智能化水電站技術(shù)應(yīng)用

馬月姣 劉永珺 胡 豐 楊 藝 汪 偉

（1、華能瀾滄江水電股份有限公司，云南 昆明650214 2、江蘇理工學(xué)院，江蘇 常州213001）

1 概述

“十三五”規(guī)劃中明確提出，要加速對水電科技、裝備的研發(fā)進(jìn)程，在電子計算機(jī)日新月異的大背景下，把“互聯(lián)網(wǎng)+”和水電站相結(jié)合，構(gòu)建智能化水電站，使我國水電工程走向信息化、自動化、智能化[1]。本文結(jié)合智能化水電站發(fā)展必要性、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展體系等問題進(jìn)行論述對智能化水電站的發(fā)展有著積極的推動作用。

2 智能化水電站結(jié)構(gòu)體系分析

通常智能化水電站結(jié)構(gòu)體系采用分層結(jié)構(gòu)式，主要包括設(shè)備層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)中心層和綜合調(diào)度層[2]（見表1）。

表1 水電站結(jié)構(gòu)信息說明

智能化水電站結(jié)構(gòu)體系的信息來源于設(shè)備層，設(shè)備層主要是各種類型的數(shù)字化設(shè)備，例如自動化性質(zhì)的水輪機(jī)組、信息數(shù)字化的控制柜和測控儀表裝置等，解決水電站各種裝備的數(shù)字化管理問題是該層的主要功用。

通過業(yè)務(wù)層所包含的各類調(diào)度自動化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分析和建模，梳理出關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建由實(shí)時監(jiān)測、業(yè)務(wù)分析、流程計劃和自動執(zhí)行組成的自主計算智能控制環(huán)。合理定義調(diào)度自動化程序，完成由程序驅(qū)動的水電站調(diào)度自動化和智能化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)度水電站相關(guān)業(yè)務(wù)所需工作流程。

數(shù)據(jù)中心層主要負(fù)責(zé)完成各類水電站運(yùn)行信息數(shù)據(jù)的自動化收集、標(biāo)準(zhǔn)化存儲和發(fā)布[3]。通過建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以數(shù)據(jù)映射模型為主要方法把各類水電站運(yùn)行信息轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)中心。

綜合調(diào)度層主要負(fù)責(zé)為用戶提供一體化的水電站綜合調(diào)度門戶，以三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為根基，完成水電站全維數(shù)據(jù)信息的整體監(jiān)測，提供三維大壩和相關(guān)設(shè)備的展示、自動化水文預(yù)報、自動化發(fā)電優(yōu)化調(diào)度智能決策支持，使水電站調(diào)度人員能夠全面掌握系統(tǒng)運(yùn)況，便于實(shí)現(xiàn)智能決策。

3 智能化水電站實(shí)施策略

為了實(shí)現(xiàn)水電站在較理想的效率下運(yùn)轉(zhuǎn)，我們需要逐步實(shí)現(xiàn)水電站監(jiān)測體系的視頻化、智能化。通過智能計算機(jī)控制系統(tǒng)和智能化水電站系統(tǒng)相結(jié)合，利用視頻監(jiān)測體系[4]、與自動化檢測體系所得到的有關(guān)設(shè)備的數(shù)字化信息、水電站運(yùn)行狀態(tài)及時反饋給計算機(jī)分析系統(tǒng)，計算機(jī)利用智能模式可以處理得到數(shù)字化信息，從而判斷整個系統(tǒng)是否都正常工作，然后把相應(yīng)的指令傳輸?shù)街噶顖?zhí)行系統(tǒng)。

圖2 是上述運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖。

圖1 智能化水電站監(jiān)測分析控制

下載應(yīng)用程序軟件（APP），可以把水電站設(shè)備的瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)情況以視頻自主截屏的方式傳輸給工作人員。隨著水電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)字平臺持續(xù)完善，將水電站主流設(shè)備與外部智能化儀器連接可以幫助工人在任意時刻都能完成對水電站運(yùn)行情況的查看。

相關(guān)人員可以通過手機(jī)或者計算機(jī)軟件和水電站外部儀器連接，這樣水電站信息就可以通過手機(jī)應(yīng)用軟件直接傳輸給相關(guān)員工，工作人員接收到信息之后可以盡快調(diào)整、修正，以確保水電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 水電站智能化的實(shí)現(xiàn)效果

本文提出的基于多維信息的水電站智能化系統(tǒng)能夠有效提升水電站的自動化水平，同時也能夠保障水電站的正常運(yùn)行和生產(chǎn)安全，智能水電站運(yùn)行控制總體框架如圖2 所示。

圖2 水電站運(yùn)行控制流程圖

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理和應(yīng)用使得水電站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)高度共享、合理存儲。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心基礎(chǔ)[5]，目前很多單位已經(jīng)建立數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和開放接口，在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方面前進(jìn)了一大步。而整合各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)工作量很大，任務(wù)難度也很大，因此推進(jìn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是一個長期的工作。

各類業(yè)務(wù)流程自動化運(yùn)轉(zhuǎn)使得電站基本實(shí)現(xiàn)無人值守。水電站的水文預(yù)報、優(yōu)化調(diào)度等業(yè)務(wù)流程可以在各類氣象、水文、電力數(shù)據(jù)發(fā)生更新時自動化運(yùn)行，自動獲取格式化的數(shù)據(jù)生成預(yù)報方案和優(yōu)化調(diào)度結(jié)果供用戶決策，實(shí)現(xiàn)無人值守，提高電站自動化水平。

自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度手段促使電站運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)。水電站智能化系統(tǒng)能夠根據(jù)優(yōu)化任務(wù)、優(yōu)化問題的規(guī)模、約束條件自適應(yīng)選擇相應(yīng)的算法，并根據(jù)計算結(jié)果自動調(diào)整優(yōu)化方向，最大限度提供智能化的決策支持，提高水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的水平。目前水電站優(yōu)化調(diào)度模型已經(jīng)比較完備，實(shí)際工作中一般通過調(diào)度員經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定模型參數(shù)，制定調(diào)度方案。應(yīng)用本文所提出的基于多維信息的水電站智能化系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)建的水電站智能化系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程示意圖如圖3 所示。

圖3 智能化水電站的業(yè)務(wù)流程

一體化電站運(yùn)行監(jiān)視管理需要進(jìn)一步提高電站運(yùn)行的安全性。通過水電站一體化三維監(jiān)控和信息展示，能夠使用戶直觀掌握電站當(dāng)前的運(yùn)行各個環(huán)節(jié)的實(shí)際狀態(tài)，提高系統(tǒng)人機(jī)交互能力。此外，一旦有安全隱患，將實(shí)時產(chǎn)生報警信息，并通過多種方式為用戶提供報警服務(wù)，進(jìn)一步提高電站的安全運(yùn)行水平。

5 結(jié)論

隨著時代發(fā)展、科技進(jìn)步，智能化水電站建設(shè)工作的推進(jìn)勢在必行、符合潮流、不可阻擋。

目前這個階段5G 技術(shù)的成功應(yīng)用，推動AI 技術(shù)向前邁進(jìn)一大步，人工智能化將會普遍應(yīng)用，電力設(shè)施各方面的需求也會與日俱增，為了更好的做好電力設(shè)施服務(wù)，智能電網(wǎng)、智能化水電站的發(fā)展是不可缺少的。同時水電站智能化發(fā)展將自動化監(jiān)測、智能分析決策與操作人員應(yīng)用軟件相連接，減少人工投入、降低事故率、提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，推動智能電網(wǎng)為我們提供更好的服務(wù)。