湖南地區(qū)電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

葛　瑜，謝小燕，印　奇，侯云偉

(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團(tuán)公司，南京　210006)

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湖南地區(qū)電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

葛瑜，謝小燕，印奇，侯云偉

(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團(tuán)公司，南京210006)

摘要：針對(duì)地調(diào)電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)難點(diǎn)，結(jié)合湖南電網(wǎng)實(shí)際情況，提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和總體結(jié)構(gòu)，并就分中心交互式WEB平臺(tái)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集混合通信組網(wǎng)技術(shù)、中間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)介紹了實(shí)現(xiàn)方法。通過在益陽地調(diào)的實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效益顯著，滿足地調(diào)水調(diào)業(yè)務(wù)開展的需求。關(guān)鍵詞：交互式；WEB；共享平臺(tái)；數(shù)據(jù)采集；通信組網(wǎng)；數(shù)據(jù)庫(kù)

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(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，近年來得到了快速發(fā)展。由于小水電數(shù)量龐大，運(yùn)行管理比較粗放，給電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)帶來了很多不確定性[1]。為了加強(qiáng)對(duì)小水電的管控，湖南電網(wǎng)大力開展地區(qū)電網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱“地調(diào)”)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)。

地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)建設(shè)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(yuǎn)，水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)手段落后，采用人工方式觀測(cè)水雨情信息的仍然比較多。電站運(yùn)行管理水平比較低，對(duì)先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)力量薄弱，信息共享程度低，各電站之間缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)[2-3]。因此，本文針對(duì)地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)，以益陽地調(diào)為例提出設(shè)計(jì)思路和總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并就地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)建設(shè)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題提出實(shí)現(xiàn)方案，最后介紹應(yīng)用情況。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)踐表明，系統(tǒng)實(shí)際合理，滿足地調(diào)水調(diào)業(yè)務(wù)開展需求。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)《電力系統(tǒng)水調(diào)自動(dòng)化功能規(guī)范(試行)》、《電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化要求及驗(yàn)收細(xì)則(試行)》和《湖南省地區(qū)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范(試行)》的要求，湖南地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、便于維護(hù)管理的原則。

(1) 開放性：湖南地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)采用IEEE電網(wǎng)控制中心工作組推薦的開放式結(jié)構(gòu)，提供開放式環(huán)境，滿足開放性要求，支持用戶自定義的開發(fā)，支持標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、應(yīng)用基本函數(shù)及調(diào)用接口，開放式系統(tǒng)軟件運(yùn)行任務(wù)調(diào)用軟件接口，系統(tǒng)軟件集成的開放環(huán)境。

(2) 分布式：湖南地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，所有功能均采用Client/Server模式分布于網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)各自獨(dú)立，保證了系統(tǒng)的安全和可靠。

(3) 可靠性和安全性：系統(tǒng)重要節(jié)點(diǎn)采用冗余配置，保證整個(gè)系統(tǒng)功能不受單點(diǎn)故障影響。

(4) 針對(duì)性：針對(duì)地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，能適應(yīng)小水電的特點(diǎn)，采用可靠的技術(shù)手段，滿足對(duì)小水電管控的要求。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的信息系統(tǒng)，包括水調(diào)業(yè)務(wù)所需要的各種信息的采集、處理、監(jiān)視及應(yīng)用等。地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.1層次結(jié)構(gòu)

益陽地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)接入有東坪、株溪口、浪石灘、馬跡塘、白竹州、修山6個(gè)水電站分中心，并接入從省調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)的柘溪、筱溪水電站分中心數(shù)據(jù)。益陽地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)匯總接入電站分中心數(shù)據(jù)后上傳省調(diào)，使得電站、地調(diào)、省調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成了一體化的體系，層次結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　益陽地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)“電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)”[4]的規(guī)定，地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)橫跨安全Ⅱ區(qū)和安全Ⅲ區(qū)，安全Ⅱ區(qū)為水調(diào)業(yè)務(wù)主體，由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、備用數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和通信服務(wù)器等組成，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)；安全Ⅲ區(qū)由水調(diào)三區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和水調(diào)WEB服務(wù)器以及通信服務(wù)器組成，接入不滿足安防條件的電站分中心，并連接信息內(nèi)網(wǎng)。安全Ⅱ區(qū)與安全Ⅲ區(qū)通過正反向隔離設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

