王迎春

（新疆維吾爾自治區(qū)伊犁河流域開發(fā)建設管理局，830000，烏魯木齊）

水利電力多項目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王迎春

（新疆維吾爾自治區(qū)伊犁河流域開發(fā)建設管理局，830000，烏魯木齊）

調(diào)控一體化是當前水利水電、電力調(diào)度自動化領域的發(fā)展趨勢。在對某單位水利電力多項目調(diào)控系統(tǒng)研究開發(fā)的基礎上，提出了集水情測報、水庫調(diào)度、大壩安全監(jiān)測、水電站監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控于一體的水利電力多項目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設計思路和實現(xiàn)方法，為不同專業(yè)信息系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一基礎支撐平臺提供了實踐經(jīng)驗。

多項目；調(diào)控一體化；設計；實施

一、研究背景

新疆某水電開發(fā)單位是一個集水利工程建設及運行、電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運營、生態(tài)、養(yǎng)殖、供水等多種業(yè)務的綜合型單位。受不同專業(yè)、不同區(qū)域的限制，已建成的各個工程、系統(tǒng)都各自獨立運行，相互之間基本沒有聯(lián)系，形成信息孤島，運行信息無法及時為決策提供依據(jù)。能否利用信息網(wǎng)絡技術(shù)建立一套統(tǒng)一的水利電力多項目調(diào)控一體化系統(tǒng)，為統(tǒng)籌不同專業(yè)、不同行業(yè)管理工作和提高運行管理水平提供技術(shù)支撐，是系統(tǒng)設計和研發(fā)的緣由。該單位針對自身的實際情況組織研發(fā)了集水調(diào)自動化與經(jīng)濟運行、水電站實時集中監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控、工程安全監(jiān)測、閘門控制應用、主設備狀態(tài)監(jiān)測及檢修、防汛決策支持、供水調(diào)度、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水資源管理等于一體的水利電力多項目調(diào)控系統(tǒng)，并在流域管理中得到了應用，2015年系統(tǒng)部分應用項目已通過驗收，整個項目已具備初步驗收條件。該系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)為國內(nèi)流域管理單位、水電開發(fā)企業(yè)統(tǒng)籌多屬性、多類型水利水電、電力工程的統(tǒng)一調(diào)度、遠程集中監(jiān)控以及運行提供了可借鑒的整體解決方案。

二、多項目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設計目標

建設水庫調(diào)度及運行、水電站運行及電力調(diào)度、電網(wǎng)調(diào)度及運行3類業(yè)務統(tǒng)一調(diào)度、監(jiān)控、決策的運行平臺，首先必須構(gòu)建統(tǒng)一的調(diào)控系統(tǒng)基礎支撐平臺 （包括統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡、時鐘同步、動力配電、防雷接地、大屏幕顯示、機房工程等）；建立統(tǒng)一的生產(chǎn)管理信息平臺，部署水調(diào)自動化、水電站集控、電網(wǎng)調(diào)控、供水調(diào)度、水資源管理等應用，形成布局合理、功能齊全、層次分明的水利電力多項目調(diào)控一體化系統(tǒng)，根據(jù)水利水電工程建設實際情況和工程運行管理的實際需求，實現(xiàn)水電工程真正意義上的“無人值班”（少人值守）的設計目標，實現(xiàn)對水庫、供水工程、水電站、變電站等水電資源的綜合管理及統(tǒng)一調(diào)度和遠程控制。

三、需求分析和系統(tǒng)功能設計

根據(jù)統(tǒng)一管理的要求，需解決水電站、水庫、電網(wǎng)、供水工程等多項目的遠程監(jiān)視、調(diào)度、控制、運行等問題，國內(nèi)獨立解決某幾個水電站、梯級水庫或某一電網(wǎng)遠程監(jiān)視、調(diào)度、控制的系統(tǒng)很多，但一個系統(tǒng)同時解決水利電力多項目調(diào)控問題國內(nèi)尚無可借鑒的經(jīng)驗。

基于以上需求分析和現(xiàn)狀分析，在基礎支撐平臺（通信網(wǎng)絡、時鐘同步、動力配電、防雷接地、大屏幕顯示、機房工程、控制室工程）之上，建立水調(diào)自動化與經(jīng)濟運行、水電站實時集中監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控、工程安全監(jiān)測、閘門控制應用、主設備狀態(tài)監(jiān)測及檢修、防汛決策支持、供水調(diào)度、生產(chǎn)管理信息、水資源管理等系統(tǒng)，利用這些自動化、信息化手段進行綜合監(jiān)視、控制、調(diào)度、分析和決策。

