湖南地區電網水調自動化系統設計與實現

葛　瑜，謝小燕，印　奇，侯云偉

(國網電力科學研究院/南京南瑞集團公司，南京　210006)

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湖南地區電網水調自動化系統設計與實現

葛瑜，謝小燕，印奇，侯云偉

(國網電力科學研究院/南京南瑞集團公司，南京210006)

摘要：針對地調電網水調自動化系統建設難點，結合湖南電網實際情況，提出了系統設計思路和總體結構，并就分中心交互式WEB平臺技術、數據采集混合通信組網技術、中間數據庫技術等關鍵技術介紹了實現方法。通過在益陽地調的實踐表明，該系統運行穩定，效益顯著，滿足地調水調業務開展的需求。關鍵詞：交互式；WEB；共享平臺；數據采集；通信組網；數據庫

0前言

湖南省小水電資源豐富，尤其因其是清潔能源，且投資少，見效快，能有效帶動當地經濟發展，近年來得到了快速發展。由于小水電數量龐大，運行管理比較粗放，給電網負荷預測帶來了很多不確定性[1]。為了加強對小水電的管控，湖南電網大力開展地區電網(以下簡稱“地調”)水調自動化系統的建設。

地調水調系統建設中，面臨很多難題。小水電與大水電不同，往往地理位置更為偏遠，水雨情自動監測手段落后，采用人工方式觀測水雨情信息的仍然比較多。電站運行管理水平比較低，對先進的自動化系統維護力量薄弱，信息共享程度低，各電站之間缺乏統一的數據共享平臺[2-3]。因此，本文針對地調水調系統，以益陽地調為例提出設計思路和總體設計結構，并就地調水調系統建設的幾個關鍵技術問題提出實現方案，最后介紹應用情況。現場運行實踐表明，系統實際合理，滿足地調水調業務開展需求。

1系統總體設計思路

根據《電力系統水調自動化功能規范(試行)》、《電網水調自動化系統實用化要求及驗收細則(試行)》和《湖南省地區水調自動化系統功能規范(試行)》的要求，湖南地調水調自動化系統的設計遵循實用、可靠、經濟合理、技術先進、便于維護管理的原則。

(1) 開放性：湖南地調水調自動化系統采用IEEE電網控制中心工作組推薦的開放式結構，提供開放式環境，滿足開放性要求，支持用戶自定義的開發，支持標準的數據庫訪問接口，支持標準的網絡通信協議、應用基本函數及調用接口，開放式系統軟件運行任務調用軟件接口，系統軟件集成的開放環境。

(2) 分布式：湖南地調水調自動化系統采用分布式的網絡體系結構，所有功能均采用Client/Server模式分布于網絡中，網絡中各個節點各自獨立，保證了系統的安全和可靠。

(3) 可靠性和安全性：系統重要節點采用冗余配置，保證整個系統功能不受單點故障影響。

(4) 針對性：針對地調水調自動化系統，能適應小水電的特點，采用可靠的技術手段，滿足對小水電管控的要求。

2系統總體結構

地調水調自動化系統是一個復雜的信息系統，包括水調業務所需要的各種信息的采集、處理、監視及應用等。地調水調自動化系統采用分布式的系統結構。

2.1層次結構

益陽地調水調自動化系統接入有東坪、株溪口、浪石灘、馬跡塘、白竹州、修山6個水電站分中心，并接入從省調轉發的柘溪、筱溪水電站分中心數據。益陽地調水調自動化系統匯總接入電站分中心數據后上傳省調，使得電站、地調、省調水調自動化系統構成了一體化的體系，層次結構見圖1。

圖1　益陽地調水調自動化系統層次結構圖

2.2網絡結構

根據“電力二次系統安全防護”[4]的規定，地調水調自動化系統橫跨安全Ⅱ區和安全Ⅲ區，安全Ⅱ區為水調業務主體，由數據庫服務器、備用數據服務器、應用服務器和通信服務器等組成，通過網絡設備接入電力調度數據網；安全Ⅲ區由水調三區數據庫服務器和水調WEB服務器以及通信服務器組成，接入不滿足安防條件的電站分中心，并連接信息內網。安全Ⅱ區與安全Ⅲ區通過正反向隔離設備進行數據同步。地調水調自動化系統網絡結構見圖2。

2.3數據流程

地調水調自動化系統規劃了邏輯清晰、穩定可靠的數據流程。電站分中心將水情數據、水調數據、閘門信息、預報數據等相關數據上報地調水調系統，根據不同的接入條件，部分電站分中心的出力及機組狀態從地調中心站下發，由電站分中心本地進行水務計算和數據處理后上傳結果，地調中心站則實現了對電站數據的采集、整編和分析。地調水調系統同時從地調EMS、OMS系統、電能量系統獲取相關數據開展水調業務應用，并將數據匯總后上報湖南省調。湖南省調將流域上游相關信息下發地調。地調水調系統數據流程見圖3。

2.4應用功能

水調系統總體上包括水調平臺系統和決策支持系統：① 水調平臺系統主要包含水調數據采集、數據通信、安全隔離、數據中間件、數據處理、水務計算、短信發布、事件告警、人機界面、水調WEB等功能[5-6]，實現了水調系統的數據采集、共享、運算、發布、告警及可視化的展示。② 決策支持系統主要包含短期來水預報、中長期來水預報、短期優化調度、3 d滾動發電計劃、長期發電計劃、節能考核等功能，主要為流域梯級電站汛期安全運行和水庫優化調度決策提供支撐。

