胡波

摘 要： 水電作為清潔、易于開發(fā)、具有多種效益的資源，在水利、能源、電力事業(yè)中都占有重要地位，因此水力發(fā)電工程必須得到重視。筆者淺要分析了水力發(fā)電自動(dòng)化系統(tǒng)中存在的問題，并針對(duì)這些問題提出了一些可行性建議。

關(guān)鍵詞： 水力發(fā)電系統(tǒng)；自動(dòng)化；問題

水利水電樞紐工程一般是綜合利用的，往往同時(shí)承擔(dān)著發(fā)電、防洪、航運(yùn)、灌溉、漁業(yè)等多項(xiàng)任務(wù)，是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)。要完成這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，并使系統(tǒng)的綜合效益最優(yōu)，僅靠人工來進(jìn)行控制，其困難是可想而之，即使是采用一些基于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備的分散控制也很難達(dá)到目的，在這樣的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中引入基于數(shù)據(jù)中心的集散控制勢(shì)在必行。因此在水力發(fā)電工程中自動(dòng)化系統(tǒng)則應(yīng)該受到相應(yīng)重視。

一、水力發(fā)電系統(tǒng)中存在的問題

在水力發(fā)電系統(tǒng)中，存在著如下幾個(gè)問題。

1.控制、維護(hù)、管理三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展極不平衡。

控制領(lǐng)域的自動(dòng)化與信息化的發(fā)展相對(duì)最早，但是現(xiàn)有的管理自動(dòng)化系統(tǒng)大多只處理財(cái)務(wù)管理、人事管理、物料管理等，很少涉及技術(shù)管理。維護(hù)領(lǐng)域的自動(dòng)化與信息化發(fā)展時(shí)間最晚，目前只停留在計(jì)劃維修和事后維修階段，也即只處于手工化階段。只是在90年代中期以來，國(guó)外才開始研究狀態(tài)維修、預(yù)知維修、遠(yuǎn)程維修等技術(shù)，而在我國(guó)，則僅處于開始階段。

2.控制、維護(hù)、管理三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域互相分離。

即組織結(jié)構(gòu)上三者屬三個(gè)不同的部門，信息互不交流或很少交流，決策互不聯(lián)系。實(shí)際上，各個(gè)領(lǐng)域的決策均有賴于其他兩個(gè)領(lǐng)域的狀況及信息。顯然，三個(gè)領(lǐng)域相互分離是不合理的。

3.環(huán)境問題。

做任何事情都必須付出代價(jià)，同樣水電工程也是如此，因此一些水力工程導(dǎo)致的環(huán)境問題可以歸納為以下兩個(gè)方面：

（1）自然環(huán)境方面，工程興建，對(duì)水文條件的改變，對(duì)水域床底形態(tài)的沖淤變化，對(duì)水質(zhì)、小氣候、地震、土壤和地下水的影響，對(duì)動(dòng)植物、對(duì)水域中細(xì)菌藻類、對(duì)魚類及其水生物的影響，對(duì)景觀和上、中、下游及河口的影響等。

（2）社會(huì)環(huán)境方面，工程興建對(duì)人口遷移，土地利用，人群的健康和文物古跡的影響以及因防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉、旅游等產(chǎn)生的環(huán)境效益等。

二、解決水力發(fā)電自動(dòng)化系統(tǒng)問題的一些建議

水力發(fā)電過程自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)正沿著為解決上述幾個(gè)問題的方向發(fā)展，即一方面將控制、維護(hù)、管理三個(gè)領(lǐng)域提高到同一個(gè)智能化、信息化、自動(dòng)化的水平；另一方面將三者集成為一個(gè)統(tǒng)一的信息系統(tǒng)，即智能控制-維護(hù)-管理集成系統(tǒng)。最后還要關(guān)注環(huán)境問題使得水力工程系統(tǒng)得到綜合的最優(yōu)利用。

1.集成化

集成化包括以下幾層含義。功能集成即把控制、維護(hù)、管理三個(gè)功能集成為一個(gè)整體。今后，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，還可能把更多的功能集成起來。

目標(biāo)集成即把性能、可靠性、效益等子目標(biāo)集成為統(tǒng)一的目標(biāo)，使企業(yè)整體最優(yōu)、整體效益最大。

信息集成即把整個(gè)企業(yè)的各種信息有機(jī)地組成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)。自然，在一個(gè)信息集成系統(tǒng)中，必須保證信息的統(tǒng)一性、協(xié)同性、互操作性，妥善解決信息的矛盾與沖突。