在功能設計上以需求為導向，突破傳統(tǒng)的水利電力調(diào)度控制和生產(chǎn)運行管理的思路，通過研究水電站集控、電網(wǎng)調(diào)控、水庫優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟運行等相關理論，利用最新的計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)，實現(xiàn)水利電力多項目調(diào)控系統(tǒng)總體功能設計。其中水調(diào)自動化與經(jīng)濟運行系統(tǒng)需具備徑流預報、實時調(diào)度、防洪調(diào)度、發(fā)電計劃制定、經(jīng)濟調(diào)度與控制等基本功能；水電站實時集中監(jiān)控系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、自動發(fā)電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）等基本功能；電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、高級應用（PAS）、自動發(fā)電控制（AGC）等基本功能；工程安全監(jiān)測系統(tǒng)需具備各工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、多工程監(jiān)測信息集中管理、分析和評估、預警預測及信息發(fā)布等功能，實時掌握工程的運行性態(tài)和安全狀態(tài)，為工程運行調(diào)度和維護管理提供決策支持；閘門控制系統(tǒng)需具備閘門運行狀態(tài)監(jiān)視、閘門遠程控制等基本功能；主設備狀態(tài)監(jiān)測及檢修系統(tǒng)需具備發(fā)電機、水輪機、變壓器、斷路器等水電站主設備狀態(tài)信息的采集、特征計算、實時監(jiān)測、故障錄波、性能試驗記錄及技術(shù)診斷等基本功能，減少設備非計劃停運檢修頻次；防汛決策支持系統(tǒng)具備防汛信息的處理、查詢、分析和防汛決策指揮調(diào)度管理等基本功能，為防汛指揮決策提供有力的技術(shù)支持和保障；供水調(diào)度系統(tǒng)需具備自動采集或收集、傳輸供水工程沿程閘門的水位、流量、閘門開度等數(shù)據(jù)，供水流量實時計算、供水調(diào)度計劃制作及相關的分析功能；生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)圍繞水電站 “兩票三制”原則，以水電站和電網(wǎng)核心業(yè)務為基礎，實現(xiàn)設備管理、生產(chǎn)管理的綜合管理；水資源管理系統(tǒng)需具備水量預報、水量監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)控、調(diào)度管理、水資源信息服務等基本功能，實現(xiàn)水資源能力的實時監(jiān)控。根據(jù)各專業(yè)系統(tǒng)的要求，完善通信網(wǎng)絡系統(tǒng)；根據(jù)調(diào)控系統(tǒng)的接入要求，完善水情自動測報、水電站計算機監(jiān)控、變電站監(jiān)控、工業(yè)電視、渠道引供水等現(xiàn)地自動化系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

水利電力多項目調(diào)控系統(tǒng)涉及的現(xiàn)地自動化系統(tǒng)較多，各種軟硬件設備及相關數(shù)據(jù)信息需合理規(guī)劃，根據(jù)系統(tǒng)的功能設計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自下而上劃分為數(shù)據(jù)采集層（現(xiàn)地級自動化系統(tǒng)）、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務應用層4層，如圖1所示。

五、系統(tǒng)安全防護結(jié)構(gòu)設計

在系統(tǒng)安全防護結(jié)構(gòu)設計上主要依據(jù)《中華人民共和國計算機安全保護條例》以解決系統(tǒng)運行安全、保障信息安全以及系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮為原則，具體設計中結(jié)合水利水電及電力工程的建設現(xiàn)狀及電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定，對水利電力多項目調(diào)控系統(tǒng)建設采用縱向分層、橫向分區(qū)的體系結(jié)構(gòu)，以調(diào)度、監(jiān)視、控制為核心，高速光纖傳輸網(wǎng)絡為主干架構(gòu)，現(xiàn)地自動化系統(tǒng)為基礎，水利水電集控系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)為載體的面向服務的智能化分布式結(jié)構(gòu)。在此

基礎之上，研究水利電力調(diào)度控制、信息管理、實時監(jiān)控、狀態(tài)檢修等水電生產(chǎn)運行各個環(huán)節(jié)的智能化應用。系統(tǒng)縱向根據(jù)應用不同劃分為多個應用層，橫向根據(jù)應用分為不同的安全區(qū)，各安全區(qū)之間按照電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定進行信息交互，同時系統(tǒng)根據(jù)應用需要，提供針對省調(diào)、區(qū)域電網(wǎng)以及下游電廠應用的信息與服務。系統(tǒng)安全防護總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

六、系統(tǒng)的實施

系統(tǒng)的實施主要考慮避免出現(xiàn)專業(yè)系統(tǒng)的獨立運行、數(shù)據(jù)共享及再利用困難等問題，以易整合、可擴展、易維護為實現(xiàn)要求，在系統(tǒng)實施中主要按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一基礎支撐平臺”三統(tǒng)一的原則，實現(xiàn)了水利電力自動化系統(tǒng)跨項目、跨行業(yè)、跨專業(yè)的數(shù)據(jù)共享、整合利用和資源綜合利用。

