水調(diào)自動化系統(tǒng)在梯級電站流域調(diào)度中的應(yīng)用

唐曉劍

（湖南省永州盛湘電力開發(fā)有限公司瀟湘水電站，湖南 永州 425000）

水調(diào)自動化系統(tǒng)在梯級電站流域調(diào)度中的應(yīng)用

唐曉劍

（湖南省永州盛湘電力開發(fā)有限公司瀟湘水電站，湖南 永州 425000）

以瀟湘水電站為例，詳盡介紹了水調(diào)自動化系統(tǒng)的基本構(gòu)造和工作原理，分析了水調(diào)自動化系統(tǒng)在梯級電站流域調(diào)度應(yīng)用中的重要作用和意義，為類似應(yīng)用提供有益借鑒。

水調(diào)系統(tǒng)；基本構(gòu)造；工作原理；調(diào)度應(yīng)用

1 引言

瀟湘水電站位于湖南境內(nèi)瀟水和湘江兩河交匯處，為湘江干流流域規(guī)劃中的第二個梯級水電站，地處永州市城市中心。設(shè)計安裝4臺13 MW燈泡貫流式機(jī)組，首臺機(jī)組于2002年5月并網(wǎng)發(fā)電。

瀟湘水電站投運的前些年，水庫調(diào)度主要是根據(jù)水庫和機(jī)組的有關(guān)特性及設(shè)計參數(shù)，憑借積累的運行經(jīng)驗開展，對上游水情的了解也是通過與上游電站有限的短信、電話聯(lián)系實現(xiàn)，準(zhǔn)確性、及時性、完整性都相對較差，不利于充分利用水源發(fā)電和防汛抗洪，也不利于整個流域的統(tǒng)一調(diào)度。隨著湘江流域各梯級水電站的建成和電力行業(yè)技術(shù)信息化、自動化和大數(shù)據(jù)時代的不斷推進(jìn)，僅憑經(jīng)驗和電話、短信開展水庫調(diào)度的方式已越來越不適應(yīng)時代的要求。2014年11月，按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的要求，瀟湘水電站配置投運了水調(diào)自動化系統(tǒng)，提高了水庫調(diào)度的科學(xué)化和自動化水平。通過幾年的運行證明，該系統(tǒng)對梯級電站流域水庫調(diào)度具有重要意義，在水電站防汛抗洪和提高發(fā)電效益方面取得了很好的效用。

2 水調(diào)自動化系統(tǒng)的基本構(gòu)造和工作原理

瀟湘水電站水調(diào)自動化系統(tǒng)采用南京南瑞集團(tuán)水利水電技術(shù)分公司產(chǎn)品，與湖南省電力公司永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，電站設(shè)分中心站和工作站，分中心站設(shè)置在專門的機(jī)房，工作站設(shè)置在電站的運行中控室。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（2）系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

（3）數(shù)據(jù)流程圖見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)流程圖

2.2 系統(tǒng)介紹

瀟湘水電站的水調(diào)自動化系統(tǒng)主要由水情遙測采集系統(tǒng)和水調(diào)平臺系統(tǒng)組成:

（1）水情遙測采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實時采集各類水位、流量數(shù)據(jù)和機(jī)組、閘門運行數(shù)據(jù)，包括4部分：①通過遙測裝置采集上游瀟水支流雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位流量信息（遙測通信采用移動短信方式）；②由永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站從地調(diào)EMS系統(tǒng)中采集并轉(zhuǎn)發(fā)水電站的機(jī)組出力數(shù)據(jù)；③通過水電站的水位測量裝置采集電站的上、下游水位；④通過與大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，自動采集閘門開度數(shù)據(jù)（也可手工錄入）。

（2）水調(diào)平臺系統(tǒng)主要由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基本應(yīng)用軟件平臺和高級應(yīng)用軟件等3個部分組成。瀟湘水電站的水調(diào)自動化系統(tǒng)采用南瑞開發(fā)的WDS9002應(yīng)用軟件平臺，由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、水務(wù)計算、數(shù)據(jù)庫管理、通信傳輸、人機(jī)界面、系統(tǒng)維護(hù)、人機(jī)界面編輯、web瀏覽系統(tǒng)、越限報警等十多個子系統(tǒng)組成，配置有遙測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信、水務(wù)計算、數(shù)據(jù)庫管理等多個程序模塊。

