水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化改造研究

曾召山

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

當(dāng)前我國(guó)的電網(wǎng)智能化戰(zhàn)略已全面啟動(dòng)，智能電網(wǎng)建設(shè)已在變電環(huán)節(jié)獲得較大進(jìn)展，智能化變電站建設(shè)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。但智能電網(wǎng)的相關(guān)研究和建設(shè)工作比較注重電網(wǎng)的輸電、送電、配電和用電等環(huán)節(jié)，在發(fā)電環(huán)節(jié)尤其是水電站的智能化建設(shè)方面相對(duì)滯后，還處于起步探索階段。對(duì)于什么是智能化水電站、如何建設(shè)智能化水電站，還未形成清晰的共識(shí)，更缺乏具體的可操作標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。基于此，本文探究水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化改造設(shè)計(jì)框架、改造方案等。

1 智能水電廠概念

智能化水電廠由于建立在可靠的通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，它的主要目標(biāo)比自動(dòng)化水電廠相比是增強(qiáng)其設(shè)備的運(yùn)行功能和提高其對(duì)于水流發(fā)電的利用率。智能化水電廠的服務(wù)對(duì)象是智能電網(wǎng)，它的基礎(chǔ)是電網(wǎng)和水電廠協(xié)調(diào)發(fā)展的可靠、科技的智能設(shè)備。

智能化水電廠的技術(shù)特征：（1）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的完善化，設(shè)備的智能化。（2）實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)層面的一體化，將數(shù)據(jù)整合到一起，資源利用的更加完善。（3）信息管理的標(biāo)準(zhǔn)化：將總的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)算加快，管理方便。（4）決策管理系統(tǒng)的智能化：通過(guò)同一個(gè)信息處理，以及將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，之后對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行智能性的決策。

智能水電廠的大致作用是將設(shè)備得到的信息進(jìn)行收集，并進(jìn)行處理等系統(tǒng)。它的技術(shù)關(guān)鍵是智能水電廠一體化管理控制平臺(tái)，通過(guò)將水電廠的設(shè)備產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)高效完整的傳輸并確定設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和安全，使整個(gè)廠家有一個(gè)安全保障。

2 總體設(shè)計(jì)流程的架構(gòu)

智能化水電廠的系統(tǒng)我們?cè)O(shè)計(jì)為站控層、間隔層、過(guò)程層、系統(tǒng)層4層邏輯構(gòu)成。

（1）站控層，它是將監(jiān)控系統(tǒng)和智能設(shè)備鏈接到一起，是非常重要的，所以我們需要對(duì)它進(jìn)行優(yōu)化。這部分優(yōu)化，我們不需要將他們?nèi)刻鎿Q掉，而是只在系統(tǒng)中添加一個(gè)一體化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，將生成的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)到一起進(jìn)行輸出。在這部分統(tǒng)計(jì)平臺(tái)上，我們可以添加一些模型組塊，將這部分系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和提高。比如氣象系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用、信息管理系統(tǒng)、專家意見(jiàn)系統(tǒng)等等。在對(duì)這部分系統(tǒng)進(jìn)行處理時(shí)，我們應(yīng)該進(jìn)行統(tǒng)籌管理，對(duì)之進(jìn)行分別布置并采取保護(hù)管理，提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

（2）間隔層，它是由好幾個(gè)系統(tǒng)組合而成的，如安穩(wěn)系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)等等，作用是將一組單獨(dú)的數(shù)據(jù)作用于此數(shù)據(jù)應(yīng)使用的設(shè)備，就是和之后的各種設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。我們對(duì)間隔層進(jìn)行改造時(shí)主要是將數(shù)據(jù)傳輸?shù)母佑行?，更加?zhǔn)確?？梢院驼究貙又械囊惑w化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，將每一個(gè)數(shù)據(jù)和一個(gè)應(yīng)用連接起來(lái)，組合成一個(gè)單獨(dú)的模塊，這樣在收到這個(gè)數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平臺(tái)可以更加有效的將數(shù)據(jù)傳輸給下一級(jí)設(shè)備。傳輸效果穩(wěn)定，傳輸速度加快，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）過(guò)程層，它是由電子互感器、合并單元等組成，是前面設(shè)備和后面聯(lián)動(dòng)設(shè)備之間的連接點(diǎn)，是對(duì)各種狀態(tài)參數(shù)的檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)，之后進(jìn)行操作和驅(qū)動(dòng)。但是因?yàn)楫?dāng)前的水電廠基本上是采用傳統(tǒng)通信方面進(jìn)行操作，在上面優(yōu)化很難，所以我們可以直接按照智能變電站的過(guò)程層進(jìn)行復(fù)刻，對(duì)水電站的二次設(shè)備進(jìn)行智能化改造。