在充分考慮生產(chǎn)運行管理各個環(huán)節(jié)應用需求的基礎上，對現(xiàn)有系統(tǒng)進行反復調(diào)研，確定整改任務，根據(jù)各個子系統(tǒng)或功能模塊的業(yè)務特點和相互之間的內(nèi)在聯(lián)系，利用網(wǎng)絡安全設備提供隔離，通過高速數(shù)據(jù)總線構(gòu)建橫向互聯(lián)的數(shù)據(jù)交換平臺和縱向直接監(jiān)視與控制現(xiàn)場設備的系統(tǒng)，實現(xiàn)了覆蓋水利、電力生產(chǎn)運行管理各個環(huán)節(jié)；同時根據(jù)實際情況，將各項專業(yè)應用作為不同的功能模塊，按照先解決生產(chǎn)問題再解決管理問題的原則劃分項目實施步驟，做到統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施。在功能上安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)解決控制、監(jiān)測等生產(chǎn)問題，Ⅲ區(qū)解決調(diào)度、管理、分析評估等決策問題。

各專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的接口標準采 用 符 合IEC61850、IEC61970、IEC60870網(wǎng)絡通信國際標準進行數(shù)據(jù)傳輸和共享，針對水情測報、水庫調(diào)度、安全監(jiān)測、水電站實時監(jiān)控、電網(wǎng)實時監(jiān)控、狀態(tài)檢測等專業(yè)領域所需要的設備、數(shù)據(jù)建立圖、模、庫一體化的標準模型庫，形成穩(wěn)定、唯一的數(shù)據(jù)表示和訪問路徑。各現(xiàn)地級自動化系統(tǒng)或智能化設備以應用節(jié)點的形式加入標準協(xié)議的高速數(shù)據(jù)通信總線，并共享總線中的信息數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線針對重要和特殊的應用提供傳輸冗余機制，各現(xiàn)地系統(tǒng)通過標準的數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)各不同專業(yè)數(shù)據(jù)的共享，保證數(shù)據(jù)統(tǒng)一性。

統(tǒng)一基礎支撐平臺，包括統(tǒng)一網(wǎng)絡環(huán)境、GPS時鐘同步、環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、供電電源等系統(tǒng)。將各工程駐地獨立的局域網(wǎng)改造為SDH光傳輸環(huán)網(wǎng)；將各工程重要通信室作為環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點之一接入統(tǒng)一的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺；對各工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)各站視頻網(wǎng)絡傳輸，將所有視頻信號接入統(tǒng)一的視頻監(jiān)控平臺；GPS時鐘同步系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡對各區(qū)設備提供對時服務，解決中心站各系統(tǒng)與各子站系統(tǒng)的統(tǒng)一對時問題；各子系統(tǒng)設備安裝調(diào)試完成后，逐一納入系統(tǒng)電源，根據(jù)設備實際運行情況測試多項目調(diào)控一體化平臺總負荷，確定電源系統(tǒng)配置標準。對重要系統(tǒng)按照雙電源配置，保留老系統(tǒng)單電源供電方式，通過ATS切換裝置實現(xiàn)新老系統(tǒng)單、雙電源供電問題，統(tǒng)一多系統(tǒng)、多項目供電電源。

圖2 系統(tǒng)安全防護總體結(jié)構(gòu)示意圖

七、結(jié) 語

集水情測報、水庫調(diào)度、大壩安全監(jiān)測、水電站監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)控于一體的水利電力多項目調(diào)控一體化系統(tǒng)的設計思路和實現(xiàn)方法，為不同專業(yè)信息系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一基礎支撐平臺提供了實踐經(jīng)驗，同時為大型流域統(tǒng)籌多屬性、多類型工程管理，提高運行管理的系統(tǒng)性、整體性、協(xié)調(diào)性提供了可借鑒的技術(shù)方法。 ■

［1］田志勇，袁寶招.洛河梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方案研究［J］.中國水利，2011（20）.

［2］劉鵬，程全軍.水電廠集中控制統(tǒng)一調(diào)度優(yōu)勢分析［J］.中國水利，2012（20）.

［3］丁毅，等.以三峽水庫為核心的長江干支流控制性水庫群綜合調(diào)度研究［J］.中國水利，2013（13）.

［4］褚明華，廖鴻志.長江流域控制性水庫聯(lián)合調(diào)度探索與實踐［J］.中國水利，2015（19）.

責任編輯 韋鳳年

An integrated control system for multiple hydropower projects:design and implementation//

Wang Yingchun

Integrated control systems for multiple hydropower projects have been widely applied in the field of electric power dispatching automation.Based on case study on control system research and development，design and implementation methods for control systems of multiple hydropower projects are proposed that can integrate water information forecasting and prediction，reservoir regulation，dam safety monitoring，power plant supervision and grid control.This practical experience can be used for integrated planning and standardization of various information and formation of unified control system.

multiple projects；integrated control；design；implementation

TP393

B

1000-1123（2016）10-0053-03

2016-01-21

王迎春，高級工程師。