王德寬，何飛躍，張毅

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038）

iP9000智能平臺及其應(yīng)用

王德寬，何飛躍，張毅

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038）

電力行業(yè)自動化技術(shù)已由自動化、數(shù)字化、信息化迅速向智能化方向發(fā)展。本文根據(jù)中國水電及新能源自動化應(yīng)用的需要，推出面向服務(wù)的iP9000智能平臺，向行業(yè)各種自動化、信息化應(yīng)用提供開發(fā)、運(yùn)行、集成及維護(hù)環(huán)境，支持IEC 61850，兼顧IEC 60870等目前廣泛應(yīng)用的主要規(guī)約，形成各種互聯(lián)、互通、互動的水電與新能源智能化解決方案。

iP9000；水電；新能源；智能平臺；H9000

電力行業(yè)自動化技術(shù)已由自動化、數(shù)字化和信息化迅速向智能化方向發(fā)展，水電智能化建設(shè)如火如荼，方興未艾，也已由模式研究和初步探索［1-3］逐步向系統(tǒng)開發(fā)和工程試點方向邁進(jìn)。北京中水科水電科技開發(fā)有限公司以其豐富的水電自動化以及信息化技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的經(jīng)驗，于2013年推出了面向應(yīng)用的iP9000智能平臺［4］，目前已在水電、新能源等控制系統(tǒng)工程獲得應(yīng)用。

本文將首先分析智能化水電廠解決方案的總體架構(gòu)，介紹iP9000智能平臺的架構(gòu)、功能及特點，以及水電及新能源行業(yè)的智能應(yīng)用，最后介紹該平臺的幾個工程應(yīng)用。

1 智能水電廠的概念

究竟什么是智能水電廠？我們認(rèn)為智能水電應(yīng)具有下列幾個主要技術(shù)特征：（1）信息標(biāo)準(zhǔn)化：包括統(tǒng)一的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)；（2）系統(tǒng)平臺化：統(tǒng)一的管理平臺，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺和統(tǒng)一的人機(jī)聯(lián)系界面；（3）決策智能化：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)處理功能，幫助用戶實現(xiàn)各種智能分析與決策支持，完成各種專業(yè)應(yīng)用的分析乃至決策輔助。

高度集成的統(tǒng)一信息控制平臺將成為智能水電廠不可或缺的一部分，整合監(jiān)控、水情、監(jiān)測和OTS等系統(tǒng)的資源，建立電站的全景數(shù)據(jù)統(tǒng)一平臺，標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化為各應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的服務(wù)，實現(xiàn)各專業(yè)應(yīng)用的互聯(lián)、互通和互動。

2 iP9000智能平臺

2.1 iP9000的技術(shù)特征iP9000是北京中水科水電科技開發(fā)有限公司最新推出的智能平臺解決方案，面向水電與新能源應(yīng)用。iP9000智能平臺的技術(shù)特征包括：（1）實現(xiàn)模型標(biāo)準(zhǔn)化，支持IEC 61850及IEC 61970，支持面向?qū)ο缶幊?。?）數(shù)據(jù)對象化，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)表現(xiàn)，建立統(tǒng)一規(guī)范的水電廠信息模型。（3）應(yīng)用智能化，提供各類智能分析支持，如數(shù)據(jù)挖掘、云數(shù)據(jù)處理等。（4）應(yīng)用一體化，支持各種專業(yè)應(yīng)用，如監(jiān)控、AGC、AVC、水調(diào)和狀態(tài)監(jiān)測等，可應(yīng)用于水電廠、梯級集控、風(fēng)電場、風(fēng)電集控和水風(fēng)光互補(bǔ)集控等等。

iP9000智能平臺為應(yīng)用提供4個環(huán)境：（1）開發(fā)環(huán)境：提供數(shù)據(jù)交換機(jī)制、人機(jī)支撐、數(shù)據(jù)支持、公共服務(wù)和系統(tǒng)管理等環(huán)境；（2）集成環(huán)境：支持橫向和縱向業(yè)務(wù)的集成，支持應(yīng)用和基礎(chǔ)信息的共享；（3）運(yùn)行環(huán)境：各類應(yīng)用上下文、安全防護(hù)體系、軟硬件環(huán)境和數(shù)據(jù)資源；（4）維護(hù)環(huán)境：從系統(tǒng)到應(yīng)用多層次維護(hù)管理，應(yīng)用運(yùn)行監(jiān)視，系統(tǒng)資源的調(diào)度與優(yōu)化。