2.3 主要工作原理

（1）水調(diào)自動化裝置通過水情遙測采集系統(tǒng)按設(shè)定的時間間隔采集到上游瀟水雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位、瀟湘水電站的壩上、壩下水位、閘門開度和機(jī)組出力等原始數(shù)據(jù)。

（2）把采集到的原始數(shù)據(jù)根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行合理性校驗，并進(jìn)行分類、分層處理，包括實時數(shù)據(jù)處理和歷史數(shù)據(jù)處理，實時數(shù)據(jù)處理軟件實現(xiàn)將實時數(shù)據(jù)整理成時段、小時、日、旬、月數(shù)據(jù)，并支持手工重算功能。其中歷史數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一整編為整點值、平均值、最大值、最大值時間、最小值、最小值時間，為系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)提供了快速可靠的基礎(chǔ)。

（3）通過水務(wù)計算程序自動計算出各類流量數(shù)據(jù)和機(jī)組運行數(shù)據(jù)。水務(wù)計算是將數(shù)據(jù)處理形成的時段水情數(shù)據(jù)和機(jī)組、閘門數(shù)據(jù)按照編輯好的算法，以水量平衡原理進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定計算，有自動計算和手動計算兩種操作方式。這里必需事先將上游瀟水雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位流量曲線、瀟湘水電站水位庫容曲線、閘門開度泄流量曲線、水頭出力流量曲線等特征圖表編入水調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。其中瀟湘水電站的壩前入庫流量是根據(jù)出庫流量和上游水位變化值反算得出，即Q入=Q出+△Q=Q發(fā)+ Q泄+△Q（△Q是根據(jù)水位庫容變化的速度算出的流量差值）。

（4）將經(jīng)數(shù)據(jù)處理和水務(wù)計算出的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在線修改、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)查詢等功能。

（5）通過與永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站的網(wǎng)絡(luò)連接（通過光纖通道連接，采用通信中間件ComIcServer和ComApp進(jìn)行通信），向永州地調(diào)中心站上傳數(shù)據(jù)，地調(diào)中心站通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與省調(diào)中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分為通信客戶端和通信服務(wù)端，其中通信客戶端在水電站分中心通信服務(wù)器上運行，通信服務(wù)端在地調(diào)中心通信服務(wù)器上運行。

（6）通過人機(jī)界面子系統(tǒng)以圖形、報表等方式展示電站水情、水務(wù)計算以及發(fā)電信息等，還可對水位、流量、閘門開度、機(jī)組出力、電量等實時和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

（7）通過系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)可以實現(xiàn)對實時、歷史錯誤數(shù)據(jù)的修改，對缺項數(shù)據(jù)的補數(shù)，還可對水庫、機(jī)組的靜態(tài)特性曲線進(jìn)行設(shè)置和編制。

3 水調(diào)自動化系統(tǒng)在梯級電站流域調(diào)度應(yīng)用中的重要意義和產(chǎn)生的效益

瀟湘水電站水調(diào)自動化系統(tǒng)自2014年11月正式投運以來，產(chǎn)生了可觀的效益，對整個湘江流域調(diào)度具有重要意義。

3.1 對水電站水庫調(diào)度的重要作用和產(chǎn)生的效益

（1）提高了對上游水情了解的及時性、準(zhǔn)確性和完整性

瀟湘水電站處在瀟水與湘江兩河交匯后的干流上，水源來自兩條河流。電站水調(diào)自動化系統(tǒng)分別在上游瀟水75km處的雙牌電站尾水和上游湘江68km處的東安綠埠頭設(shè)置了流量遙測站，每小時傳送一次流量數(shù)據(jù)，流量從這兩個遙測站所處河段到達(dá)瀟湘水電站一般都需要8 h。這樣通過水調(diào)自動化系統(tǒng)的遙測采集，可提前8 h掌握上游來水情況及其動態(tài)變化趨勢。

（2）提高了電站的發(fā)電效益

通過水調(diào)自動化系統(tǒng)，電站可以及時準(zhǔn)確掌握上游水情信息，優(yōu)化水庫調(diào)度，充分利用電站有效庫容，在汛期盡量減少棄水，提高水能利用率，在來水偏少的枯水期，盡可能保持高水頭運行，減少發(fā)電耗水率，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