（4）系統(tǒng)層，在對(duì)智能化水電廠進(jìn)行更新改造時(shí)，我們也需要對(duì)系統(tǒng)層進(jìn)行改變。首先，我們需要將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行單個(gè)功能的分塊，使得完整的系統(tǒng)形成多個(gè)功能不同的系統(tǒng)模塊協(xié)同配合，如形成監(jiān)控系統(tǒng)、專家意見(jiàn)系統(tǒng)，問(wèn)題反饋系統(tǒng)等等不同的系統(tǒng)。將這些系統(tǒng)都統(tǒng)一可以和全廠智能系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化，使得數(shù)據(jù)信息傳輸效率增加。解決完系統(tǒng)分工的問(wèn)題之后，我們還需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)云儲(chǔ)存系統(tǒng)，將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳并儲(chǔ)存分析的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，可以將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，并將各種不同的系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立分析和運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)之進(jìn)行檢索和梳理分析，使得設(shè)備和系統(tǒng)更加的完善可靠。

3 智能化水電廠的改造方案

3.1 改換新數(shù)據(jù)對(duì)象

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模塊中，水電廠中的各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)不能互相傳輸，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率非常慢。由于這個(gè)問(wèn)題，我們提出可以采取新的面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)方案將數(shù)據(jù)共享到整個(gè)水電廠的系統(tǒng)中，這樣在傳輸系統(tǒng)時(shí)，另一個(gè)系統(tǒng)不用一個(gè)個(gè)檢查這個(gè)數(shù)據(jù)的物理大小是否匹配和是否在傳輸區(qū)間內(nèi)等等。因?yàn)閭鬏敽徒邮詹襟E的進(jìn)一步簡(jiǎn)化和完善，所以實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在整個(gè)系統(tǒng)模塊之間的快速傳輸，并因?yàn)閿?shù)據(jù)都統(tǒng)計(jì)到了一起，整個(gè)數(shù)據(jù)更加的容易管理，維護(hù)和保護(hù)。在建立和完善這個(gè)水電站信息數(shù)據(jù)模型時(shí)，我們可以采用這種廣泛應(yīng)用的IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于水電的各種應(yīng)用。

3.2 采取自動(dòng)化控制的管理

在自動(dòng)化控制管理層面的優(yōu)化，我們采取了將水流情況、系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸和安全方面等系統(tǒng)連接到一起，形成一個(gè)總的管理集成將數(shù)據(jù)傳輸?shù)矫恳粋€(gè)子系統(tǒng)中，形成各種系統(tǒng)的自動(dòng)化管理平臺(tái)。此平臺(tái)應(yīng)該應(yīng)有整個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、消息總線及服務(wù)總線，以滿足各種應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行要求。還應(yīng)該對(duì)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。這使得系統(tǒng)有一個(gè)自動(dòng)化的整合，將傳統(tǒng)的水電廠監(jiān)管設(shè)備進(jìn)一步簡(jiǎn)化，系統(tǒng)設(shè)備更加安全、經(jīng)濟(jì)。這個(gè)自動(dòng)化管理平臺(tái)也有個(gè)各種方式來(lái)確保我們的Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)的安全。如防火墻和物理性隔離等進(jìn)行保護(hù)。Ⅰ區(qū)大致由各種監(jiān)控和檢測(cè)數(shù)據(jù)等系統(tǒng)組成，一般擔(dān)任我們工廠生產(chǎn)管理和控制設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的職能。Ⅱ區(qū)則是通過(guò)Ⅰ區(qū)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的管理和控制，Ⅰ區(qū)提供的數(shù)據(jù)在Ⅱ區(qū)中被用于自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，如對(duì)水況的研究和調(diào)取以及監(jiān)控等，為工廠中的其他系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步服務(wù)，并使得這些系統(tǒng)與外部的設(shè)備和系統(tǒng)接駁。

3.3 一體化管理控制平臺(tái)

一體化管理控制平臺(tái)將數(shù)據(jù)整合到一起，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，之后建設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息和公共信息數(shù)據(jù)整合模塊。這個(gè)平臺(tái)可以對(duì)信息數(shù)據(jù)新型處理分析，整合儲(chǔ)存等，將整個(gè)水電廠自動(dòng)化設(shè)備與智能化系統(tǒng)連接到一起，生產(chǎn)全過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理信息有機(jī)集成并優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)水電信息共享和有效利用，提供整體管理功能。并且一體化管理控制平臺(tái)應(yīng)該與監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)行管理系統(tǒng)等公共服務(wù)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)信息的整體化和水電廠的工作智能化。

3.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)因?yàn)樗鼘?duì)于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的完整運(yùn)行有著重要作用，更需要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的升級(jí)的改進(jìn)創(chuàng)新?？梢赃M(jìn)行軟件和少量硬件升級(jí)，使升級(jí)到H9000 V4.0,這樣會(huì)明顯的提高系統(tǒng)和設(shè)備的智能水平。并將數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)工程推廣到每一個(gè)系統(tǒng)設(shè)備中，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理分析，將其網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)有著很大的幫助。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，本篇系統(tǒng)地講解了智能水電廠的概念、總體設(shè)計(jì)流程的構(gòu)造和智能水電廠的創(chuàng)新優(yōu)化。對(duì)智能水電廠的講述和優(yōu)化改造使得傳統(tǒng)水電廠具備更高效率的數(shù)據(jù)傳輸能力，和更加安全的設(shè)備使用方案，為水電廠家提供了經(jīng)濟(jì)上的便利和事故處理方面的保障能力。對(duì)管理層面上的系統(tǒng)進(jìn)行了統(tǒng)籌，整個(gè)智能水電廠更加安全可靠，和諧共處，綠色環(huán)保。