2.2 iP9000的設(shè)計原則智能平臺主要解決水電廠眾多自動化和信息化應(yīng)用的互聯(lián)、互通和互動問題。因此主要把握智能平臺的4個設(shè)計原則：（1）提供開放的智能平臺解決方案，滿足智能化對平臺的功能需要，功能可選配；（2）系統(tǒng)開放，支持包括IEC 61850和IEC 60870等標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實際靈活配置，不盲目限定某一標(biāo)準(zhǔn)；（3）智能平臺是數(shù)據(jù)和協(xié)調(diào)中心，全局優(yōu)化和協(xié)調(diào)，各專業(yè)應(yīng)用優(yōu)化組合，相對獨立、分層分布，避免功能重復(fù)；（4）故障診斷、水庫優(yōu)化調(diào)度和水能最佳利用等是重點，充分挖掘水電廠綜合效益。

2.3 iP9000的系統(tǒng)架構(gòu)根據(jù)國家有關(guān)電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)的規(guī)定，智能水電廠的系統(tǒng)架構(gòu)可劃分為3個區(qū)域，即安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，各應(yīng)用系統(tǒng)的安全區(qū)的原則劃分如圖1所示。另有安全Ⅳ區(qū)，即管理信息區(qū)，屬管理信息系統(tǒng)，本文不過多描述。

圖1 iP9000智能平臺的安全分區(qū)策略

我們的智能化水電廠解決方案是：采用縱向加密和橫向隔離的原則，三大安全區(qū)均采用iP9000各區(qū)的數(shù)據(jù)平臺，形成全廠統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，有關(guān)控制系統(tǒng)和高級應(yīng)用可直接在iP9000智能平臺上實現(xiàn)，其他特殊功能系統(tǒng)或裝置采用開放通信協(xié)議接入iP9000智能平臺，形成電廠發(fā)電控制與生產(chǎn)管理的一體化平臺。

三大區(qū)的各應(yīng)用系統(tǒng)在iP9000智能平臺的協(xié)調(diào)下互動，實現(xiàn)水電廠生產(chǎn)過程控制、運(yùn)行決策與生產(chǎn)管理的全局化管理，使水電廠的總體決策最優(yōu)，效益最大。

2.4 iP9000的軟件體系架構(gòu)iP9000智能平臺采用面向服務(wù)的SOA體系架構(gòu)。傳統(tǒng)的水電廠自動化系統(tǒng)是一種緊耦合的體系結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)性比較脆弱。SOA是一種軟件架構(gòu)模型，基于松散耦合的服務(wù)封裝，包含了業(yè)務(wù)功能、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和其關(guān)聯(lián)的接口，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，能夠支撐復(fù)雜的智能化應(yīng)用開發(fā)，非常適合于作為水電廠智能平臺的軟件框架。

iP9000智能平臺的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，由下列功能層次構(gòu)成：

（1）硬件層，支持目前各種計算機(jī)硬件平臺，如intel、Sparc、Itanium和power等。

圖2 iP9000智能平臺的SOA架構(gòu)

（2）操作系統(tǒng)層：支持各種操作系統(tǒng)，如AIX、Solaris、HP-UX、Windows以及Linux。

（3）數(shù)據(jù)層：按照CIM和IEC 61850模型建立水電設(shè)備模型。設(shè)備模型基于面向?qū)ο蠓椒▽崿F(xiàn)，采用主/外鍵實現(xiàn)對象之間的關(guān)聯(lián)。實現(xiàn)RTDB實時庫、歷史數(shù)據(jù)庫、云數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)級的元數(shù)據(jù)匯集，提供通用的數(shù)據(jù)服務(wù)（API、ODBC、CORBA、WEB Service）接口。

（4）傳輸層（又稱服務(wù)總線）：基于C++實現(xiàn)，建立分布式數(shù)據(jù)傳輸總線，實現(xiàn)跨平臺的消息傳遞、文件操作、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)對象管理和事件異步回調(diào)等。

（5）服務(wù)層：實現(xiàn)服務(wù)對象的查詢、定位和訪問，實現(xiàn)文件、畫面、數(shù)據(jù)、事件、自診斷和日志等基礎(chǔ)服務(wù)。

（6）基礎(chǔ)層：為集控、新能源等各類應(yīng)用提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制、人機(jī)聯(lián)系畫面、數(shù)據(jù)庫管理和模型管理等功能支持，并實現(xiàn)這些功能。