1）汛期減少棄水損失增加的發(fā)電效益

①汛期漲洪水時（流量超過電站全部機(jī)組發(fā)電流量且繼續(xù)增加），通過水調(diào)系統(tǒng)的水情遙測掌握上游來水情況后，可提前8 h增開機(jī)組騰庫，取得較好的騰庫效益。每次漲洪水可提前增開機(jī)組騰庫降低庫水位0.3～0.7 m，取平均降低水位0.5 m計算，根據(jù)瀟湘水電站的水位庫容曲線，提前騰庫容量為630萬m3，按歷年汛期平均發(fā)電耗水率65 m3/kW·h,計算，騰庫增發(fā)電量為630/65=9.69萬kW·h，經(jīng)統(tǒng)計，2015年和2016年瀟湘水電站汛期騰庫增發(fā)電量見表1。

表1 2015、2016年汛期騰庫增發(fā)電量

②針對瀟湘水電站水庫和機(jī)組特性，當(dāng)洪水流量超過4 500 m3/s時，因開閘泄洪會造成停機(jī)，洪峰過后退水時，又可通過水調(diào)自動化系統(tǒng)及時了解來水減小趨勢，及時蓄水開機(jī)發(fā)電，取得較好的攔尾峰效益。因水頭低，按瀟湘水電站每臺機(jī)組退水時段只帶0.4萬kW的出力，4臺機(jī)組共1.6萬kW，若提前8 h蓄水發(fā)電，每次大洪水退水時攔尾峰增發(fā)電量為1.6×8＝12.8萬kW·h。經(jīng)統(tǒng)計，2015年和2016年汛期攔尾峰增發(fā)電量見表2。

表2 2015、2016年汛期攔尾峰增發(fā)電量

2）枯水期，通過降低發(fā)電耗水率增加的發(fā)電效益

枯水期，來水較小，通過水調(diào)系統(tǒng)可以實時掌握上游水情，合理安排機(jī)組運行方式，保持高水位運行，降低發(fā)電平均耗水率，增加發(fā)電量。經(jīng)統(tǒng)計，投入水調(diào)自動化系統(tǒng)后，瀟湘水電站2015年和2016年枯水期通過抬高水頭，降低發(fā)電平均耗水率，節(jié)水增發(fā)電量見表3。

表3 2015、2016年枯水期增發(fā)電量

（3）保證了水電站的防洪安全

水電站投入水調(diào)自動化系統(tǒng)后，通過水情遙測采集系統(tǒng)可及時掌握上游洪水流量信息，提前泄洪騰庫，降低庫水位，有效保證防洪安全。如瀟湘水電站2015年11月13日遇到了自1961年以來的最大冬汛，洪峰流量12 000 m3/s，電站通過水調(diào)系統(tǒng)掌握上游來水信息后，提前騰庫降低了1 m多水位，從而確保了洪峰到達(dá)時上游水位控制在安全范圍，洪水安全渡過電站大壩。2016年汛期瀟湘水電站出現(xiàn)了20次3 000 m3/s以上，13次4 000 m3/s以上和2次6 500 m3/s的洪水，均通過水調(diào)系統(tǒng)平臺及時掌握水情，提前騰庫，確保了防汛安全。

（4）有利于水電站的生產(chǎn)精益化管理

①通過充分利用水調(diào)自動化系統(tǒng)的水文預(yù)報軟件，結(jié)合天氣預(yù)報進(jìn)行電站來水預(yù)報，及時準(zhǔn)確了解上游水情，并根據(jù)上游電站的下泄流量對水量進(jìn)行分析，準(zhǔn)確預(yù)報和及時修改發(fā)電計劃，提高了電站的日計劃執(zhí)行率。

②水調(diào)自動化系統(tǒng)具有實時運行過程線、發(fā)電出力與計劃分析對比、入庫流量年比較、總電量年比較等圖形、曲線展示功能，為定期開展發(fā)電運行分析和研討工作提供了非常全面的技術(shù)支持。

③水調(diào)自動化系統(tǒng)具有水位、流量、出力等實時和歷史數(shù)據(jù)查詢功能，而且還能自動生成各類生產(chǎn)日報表、月報表、旬報表和年報表，有利于水文和發(fā)電生產(chǎn)統(tǒng)計工作

