甘肅電投河西水電開發(fā)有限責(zé)任公司 史 毅

在電網(wǎng)智能化建設(shè)不斷推進(jìn)的背景下，要求水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)具備更高的自動化、精細(xì)化和智能化的特點，傳統(tǒng)水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)中的問題無疑被逐一暴露，體系架構(gòu)不統(tǒng)一、智能化程度低等、運行人員勞動強度大、上下溝通協(xié)調(diào)不暢，構(gòu)建一體化管控平臺的經(jīng)濟運行系統(tǒng)刻不容緩，一方面，可以滿足智能水電廠一體化調(diào)控業(yè)務(wù)的個性化需求，提升服務(wù)的智能化；另一方面，可以有效解決解決管控困難系數(shù)大、維護(hù)流程復(fù)雜、綜合決策水平差等問題，實行流域式梯級電站聯(lián)合調(diào)度、異地遠(yuǎn)程集中控制和現(xiàn)地監(jiān)控結(jié)合的調(diào)度管理模式，通過有效協(xié)調(diào)電力運行系統(tǒng)與水庫調(diào)度之間的關(guān)系，從而實現(xiàn)機組間的負(fù)荷優(yōu)化，達(dá)到水量利用最大化，實現(xiàn)最優(yōu)工況經(jīng)濟運行，能夠確保電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、可靠運行的目標(biāo)，促進(jìn)智能水電廠穩(wěn)定、安全可靠的可持續(xù)發(fā)展。

1 管控平臺設(shè)計思路

傳統(tǒng)水電廠生產(chǎn)運行管理主要是依靠計算機監(jiān)控系統(tǒng)和水調(diào)自動化系統(tǒng)。這就出現(xiàn)了電力運行人員在日常工作過程中將重點關(guān)注的內(nèi)容放在計算機監(jiān)控系統(tǒng)上，集中注意力對電力運行情況進(jìn)行控制，嚴(yán)重忽視了水資源的利用情況；水庫調(diào)度人員會將關(guān)注重點放在水調(diào)自動化系統(tǒng)方面，注重對水資源的合理調(diào)度，并個根據(jù)實際運行情況編制短期的發(fā)電計劃，但是在編制發(fā)電計劃的時候并沒有對機組運行的特性、電力系統(tǒng)的負(fù)荷需求進(jìn)行充分的考慮[1]。

智能水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)的出現(xiàn)有效改變了傳統(tǒng)電力運行的模式，同時也改變了水庫調(diào)度分散管理和獨立優(yōu)化的模式，能夠站在流域水電站群的角度上考慮水資源的利用需求及電力調(diào)度過程的具體需求，對各個模塊之間的協(xié)同優(yōu)化機制進(jìn)行加強，以此來不斷提高系統(tǒng)運行的整體性和一致性[2]。為了能夠更好地實現(xiàn)這一目標(biāo)，最關(guān)鍵的一步就是需要突破傳統(tǒng)的水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)和水調(diào)自動化系統(tǒng)運行過程中的局限性，對水電公共信息模型、標(biāo)準(zhǔn)通信總線、全景數(shù)據(jù)監(jiān)視及業(yè)務(wù)集成管控技術(shù)進(jìn)行深入的研究，從而構(gòu)建完善的統(tǒng)一的一體化管控平臺。其次，基于一體化管控平臺建立完善的水電動態(tài)耦合機制，促使預(yù)報、調(diào)度、運行等模型體系更加完善，在模型基礎(chǔ)上開發(fā)全方位的業(yè)務(wù)支持功能，促使其各項預(yù)報功能、調(diào)度功能之間都可以實現(xiàn)良好的互動，從而構(gòu)建完善的閉環(huán)調(diào)度運行體系，能夠有效提高系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性。智能水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)設(shè)計思路見圖1。

圖1 智能水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)設(shè)計思路

2 總體設(shè)計方案

依據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，水電廠自動化系統(tǒng)柜可以大致分為兩大區(qū)域，生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，這兩大區(qū)均需要采用單向物理隔離裝置將其隔離。前者可以分為安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)，這兩個區(qū)的隔離需要借助硬件防火墻來實現(xiàn)。各大區(qū)業(yè)務(wù)劃分見圖2。

