鄭文　薛曄

摘 要：文章介紹了智能化水電站的特點(diǎn)；電站總體結(jié)構(gòu)在邏輯上分為應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用支撐平臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)施等；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：智能化水電站；總體結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

國(guó)家電網(wǎng)公司于2009年提出“建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)”目標(biāo)，并制定了“統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃”。隨著智能電網(wǎng)的不斷構(gòu)建與完善，智能化水電站的研究與建設(shè)已經(jīng)成為新建水電站的發(fā)展目標(biāo)。

目前，我國(guó)大型水電站運(yùn)行已步入智能化和信息化時(shí)代，水電站的安全穩(wěn)定和高效運(yùn)行越來(lái)越成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的重要支撐。智能化水電站以“無(wú)人值班（少人值守）”運(yùn)行模式為基礎(chǔ)，以“數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、信息預(yù)測(cè)精確化、調(diào)度決策最優(yōu)化、運(yùn)行控制一體化”為特征，以電站設(shè)施可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行安全性為中心，準(zhǔn)確地滿足流域水情和電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度要求，實(shí)現(xiàn)電站社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)。

1 智能化水電站的特點(diǎn)

智能化水電站是一種無(wú)逢連接的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，其特征是采用基于IEC61850 協(xié)議，通過(guò)設(shè)備的功能接口和通信的標(biāo)準(zhǔn)化，為自動(dòng)化系統(tǒng)提供一個(gè)開(kāi)放的統(tǒng)一平臺(tái)，滿足不同類型監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制與調(diào)節(jié)設(shè)備的集成和交互。不同廠家的產(chǎn)品可以在本地交互或者與遠(yuǎn)方系統(tǒng)進(jìn)行交互和信息共享，使水電站系統(tǒng)的功能易于擴(kuò)展并可以兼容第三方產(chǎn)品等。隨著電子式電流電壓互感器、智能化開(kāi)關(guān)、在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)的發(fā)展，所有數(shù)據(jù)均以數(shù)字量的形式按統(tǒng)一的通信協(xié)議傳輸，站內(nèi)的各個(gè)智能設(shè)備之間具有良好的互操作性。智能化水電站中IEC61850重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等與發(fā)電生產(chǎn)有關(guān)的設(shè)備。智能電站的內(nèi)涵首先表現(xiàn)出數(shù)字化的特點(diǎn)。主要包括：

（1）數(shù)據(jù)采集數(shù)字化

采用數(shù)字化電氣量測(cè)系統(tǒng)（如光電式互感器或電子式互感器）采集電流、電壓等電氣量，實(shí)現(xiàn)一、二次系統(tǒng)在電氣上的有效隔離，增大了電氣量的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍并提高了測(cè)量精度，從而為實(shí)現(xiàn)信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)分層分布化

IEC61850協(xié)議提出了過(guò)程層、間隔層、站控層的三層結(jié)構(gòu)模型，建議采用面向?qū)ο蠼！④浖?fù)用、高速以太網(wǎng)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以便滿足電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性的要求，同時(shí)有效地解決異構(gòu)系統(tǒng)之間的信息互通、裝置的自我描述和互操作以及系統(tǒng)的擴(kuò)展性等問(wèn)題，為實(shí)施水電站分層分布式方案提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）系統(tǒng)建模標(biāo)準(zhǔn)化

IEC 61850 確立了電力系統(tǒng)的建模標(biāo)準(zhǔn)，為自動(dòng)化系統(tǒng)定義了統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的信息模型和信息交換模型，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的互操作性及信息共享。

（4）信息交互網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)字化水電站采用低功率、數(shù)字化的新型互感器代替常規(guī)互感器，將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號(hào)。水電站內(nèi)設(shè)備之間通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，二次設(shè)備不再出現(xiàn)功能重復(fù)的I/O接口，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，即通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)及資源共享。

