā)電生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)工作

3.2 對(duì)整個(gè)流域調(diào)度的重要意義和產(chǎn)生的效用

瀟湘水電站為湘江干流流域規(guī)化中的第二個(gè)梯級(jí)水電站，在永州范圍內(nèi)，上游瀟水依次建有涔天河、雙牌、五里牌、南津渡等水電站，上游湘江依次建有湘江和太洲水電站，下游依次建有祁陽(yáng)、相祁等水電站，這些水電站現(xiàn)基本都投入了水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，均與永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)連接，這樣通過(guò)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)這個(gè)平臺(tái)，提高了電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和政府防汛部門(mén)對(duì)整個(gè)流域電站統(tǒng)一調(diào)度的效率，取得了很好的效果。

（1）便于電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)對(duì)同流域各梯級(jí)電站的發(fā)電統(tǒng)一調(diào)度

通過(guò)與整個(gè)流域各梯級(jí)電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)可以及時(shí)掌握流域各電站的水情、發(fā)電信息，從而制定科學(xué)的調(diào)度方案，合理安排各電站的發(fā)電計(jì)劃，汛期還實(shí)現(xiàn)有效錯(cuò)峰，減少同一流域各電站的棄水損失。這樣既提高了整個(gè)流域各級(jí)電站的發(fā)電效益，又通過(guò)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，讓電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)對(duì)小水電管理實(shí)現(xiàn)了可知、可控，改變小水電無(wú)序發(fā)電帶來(lái)的不利影響，提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。

（2）便于政府防汛部門(mén)對(duì)同流域各梯級(jí)電站的防汛聯(lián)合調(diào)度

湘江流域各梯級(jí)電站已基本建成，每級(jí)電站都存在下游電站對(duì)上游電站尾水頂托的現(xiàn)象，在汛期漲洪水時(shí)，如果下游電站還保持較高水位發(fā)電,勢(shì)必影響上游電站的泄洪，所以必須要聯(lián)合調(diào)度，統(tǒng)一開(kāi)閘泄洪，才能保證整個(gè)流域的防汛安全。通過(guò)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng),政府防汛部門(mén)可及時(shí)掌握流域各級(jí)電站的庫(kù)水位、流量情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)電站的統(tǒng)一指揮，聯(lián)合調(diào)度。如2015年永州市防汛抗旱指揮部就出臺(tái)了一個(gè)流域聯(lián)合調(diào)度方案，針對(duì)不同的洪水流量對(duì)各級(jí)電站的水位控制、提前開(kāi)閘泄洪的時(shí)間等制定了明確規(guī)定，從而確保湘江流域2015年11月遇到的特大冬汛洪峰安全通過(guò)永州區(qū)域各梯級(jí)電站，保證了上、下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

（3）有利于同流域各梯級(jí)電站的水文信息共享

通過(guò)同流域各梯級(jí)水電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)流域水情、發(fā)電信息共享，使各梯級(jí)電站及時(shí)掌握上、下游電站的機(jī)組運(yùn)行方式和開(kāi)閘泄洪情況以及水位、流量信息，從而及時(shí)調(diào)整本站的機(jī)組運(yùn)行方式，調(diào)節(jié)好閘門(mén)，控制好水位，實(shí)現(xiàn)全流域各梯級(jí)電站的協(xié)同調(diào)度，互利共贏。

4 結(jié)語(yǔ)和建議

（1）水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)涉及水文、通信、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的系統(tǒng)工程，是水電站和電網(wǎng)水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化的重要組成部分，主要進(jìn)行與水庫(kù)運(yùn)行有關(guān)的監(jiān)視、預(yù)報(bào)、調(diào)度和管理。瀟湘水電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)投入運(yùn)行兩年多的實(shí)踐證明，該系統(tǒng)在保證水電站的防洪安全和提高發(fā)電效益，保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面發(fā)揮了重要作用，為充分利用清潔可再生能源，為國(guó)家節(jié)能減排、綠色發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

（2）隨著水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)在水電站的逐步推廣應(yīng)用，今后水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)將成為電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和政府氣象、水文及防汛部門(mén)與水電站進(jìn)行信息溝通的重要平臺(tái)，是實(shí)行梯級(jí)電站流域防汛抗洪和發(fā)電生產(chǎn)聯(lián)合調(diào)度的重要渠道，并將逐步推廣短、中、長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)和發(fā)電計(jì)劃預(yù)報(bào)等高級(jí)應(yīng)用。

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[4]裴哲義.水電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展回顧與展望[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2005(03).

TV736

B

1672-5387（2017）08-0037-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.012

2017-03-16

唐曉劍（1973-），男，工程師，從事水電站運(yùn)行生產(chǎn)、水庫(kù)發(fā)電調(diào)度等管理工作。