圖2 水電廠各安全區(qū)業(yè)務(wù)部署示意圖

每個安全區(qū)所采用的一體化管控平臺都將作為各種設(shè)備應(yīng)用的重要支撐，在不同類型業(yè)務(wù)應(yīng)用過程中二次組件開發(fā)過程中需要在安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)分別構(gòu)建相應(yīng)的運行系統(tǒng)，安全Ⅰ區(qū)構(gòu)建計算機監(jiān)控系統(tǒng)，安全Ⅱ區(qū)構(gòu)建水情水調(diào)自動化系統(tǒng)，同時管理信息大區(qū)構(gòu)建各種決策系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)[3]。除此之外，在不同的安全分區(qū)內(nèi)分別構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)同步機制對不同安全區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計，實現(xiàn)不同區(qū)域數(shù)據(jù)的同步化，可以根據(jù)具體需求配置構(gòu)建基于綜合功能的數(shù)據(jù)中心，能夠適用于全部電廠的運行，對各類業(yè)務(wù)實現(xiàn)全過程的監(jiān)控[4]。數(shù)據(jù)中心以IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在CIM／CIS 標(biāo)準(zhǔn)下實現(xiàn)具備開放式信息集成能力。將計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、故障信息管理系統(tǒng)等全部集成到安全Ⅱ區(qū)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)，將管理信息大區(qū)與生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù)中心內(nèi)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并將其融入在信息大區(qū)數(shù)據(jù)中。

3 平臺架構(gòu)

一體化管控平臺可以分為四大層：規(guī)范層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。規(guī)范層主要包括兩部分內(nèi)容：水電公共信息模型（HCIM）、水電標(biāo)準(zhǔn)通信總線（HSCB）。其中，水電公共信息模型根據(jù)水電廠的對象、屬性特征來適當(dāng)擴展IEC61850（DL/T860）的標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效幫助水電廠生產(chǎn)運行設(shè)備及相關(guān)資源實現(xiàn)統(tǒng)一化的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可以更好地面向?qū)ο蠼M織，水電廠可以實現(xiàn)統(tǒng)一化建模，信息內(nèi)容自我描述等。HSCB 需要基于兩種標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)對單元層設(shè)備與一體化數(shù)據(jù)平臺信息的交互，這兩種標(biāo)準(zhǔn)主要包括IEC61850（DL/T860）和IEC61970（DL/T890），能夠更好地實現(xiàn)系統(tǒng)運行的統(tǒng)一性、開放性。數(shù)據(jù)層通過包括兩個部分實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，通過采用分布式、跨平臺特性的水電標(biāo)準(zhǔn)通信總線來實現(xiàn)兩者之間信息數(shù)據(jù)的同步化進(jìn)行。服務(wù)層通過采用分布式的服務(wù)組件管理模式能夠?qū)崿F(xiàn)對各種后臺功能的服務(wù)。應(yīng)用層可以劃分兩個子層，分別為基礎(chǔ)應(yīng)用和專業(yè)應(yīng)用，前者在實際應(yīng)用過程中可以實現(xiàn)對畫面、報表、報警等各項功能的可視化，充分發(fā)揮各項功能的應(yīng)用價值；后者可以針對不同類型業(yè)務(wù)之間所存在的差異性完整可視化，進(jìn)一步提高各項業(yè)務(wù)的應(yīng)用能力。需要特別注意的是，建立基礎(chǔ)規(guī)范化平臺機構(gòu)，并不能僅局限在一體化管控平臺的建立和完善上，還需要與智能水電廠技術(shù)體系進(jìn)行有效的結(jié)合，充分發(fā)揮智能水電廠一體化管控平臺的應(yīng)用價值，為智能水電廠的高效運行奠定良好的基礎(chǔ)。其架構(gòu)見圖3。

圖3 一體化管控平臺總體架構(gòu)圖

通過構(gòu)建一體化管控平臺，能夠為經(jīng)濟運行系統(tǒng)提供統(tǒng)一化的運行支撐平臺。一體化平臺的構(gòu)建可以使值班人員借助平臺全面掌握平流域的水情和工情，能夠為水庫實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，合理控制電力系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的參考信息，實現(xiàn)水電廠I 區(qū)的電力運行和II 區(qū)水庫調(diào)度之間的信息互通、模型共用、功能互動、業(yè)務(wù)閉環(huán)。智能水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)運行方式見圖4。除此之外，一體化管控平臺的構(gòu)建可以有效避免智能水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)重復(fù)性的開發(fā)各種后臺服務(wù)可視化的界面及前臺可視化的界面，能夠在很大程度上降低經(jīng)濟運行系統(tǒng)構(gòu)建的難度系數(shù)，系統(tǒng)運行過程中只需要將重點放在各種智能應(yīng)用功能組件上，重點對相互協(xié)調(diào)機制進(jìn)考慮，以此來降低復(fù)雜流域水電站群一體化經(jīng)濟運行系統(tǒng)構(gòu)建的難度系數(shù)，提高其運行效率。