（7）應(yīng)用層：實現(xiàn)各專業(yè)應(yīng)用的高級功能，或智能決策支持功能。

面向服務(wù)的總體架構(gòu)使iP9000智能平臺的層次十分清晰，易于擴(kuò)展，維護(hù)方便?？筛鶕?jù)需要嵌入行業(yè)應(yīng)用功能包，如水電智能應(yīng)用、新能源智能應(yīng)用和水利工程智能應(yīng)用等，形成不同行業(yè)的智能一體化解決方案。

2.5 iP9000的開發(fā)環(huán)境iP9000智能平臺的開發(fā)基于C++語言，實時性好，安全可靠。圖形基于QT圖形包，實現(xiàn)源碼級跨平臺兼容。調(diào)用接口兼容CORBA，Web Service。系統(tǒng)支持C/S、B/S架構(gòu)。

2.6 iP9000的主要功能（1）數(shù)據(jù)采集：采集服務(wù)器集群或主備設(shè)計，除完成數(shù)據(jù)采集功能外，還具有完善的數(shù)據(jù)采集調(diào)試手段，如在線報文解析、報文存儲、遙測/遙信調(diào)試和報文監(jiān)視等。

（2）數(shù)據(jù)通信：iP9000智能平臺提供通信服務(wù)，基于組件框架實現(xiàn)。依據(jù)通道、子站、規(guī)約及轉(zhuǎn)發(fā)等參數(shù)，定義采集系統(tǒng)模型。擁有完善的通信規(guī)約庫，如IEC 61400-25，IEC 61850，IEC 61970，IEC 60870-5-104，IEC 60870-5-101，DNP，CDT等。

（3）監(jiān)視與控制（SCADA）：具有遙測跳變、濾波、人工置數(shù)處理功能，具有遙信取反和防抖動功能，具有事項報警、語言報警、用戶自定義的控制邏輯校核和秒級數(shù)據(jù)存盤功能，具有開放的過程語言，用戶可自定義的計算量和邏輯。具有遙控，遙調(diào)功能。設(shè)備故障時，具有特殊遙測、遙信處理功能。

（4）模型管理：具有IED設(shè)備模型、一次設(shè)備模型及管理功能。

（5）數(shù)據(jù)庫服務(wù)：支持Oracle、Sybase、MySql等關(guān)系庫，提供透明的關(guān)系數(shù)據(jù)庫API，對用戶開放的實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計理念，支持實時數(shù)據(jù)庫的多應(yīng)用、多態(tài)管理，實時數(shù)據(jù)庫主備機(jī)制，具有完備的SQL接口，支持問答式、訂閱/發(fā)布用戶訪問接口。

（6）人機(jī)聯(lián)系與可視化技術(shù)：基于QT，實現(xiàn)源碼級圖形系統(tǒng)跨平臺，可以控件、IE瀏覽器等多種形式接入第三方應(yīng)用。支持多種靜態(tài)、電力、水調(diào)、棒圖、曲線和綜合圖元，支持故障診斷、在線監(jiān)測等分析結(jié)果展示圖元，可動態(tài)擴(kuò)展，支持2態(tài)、4態(tài)、8態(tài)多狀態(tài)圖元及GIF動畫，支持多窗口，多屏，支持報警窗自定義、語音報警和報警確認(rèn)，對控制過程提供雙席認(rèn)證機(jī)制，提高控制安全和可靠性。水調(diào)、電調(diào)等應(yīng)用操作習(xí)慣一致，界面風(fēng)格一致。支持動態(tài)潮流展示，動態(tài)拓?fù)渲?，運(yùn)行安全狀態(tài)顯示，遙測、遙信可視化。

（7）圖模一體化：基于CIM的圖模庫一體化技術(shù)，采用控件形式，支持第三方應(yīng)用，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)圖形組態(tài)。利用圖形生成電力設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖形、數(shù)據(jù)庫、模型庫的生成、維護(hù)一氣呵成。繪圖的同時，完成一次設(shè)備模型的構(gòu)建。根據(jù)開關(guān)、刀閘狀態(tài)校驗相關(guān)遙測量，遙信量，由面向點轉(zhuǎn)向面向設(shè)備對象，進(jìn)行設(shè)備級報警。

2.7 iP9000的工具軟件為了提高開發(fā)效率，增強(qiáng)系統(tǒng)可維護(hù)性，iP9000智能平臺提供了豐富的系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)工具軟件包（Toolkit），如DEtool數(shù)據(jù)工程軟件，基于QT的IPM人機(jī)聯(lián)系編輯軟件，面向?qū)ο?、可視化和用戶可編程的Hreport報表編輯軟件，ControlLock控制閉鎖，PDC綜合計算，面向用戶的過程計算語言UCL等等。