3關鍵技術實現

根據地調水調自動化系統特點，實現系統設計目標的關鍵技術如下。

3.1分中心交互式WEB平臺技術

小水電站往往受客觀條件限制，雖然接入的主要電站都建設了水調系統，但數據采集設備及水調系統運行水平不高，數據合格率和準時率都不高，嚴重影響地調水調系統運行水平及數據考核結果。因而在地調水調中心站開發了分中心交互式WEB平臺系統[7]，正常情況由電站分中心水調系統自動上傳數據至地調水調中心站，同時地調也將電站所需上游電站數據下發，實現了數據的正常共享，電站用戶通過訪問分中心WEB系統即可查看本站上傳數據情況及三率(暢通率、合格率和準時率)統計結果；如果電站系統出現異常，電站用戶則可以通過分中心交互式WEB平臺人工錄入校核后的相關數據；如果上傳數據錯誤，電站用戶也可以進行修改校正。分中心交互式WEB平臺包含實時數據交互模塊、綜合小時數據交互模塊、綜合日數據交互模塊、發電計劃數據交互模塊、考核結果發布模塊、資料管理模塊、預報數據交互模塊和權限管理模塊等八大模塊，具體示意圖見圖4。

圖2　地調水調系統網絡結構圖

圖3　地調水調系統數據流程圖

3.2數據采集混合通信組網技術

圖4　分中心交互式WEB平臺結構示意圖

小水電站大都處于偏遠山區，調度數據網絡或專線通道很難實現全覆蓋[8]，部分電站鋪設線路極不現實；部分小水電站雖然可能具有光纖通道，但是沒有完成二次安防系統建設，不能直接接入調度系統安全二區。數據采集混合組網技術是基于電力系統調度數據網、專線網絡、電話撥號網絡及公用通信網絡和安全防護設備，針對小水電通信的特點，建立地區電網調度中心與電站之間的混合通信網絡[9-13]；在通信協議層面進行了特殊設計，針對不同通信信道設計了分頻度、分類型傳輸，分策略壓縮，自適應補傳等功能，確保了信息采集的準確有效、及時可靠、安全穩定的應用要求。數據采集混合通信組網結構見圖5。

圖5　數據采集混合通信組網結構示意圖

3.3中間數據庫技術

地區電網水調數據流程復雜，接口眾多。系統設計了中間數據庫用來與地調各個相關系統接口進行數據通信[14-15]，從而規整了數據接口方式；實現了對不同系統、不同廠家的快速兼容，提高了系統數據交互效率；避免了相關系統直接訪問水調數據庫帶來的影響，提升了水調數據庫的安全性；同時減少了后續維護工作量。 中間數據庫示意圖見圖6。

圖6　中間數據庫示意圖

4經濟效益

益陽地區小水電資源非常豐富，截止2012年6月30日接入益陽地調的水電站10余座，裝機容量797.1 MW，并網電力公司9家，各水電站在益陽電網中擔負著發電、調峰、調頻、事故備用等任務，對電網的安全、優質、經濟運行起著極其重要的作用。但同時，小水電單位裝機小，分布廣，集中來水時發電負荷沖擊較大。

根據湖南省統一規劃，益陽地調于2012年開展了地調水調自動化系統建設，采用了本文設計的地調水調自動化系統，接入了包括浪石灘、筱溪、柘溪、東坪、株溪口、馬跡塘、白竹洲、修山8個電站的信息，同時數據上傳湖南省調，并開展了資水流域優化調度。

系統的建成實現了地調對小水電的可見、可控，改變小水電無序發電帶來的不利影響，提高了電網安全運行水平；并通過對骨干水電站的優化調度和合理的水量調配，實現電站群的水量與水頭有效補償，減少下游小水電棄水，提高電站群的水能利用

效率，創造了可觀的社會效益及經濟效益，僅2013年4月至2013年9月6個月就節水增發電量4 465萬kWh，相當于節約原煤2.25萬t，減少CO2排放2.95萬t，減少SO2排放1 696 t。

5結語

湖南地區電網水調系統的建立，有效地提高了小水電數據的穩定性和系統的運行水平。未來的地區電網水調系統建設中，應充分考慮信息共享的需求，開發多種更加適應小水電特點的信息共享方式，減少信息采集盲區，建設全景式地調水調系統；同時，小水電應在水文預報和發電計劃環節加強與調度機構和上下游的溝通，在提高水能利用率的同時，保證電網安全穩定運行。

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Design and Realization of Automation System for Hydraulic Regulation in Hunan Power Grid

GE Yu, XIE Xiaoyan, YIN Qi, HOU Yunwei

(State Grid Electric Power Research Institute/Nari Group Corporation, Nanjing210006, China)

Abstract:Aiming at difficulty of construction of automation system for hydraulic regulation in the power grid of regional dispatching and in combination with actual conditions of Hunan power grid, concept and general structural of the system design are proposed. Methods of realization of key technologies such as the interactive WEB platform technology for sub-center, technology of composite communication group network for data collection and technology of intermediate database, etc are introduced. Through the practice of the regional dispatching of Yiyang, it proves that the system operates stably, its benefit is outstanding and the system satisfies demand of business development of hydraulic regulation in regional dispatching.Key words:interactive; WEB; sharing platform; data collection; communication group network; data base

文章編號：1006—2610(2016)03—0061—04

收稿日期：2016-02-02

作者簡介：葛瑜(1986- )，男，甘肅省天水市人，工程師，研究方向為水調自動化系統研究及應用工作.

中圖分類號：TV697.11;TM734

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.016