圖4 智能水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)運行示意

4 服務(wù)功能

4.1 數(shù)據(jù)處理

實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的檢查和處理，突出數(shù)據(jù)的完整性、有效性和合法性，并完成對數(shù)據(jù)庫的實時更新和優(yōu)化。生成各種事故報警記錄，遇到各類事故可以及時發(fā)出事故報警音響，或者起到語音報警、綜合報警服務(wù)等作用。根據(jù)實時數(shù)據(jù)完成對各個時間段數(shù)據(jù)整理編輯、類型統(tǒng)計及異步計算。計算方法、計算周期、計算參數(shù)可以按照實際需求進(jìn)行組態(tài)[5]。實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙機冗余或者多機冗余備份。具有腳本計算功能，采用語言或者圖形的方式完成腳本的編輯，腳本在執(zhí)行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)圖形的監(jiān)視，支持單步調(diào)試功能，并且可以構(gòu)建以其為標(biāo)準(zhǔn)的平臺為其他相關(guān)設(shè)備提供腳本引擎服務(wù)。

4.2 圖元庫

公共圖元庫，基點、線、面、表格于一體的公共圖元可以作為開發(fā)不同專用合理應(yīng)用圖元的必要條件。計算機監(jiān)控圖元中包含計算機監(jiān)控業(yè)務(wù)中有關(guān)發(fā)電機組、斷路器等多種圖元內(nèi)容。水情水調(diào)圖元，涉及有關(guān)水情水調(diào)業(yè)務(wù)中所需要的各種圖元，例如年線柱圖、計劃分析曲線、多站棒圖等。大壩安全監(jiān)測圖元，主要作用就是將大壩安全監(jiān)測業(yè)務(wù)中所涉及的各種圖形清晰地展示出來，最常應(yīng)用的包括大壩過程圖、布置圖等。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測圖元，作為主設(shè)備對業(yè)務(wù)中所涉及的各種圖元進(jìn)行監(jiān)測。

4.3 報表

報表編輯部分可以直接利用報表系統(tǒng)函數(shù)庫為報表計算提供時間函數(shù)、算數(shù)、各種專業(yè)計算的函數(shù)，可以有效滿足常規(guī)報表計算過程中的實際需求。用戶可以直接根據(jù)目的要求，直接對不同類型的函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)擴充。報表支持自動完成日報表、月報表的生成。報表模型設(shè)置完成后，根據(jù)設(shè)置的具體信息數(shù)據(jù)，可以按照時間自動生成所需要的報表。

4.4 權(quán)限管理

為不同類型業(yè)務(wù)提供具有權(quán)限管理服務(wù)的公共設(shè)備，能夠針對不同業(yè)務(wù)的實際需求提供相應(yīng)的角色管理、視圖及其映射等多項功能，可以在很大程度上加強對使用者權(quán)限的高度保護(hù)，保障用戶自身的經(jīng)濟效益，同時還可以為其提供多方面的權(quán)限控制，主要包括菜單、應(yīng)用、類型、屬性等。

4.5 綜合報警

通過設(shè)定統(tǒng)一化的報警協(xié)議可以有效實現(xiàn)系統(tǒng)各種信息的集中報警，統(tǒng)一接收并報送一體化管控平臺系統(tǒng)Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、管理信息大區(qū)及所有子系統(tǒng)中所涉及的實時報警信息。能夠完全對報警信元、報警準(zhǔn)則、策略方式進(jìn)行組態(tài)[6]；同時實時報警判斷功能還可以采用單值或者多值聯(lián)合的方進(jìn)行；具有歷史報警信息記錄的查詢功能。

4.6 二維GIS 展示

平臺能夠直觀展示平二維GIS 的功能，能夠為用戶提供GIS 服務(wù)，可以對地圖進(jìn)行瀏覽、優(yōu)化管理圖層、實施監(jiān)視信息數(shù)據(jù)、查詢地圖屬性，分析等值線面等，準(zhǔn)確查詢和監(jiān)測不同時段的數(shù)據(jù)，并提供分析和統(tǒng)計多種數(shù)據(jù)的功能。

綜上所述，本文對智能水電廠經(jīng)濟運行系統(tǒng)進(jìn)行了整體的分析，系統(tǒng)基于一體化管控平臺對水電廠不同類型的業(yè)務(wù)和功能需求進(jìn)行分析和設(shè)計，有效打破了傳統(tǒng)水電廠生產(chǎn)運行管理模式對水電廠經(jīng)濟運行的約束和限制，能夠真正完整數(shù)據(jù)統(tǒng)一化的交互功能，提升水電廠安全經(jīng)濟運行的水平，提高水資源的利用率。在未來特高壓電網(wǎng)建設(shè)、風(fēng)光電源接入電網(wǎng)規(guī)模的大規(guī)模擴大及電力體制改革的推進(jìn)下，逐漸增加了對水電互補調(diào)節(jié)的具體需求，這就需要對智能水電廠一體化管控平臺的業(yè)務(wù)方式、水電廠竟報價策略仿真分析、決策支持等方面進(jìn)行深入的研究，促使水電廠可以緊跟時代步伐，更好地適應(yīng)新的環(huán)境需求，為高效提高智能水電廠一體化管控系統(tǒng)運行的安全性奠定良好的基礎(chǔ)。