系統(tǒng)集成即從硬件角度而言，系統(tǒng)能根據(jù)本身需要，集各家之所長(zhǎng)，采用不同供貨商的產(chǎn)品，自然，這里要解決不同設(shè)備的互操作性問題；從軟件角度而言，采用用戶友好的基于圖形的可視化組態(tài)軟件構(gòu)筑系統(tǒng)，既可用于仿真，亦可用于實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件。

2.智能化

為使系統(tǒng)達(dá)到上述的目標(biāo)，必須提高整個(gè)系統(tǒng)及其各個(gè)組成部分的智能度，即要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)智能化、操作智能化、決策智能化。所謂智能化，即整個(gè)系統(tǒng)、各個(gè)領(lǐng)域（控制、維護(hù)、管理）、與生產(chǎn)過程直接相連的檢測(cè)裝置、執(zhí)行裝置等，均具有目標(biāo)分析、狀態(tài)及故障分析、行為及態(tài)勢(shì)分析、決策分析的能力。

3.分布化

在一個(gè)龐大的集成系統(tǒng)中，部署分布必須合理，包括任務(wù)分布化、智能分布化。集成與分布相結(jié)合才能使各個(gè)部分盡職盡責(zé)、保質(zhì)保量、安全可靠，整個(gè)系統(tǒng)分工明確、信息互通、運(yùn)行有序，從而使整個(gè)系統(tǒng)在整體上獲得最優(yōu)的性能（質(zhì)量）、可靠性（可利用率）和效益（經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益）。

4.開放性

開放性包括如下幾重含義：一個(gè)系統(tǒng)能博采眾長(zhǎng)，即選用不同供貨單位且性能/價(jià)格比最合理的設(shè)備；根據(jù)發(fā)展的需要，在硬件上可以增加新的設(shè)備或子系統(tǒng)，在軟件上可以增設(shè)新的功能，而且后者能與原來的系統(tǒng)構(gòu)成完整的整體。這樣，就大大提高了系統(tǒng)的可利用率，延長(zhǎng)了使用周期或壽命。

5.促進(jìn)水力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

水力發(fā)電自動(dòng)化系統(tǒng)要結(jié)合發(fā)電、防洪、灌溉、航運(yùn)、漁業(yè)等的優(yōu)化調(diào)度，以達(dá)到綜合效益最優(yōu)。關(guān)鍵是為了使水力發(fā)電自動(dòng)控制適應(yīng)水資源的綜合利用。例如可以進(jìn)行：

（1）魚道設(shè)置、大壩對(duì)上、下游生物的影響、景觀設(shè)計(jì)等。

（2）自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)從基于DDC的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制發(fā)展到基于數(shù)據(jù)庫(kù)的管理中心集散控制，并結(jié)合發(fā)電、防洪、灌溉、航運(yùn)、漁業(yè)等的優(yōu)化調(diào)度，以達(dá)到綜合效益最優(yōu)。

因此結(jié)合具體水利工程進(jìn)行探討研究是十分必要的，這樣有利于我國(guó)水力發(fā)電自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)。更有利于我國(guó)水利工程與環(huán)境持續(xù)、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。因此，在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，必須全面了解其對(duì)環(huán)境影響的各個(gè)方面和影響的大小，以便有針對(duì)性的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改并且對(duì)環(huán)境面臨的問題提出防治的措施。

水力發(fā)電站是保證電網(wǎng)供電質(zhì)量的最佳選擇，發(fā)展前景廣闊。中國(guó)的水電建設(shè)方興未艾，水電裝機(jī)容量已居世界首位，三峽、龍灘、小灣等一大批巨型和大型水力發(fā)電站也在作出巨大貢獻(xiàn)。隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水力發(fā)電作為一種可再生的清潔能源必將日益得到重視和開發(fā)。因其重要性所致，水力發(fā)電過程自動(dòng)化學(xué)科必將進(jìn)一步獲得發(fā)展。其主要特征將呈現(xiàn)：集水力發(fā)電、控制理論、智能科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、信息科學(xué)與技術(shù)于一體的跨學(xué)科的學(xué)科分支。其內(nèi)容可歸結(jié)為：以控制理論、可靠性理論、智能科學(xué)為理論基礎(chǔ)；以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)為主要手段；以實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電過程控制、維護(hù)、管理綜合自動(dòng)化，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、可靠、高效的目標(biāo)。因此筆者希望借此文讓廣大電力工作者重視水力發(fā)電自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問題。樹立人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的觀念，打好能源攻堅(jiān)戰(zhàn)，做好國(guó)家建設(shè)的后盾。

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