IPM支持圖模一體化，可自動生成一次設(shè)備參數(shù)，自動生成遙測、遙信參數(shù)，自動生成連接關(guān)系，極大地方便了系統(tǒng)集成開發(fā)與維護(hù)。

UCL可面向?qū)ο缶幊?，訪問實時庫、歷史庫，對機(jī)組、斷路器等一次設(shè)備控制，可調(diào)用常規(guī)系統(tǒng)函數(shù)，如訪問時間、文件等資源，可根據(jù)多種條件觸發(fā)、啟動，等等。

3 智能應(yīng)用

iP9000智能平臺是采用面向服務(wù)的開放系統(tǒng)，可根據(jù)具體應(yīng)用，嵌入相應(yīng)應(yīng)用功能，整合現(xiàn)場不同的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，如水電應(yīng)用的電廠監(jiān)控、AGC、AVC、梯級經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、水情測報、水庫調(diào)度、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷和培訓(xùn)仿真等等。可根據(jù)水電的具體應(yīng)用要求實施不同的應(yīng)用模塊，同樣，選擇實現(xiàn)與新能源集控有關(guān)的應(yīng)用模塊，可構(gòu)成新能源互補(bǔ)集控應(yīng)用等等。

3.1 自動發(fā)電的智能決策與控制調(diào)節(jié)根據(jù)電網(wǎng)對電站運(yùn)行方式及電能品質(zhì)的要求，自動跟蹤給定功率、系統(tǒng)頻率，考慮水輪發(fā)電機(jī)組工況、水庫入庫流量與水量等約束條件，自動制定機(jī)組控制策略、負(fù)荷分配策略，自動進(jìn)行機(jī)組啟?？刂坪拓?fù)荷調(diào)整，低頻自起動，高周減出力，實現(xiàn)水電廠最佳運(yùn)行。

3.2 水電廠優(yōu)化調(diào)度與電網(wǎng)聯(lián)合智能協(xié)調(diào)控制通過水電廠自動發(fā)電控制（AGC）與電網(wǎng)AGC功能的交互，實現(xiàn)水電廠智能優(yōu)化控制與電網(wǎng)智能協(xié)調(diào)，提高電站發(fā)電控制精度、速度，提高電能質(zhì)量。

3.3 iSMA2000水電廠設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷通過整合水電廠各安全區(qū)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測有關(guān)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，形成基于私有云數(shù)據(jù)庫的Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)中心，采用數(shù)據(jù)挖掘、智能分析診斷方法，實現(xiàn)設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及狀態(tài)評估，初步具備故障診斷的專家系統(tǒng)，為水電廠實現(xiàn)狀態(tài)檢修提供決策支持。

iSMA2000模塊融合了B/S與C/S模式，具有較好的開放性、擴(kuò)展性，采用多界面文檔，全部采用動態(tài)庫與應(yīng)用程序多層嵌套，界面豐富，開發(fā)效率高。具有趨勢分析、趨勢預(yù)測、報表、報警和初步的故障診斷等生產(chǎn)實時管理功能。

3.4 iWorkOrder智能缺陷處理可對事故或故障報警信號進(jìn)行自動智能分析，形成缺陷處理工單。

3.5 iOnCall智能報警靈活的人員定義及動態(tài)分組，“傻瓜式”電話及短信查詢，報警發(fā)送智能過濾，短信定時發(fā)送，手動批量發(fā)送短信，腳本驅(qū)動，支持短信、電話、手機(jī)APP報警，可接入監(jiān)控和MIS網(wǎng)數(shù)據(jù)，多路電話、多短信裝置聯(lián)合運(yùn)行，話音、短信線路可配置，可與運(yùn)營商直接通信。

3.6 系統(tǒng)設(shè)備智能運(yùn)維管理iHman設(shè)備智能運(yùn)維管理功能自動搜集系統(tǒng)設(shè)備有關(guān)信息，如CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡及軟件等，記錄跟蹤硬件、軟件變化，實現(xiàn)重要的文件及其版本、路徑監(jiān)視與控制，異常變化時報警。

3.7 iP9000 Mobile移動發(fā)布iP9000 Mobile是iP9000智能平臺的移動發(fā)布模塊。通過iP9000 Mo? bile界面，可方便了解電廠運(yùn)行有關(guān)信息，實現(xiàn)基礎(chǔ)信息查詢、移動巡檢和移動檢修。有關(guān)界面見圖3。