（5）信息應(yīng)用集成化

常規(guī)水電站的監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、量測(cè)與計(jì)量等裝置幾乎都是功能單一、相互獨(dú)立的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)往往存在硬件配置重復(fù)、信息不共享及投資成本大等缺點(diǎn)。而數(shù)字化變電站則對(duì)原來(lái)分散的二次系統(tǒng)裝置進(jìn)行了信息集成及功能優(yōu)化處理，因此有效地避免了上述問(wèn)題的發(fā)生。IEC針對(duì)電力系統(tǒng)操作與運(yùn)行制定了一整套標(biāo)準(zhǔn)，以逐步統(tǒng)一電力系統(tǒng)內(nèi)各自動(dòng)化系統(tǒng)的信息模型和信息交換模型，消除由于缺乏統(tǒng)一建模和系統(tǒng)異構(gòu)而導(dǎo)致的各種“信息孤島”。

2 智能化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能水電站是由先進(jìn)、可靠、節(jié)能、環(huán)保、集成的設(shè)備組合而成，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為信息傳輸基礎(chǔ)，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)以及流域水文測(cè)報(bào)、大壩監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、水庫(kù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用功能。包括標(biāo)準(zhǔn)化的信息采集系統(tǒng)；分層分布的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；一體化的信息平臺(tái)；智能化的高級(jí)應(yīng)用技術(shù)等。從邏輯上分為應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用支撐平臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)施三層結(jié)構(gòu)。

a.應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)：是用戶直接使用的與業(yè)務(wù)有關(guān)的各子系統(tǒng)集合，以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，包括實(shí)時(shí)生產(chǎn)各系統(tǒng)、非控制實(shí)時(shí)生產(chǎn)各系統(tǒng)、生產(chǎn)管理各系統(tǒng)、管理信息各系統(tǒng)等。高級(jí)應(yīng)用則是在各應(yīng)用系統(tǒng)的常規(guī)功能基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)深層次的應(yīng)用，根據(jù)不同用戶的需要對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)用處理進(jìn)而完成各種高級(jí)功能。

b.應(yīng)用支撐平臺(tái)：以應(yīng)用服務(wù)器、中間件技術(shù)為核心的基礎(chǔ)軟件技術(shù)支撐平臺(tái)，其作用是實(shí)現(xiàn)資源的有效共享和各應(yīng)用系統(tǒng)的互連互通，為應(yīng)用系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持、多種服務(wù)及運(yùn)行環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間、應(yīng)用系統(tǒng)與其他平臺(tái)之間進(jìn)行信息交換、傳輸、共享的核心。應(yīng)用支撐平臺(tái)主要包括：應(yīng)用組件、公共服務(wù)、應(yīng)用交互、基礎(chǔ)支撐等4個(gè)部分。

c.基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)：基礎(chǔ)設(shè)施主要是完成各類信息從采集到數(shù)據(jù)的傳輸、加工處理、存儲(chǔ)和展示等全過(guò)程的軟硬件設(shè)備等，是智能化水電站建設(shè)的基礎(chǔ)。包括智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理系統(tǒng)以及系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)體環(huán)境。

3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能水電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在邏輯功能上宜由站控層、間隔層和過(guò)程層三層設(shè)備組成，并采用分層、分布、開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由過(guò)程層及站控層兩層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接，整個(gè)體系結(jié)構(gòu)為“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，并通過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入智能水電站集控層，如圖1所示。

過(guò)程層由電子式互感器、合并單元、智能單元等構(gòu)成，完成與機(jī)械、一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制命令的執(zhí)行等。

間隔層由保護(hù)、勵(lì)磁、調(diào)速、測(cè)控、監(jiān)測(cè)、安穩(wěn)等若干個(gè)子系統(tǒng)組合而成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成對(duì)本間隔設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

站控層由主機(jī)、操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、其它二次各種功能站構(gòu)成，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層、過(guò)程層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并與調(diào)度通信中心通信。

過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程層設(shè)備、間隔層設(shè)備間的連接；站控層網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備、站控層設(shè)備間的連接，并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隔離后接入電站集控層。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能水電站以提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行水平為目標(biāo)，利用先進(jìn)可靠的控制系統(tǒng)和安全高效的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以實(shí)時(shí)控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度、設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)電站的實(shí)際需求，插接各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)信息的實(shí)時(shí)溝通及分析，使整個(gè)系統(tǒng)可以良性互動(dòng)與高效協(xié)調(diào)。實(shí)現(xiàn)流域水資源利用最優(yōu)化，達(dá)到電站整體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)，使電站效益最大化。

第一作者簡(jiǎn)介：鄭文（1972-），女，碩士，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方面的研究，副教授。