3.2 對整個流域調(diào)度的重要意義和產(chǎn)生的效用

瀟湘水電站為湘江干流流域規(guī)化中的第二個梯級水電站，在永州范圍內(nèi)，上游瀟水依次建有涔天河、雙牌、五里牌、南津渡等水電站，上游湘江依次建有湘江和太洲水電站，下游依次建有祁陽、相祁等水電站，這些水電站現(xiàn)基本都投入了水調(diào)自動化系統(tǒng)，均與永州地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)中心站進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)連接，這樣通過水調(diào)自動化系統(tǒng)這個平臺，提高了電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和政府防汛部門對整個流域電站統(tǒng)一調(diào)度的效率，取得了很好的效果。

（1）便于電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)對同流域各梯級電站的發(fā)電統(tǒng)一調(diào)度

通過與整個流域各梯級電站水調(diào)自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)可以及時掌握流域各電站的水情、發(fā)電信息，從而制定科學(xué)的調(diào)度方案，合理安排各電站的發(fā)電計劃，汛期還實現(xiàn)有效錯峰，減少同一流域各電站的棄水損失。這樣既提高了整個流域各級電站的發(fā)電效益，又通過水調(diào)自動化系統(tǒng)，讓電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)對小水電管理實現(xiàn)了可知、可控，改變小水電無序發(fā)電帶來的不利影響，提高了電網(wǎng)安全運行水平。

（2）便于政府防汛部門對同流域各梯級電站的防汛聯(lián)合調(diào)度

湘江流域各梯級電站已基本建成，每級電站都存在下游電站對上游電站尾水頂托的現(xiàn)象，在汛期漲洪水時，如果下游電站還保持較高水位發(fā)電,勢必影響上游電站的泄洪，所以必須要聯(lián)合調(diào)度，統(tǒng)一開閘泄洪，才能保證整個流域的防汛安全。通過水調(diào)自動化系統(tǒng),政府防汛部門可及時掌握流域各級電站的庫水位、流量情況，實現(xiàn)對各級電站的統(tǒng)一指揮，聯(lián)合調(diào)度。如2015年永州市防汛抗旱指揮部就出臺了一個流域聯(lián)合調(diào)度方案，針對不同的洪水流量對各級電站的水位控制、提前開閘泄洪的時間等制定了明確規(guī)定，從而確保湘江流域2015年11月遇到的特大冬汛洪峰安全通過永州區(qū)域各梯級電站，保證了上、下游人民的生命財產(chǎn)安全。

（3）有利于同流域各梯級電站的水文信息共享

通過同流域各梯級水電站水調(diào)自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)流域水情、發(fā)電信息共享，使各梯級電站及時掌握上、下游電站的機(jī)組運行方式和開閘泄洪情況以及水位、流量信息，從而及時調(diào)整本站的機(jī)組運行方式，調(diào)節(jié)好閘門，控制好水位，實現(xiàn)全流域各梯級電站的協(xié)同調(diào)度，互利共贏。

4 結(jié)語和建議

（1）水調(diào)自動化系統(tǒng)是一項涉及水文、通信、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的系統(tǒng)工程，是水電站和電網(wǎng)水庫調(diào)度自動化的重要組成部分，主要進(jìn)行與水庫運行有關(guān)的監(jiān)視、預(yù)報、調(diào)度和管理。瀟湘水電站水調(diào)自動化系統(tǒng)投入運行兩年多的實踐證明，該系統(tǒng)在保證水電站的防洪安全和提高發(fā)電效益，保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行等方面發(fā)揮了重要作用，為充分利用清潔可再生能源，為國家節(jié)能減排、綠色發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

（2）隨著水調(diào)自動化系統(tǒng)在水電站的逐步推廣應(yīng)用，今后水調(diào)自動化系統(tǒng)將成為電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和政府氣象、水文及防汛部門與水電站進(jìn)行信息溝通的重要平臺，是實行梯級電站流域防汛抗洪和發(fā)電生產(chǎn)聯(lián)合調(diào)度的重要渠道，并將逐步推廣短、中、長期水文預(yù)報和發(fā)電計劃預(yù)報等高級應(yīng)用。

[1]丁 杰，李曉斌，湯煜明，等.電網(wǎng)地調(diào)水調(diào)自動化系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化,1999（17）.

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TV736

B

1672-5387（2017）08-0037-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.012

2017-03-16

唐曉劍（1973-），男，工程師，從事水電站運行生產(chǎn)、水庫發(fā)電調(diào)度等管理工作。