圖3 iP9000 Mobile App的界面

4 系統(tǒng)特點

iP9000智能平臺的主要特點如下：

（1）采用基于SOA分布式服務(wù)體系結(jié)構(gòu)。

（2）是一套完整開放的水電廠智能化解決方案，為水電廠各智能應(yīng)用的開發(fā)和接入提供統(tǒng)一開放的數(shù)據(jù)管理、開發(fā)維護(hù)和運(yùn)行管理平臺，各應(yīng)用可相對獨立，靈活配置，實現(xiàn)互聯(lián)、互通和互動。

（3）系統(tǒng)既有較好的技術(shù)前瞻性，支持IEC 61850，又兼顧目前的技術(shù)現(xiàn)狀，支持IEC 60870及其他規(guī)約。

（4）系統(tǒng)具有豐富的工具軟件，支持設(shè)備的圖、模、庫一體化。

（5）與H9000 V4.0等系統(tǒng)向前兼容，保護(hù)用戶的投資。

5 工程應(yīng)用實例

iP9000智能平臺開發(fā)成功后，迅速獲得推廣應(yīng)用，得到用戶的好評。

2013年，iP9000在中廣核四川分公司獲得應(yīng)用，包括成都集控中心、高鳳山、腳基坪、百花灘和三江美亞等電站，實現(xiàn)的功能包括電站監(jiān)控與集控、水情測報與水庫調(diào)度等，實現(xiàn)了水電調(diào)一體化，并通過了工程驗收。

2014年，iP9000在黃河上游梯級水電站電調(diào)自動化系統(tǒng)升級改造獲得應(yīng)用，已接入龍羊峽、李家峽、班多、蘇只、公伯峽和積石峽等電站，并實現(xiàn)了班多、蘇只和李家峽等電站的遠(yuǎn)程集控。

2015年，iP9000在五凌電力新疆風(fēng)電集控、中電投楚雄水風(fēng)光互補(bǔ)集控等項目獲得應(yīng)用。其中五凌電力新疆風(fēng)電集控已投入運(yùn)行。楚雄水風(fēng)光互補(bǔ)集控已于2015年10月投入運(yùn)行，主要應(yīng)用功能包括水電、風(fēng)電和光伏電站的監(jiān)控、互補(bǔ)運(yùn)行與控制、功率預(yù)測和水情與水調(diào)等，運(yùn)行情況良好。

6 結(jié)語

iP9000智能平臺是我們針對水電智能化建設(shè)需要而研發(fā)的新產(chǎn)品，滿足水電應(yīng)用對安全、可靠、互聯(lián)、互通、互動、開放和兼容的要求，融匯了H9000等系統(tǒng)的優(yōu)點，既滿足IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，又兼顧許多電廠的現(xiàn)狀，支持其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約設(shè)備或系統(tǒng)的接入。已在水電站集控、梯級水電站遠(yuǎn)方集控、新能源電站集控等獲得應(yīng)用。該系統(tǒng)開放、面向服務(wù)的架構(gòu)，必將在水利、水電和新能源等自動化與智能化領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

［1］王德寬.IEC 61850及數(shù)字化水電廠的概念與前景［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2010（4）：1-4.

［2］王德寬，等.智能水電廠自動化系統(tǒng)總體構(gòu)想［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2011（1）：5-9.

［3］王德寬，等.流域梯級集控中心智能化建設(shè)總體規(guī)劃設(shè)計［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2012（3）：1-4.

［4］王德寬，等.iP9000水電廠智能平臺［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2014（3）：1-3.

iP9000 for smart hydropower and renewable energy

Wang Dekuan，He Feiyue，Zhang Yi
（Beijing IWHR Technology Co.，Ltd.，Beijing100038，China）

Electric power automation moves quickly towards smart grid from general automation.This paper presents service oriented intelligent platform iP9000 recently developed in response to the new requirements of hydropower automation and renewable energy in China.It provides an open environment for the develop?ment，operation，integration and maintenance of the system.It supports protocols widely adopted in power automation such as IEC 61850 and IEC 61970.iP9000 can be used as smart platform solution for diversi?fied automation applications of hydropower and renewable energy.

iP9000；hydropower；renewable energy；intelligent platform；H9000

TP273

A

10.13244/j.cnki.jiwhr. 2016.05.006

1672-3031（2016）05-0350-06

（責(zé)任編輯：楊虹）

2016-05-13

王德寬（1960-），男，安徽馬鞍山人，博士，教授級高級工程師，主要從事水電廠自動化、信息化與智能化、計算機(jī)監(jiān)控與仿真培訓(xùn)技術(shù)研究與應(yīng)用。E-mail：wdk@iwhr.com