2.3數(shù)據(jù)流程

地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃了邏輯清晰、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)流程。電站分中心將水情數(shù)據(jù)、水調(diào)數(shù)據(jù)、閘門信息、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)上報(bào)地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)不同的接入條件，部分電站分中心的出力及機(jī)組狀態(tài)從地調(diào)中心站下發(fā)，由電站分中心本地進(jìn)行水務(wù)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理后上傳結(jié)果，地調(diào)中心站則實(shí)現(xiàn)了對(duì)電站數(shù)據(jù)的采集、整編和分析。地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)同時(shí)從地調(diào)EMS、OMS系統(tǒng)、電能量系統(tǒng)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)開展水調(diào)業(yè)務(wù)應(yīng)用，并將數(shù)據(jù)匯總后上報(bào)湖南省調(diào)。湖南省調(diào)將流域上游相關(guān)信息下發(fā)地調(diào)。地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程見圖3。

2.4應(yīng)用功能

水調(diào)系統(tǒng)總體上包括水調(diào)平臺(tái)系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)：① 水調(diào)平臺(tái)系統(tǒng)主要包含水調(diào)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、安全隔離、數(shù)據(jù)中間件、數(shù)據(jù)處理、水務(wù)計(jì)算、短信發(fā)布、事件告警、人機(jī)界面、水調(diào)WEB等功能[5-6]，實(shí)現(xiàn)了水調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、共享、運(yùn)算、發(fā)布、告警及可視化的展示。② 決策支持系統(tǒng)主要包含短期來水預(yù)報(bào)、中長(zhǎng)期來水預(yù)報(bào)、短期優(yōu)化調(diào)度、3 d滾動(dòng)發(fā)電計(jì)劃、長(zhǎng)期發(fā)電計(jì)劃、節(jié)能考核等功能，主要為流域梯級(jí)電站汛期安全運(yùn)行和水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度決策提供支撐。

3關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)如下。

3.1分中心交互式WEB平臺(tái)技術(shù)

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(shè)了水調(diào)系統(tǒng)，但數(shù)據(jù)采集設(shè)備及水調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行水平不高，數(shù)據(jù)合格率和準(zhǔn)時(shí)率都不高，嚴(yán)重影響地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行水平及數(shù)據(jù)考核結(jié)果。因而在地調(diào)水調(diào)中心站開發(fā)了分中心交互式WEB平臺(tái)系統(tǒng)[7]，正常情況由電站分中心水調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)至地調(diào)水調(diào)中心站，同時(shí)地調(diào)也將電站所需上游電站數(shù)據(jù)下發(fā)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的正常共享，電站用戶通過訪問分中心WEB系統(tǒng)即可查看本站上傳數(shù)據(jù)情況及三率(暢通率、合格率和準(zhǔn)時(shí)率)統(tǒng)計(jì)結(jié)果；如果電站系統(tǒng)出現(xiàn)異常，電站用戶則可以通過分中心交互式WEB平臺(tái)人工錄入校核后的相關(guān)數(shù)據(jù)；如果上傳數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，電站用戶也可以進(jìn)行修改校正。分中心交互式WEB平臺(tái)包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互模塊、綜合小時(shí)數(shù)據(jù)交互模塊、綜合日數(shù)據(jù)交互模塊、發(fā)電計(jì)劃數(shù)據(jù)交互模塊、考核結(jié)果發(fā)布模塊、資料管理模塊、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)交互模塊和權(quán)限管理模塊等八大模塊，具體示意圖見圖4。

圖2　地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖3　地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

3.2數(shù)據(jù)采集混合通信組網(wǎng)技術(shù)

圖4　分中心交互式WEB平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

小水電站大都處于偏遠(yuǎn)山區(qū)，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或?qū)＞€通道很難實(shí)現(xiàn)全覆蓋[8]，部分電站鋪設(shè)線路極不現(xiàn)實(shí)；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(tǒng)建設(shè)，不能直接接入調(diào)度系統(tǒng)安全二區(qū)。數(shù)據(jù)采集混合組網(wǎng)技術(shù)是基于電力系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、專線網(wǎng)絡(luò)、電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)及公用通信網(wǎng)絡(luò)和安全防護(hù)設(shè)備，針對(duì)小水電通信的特點(diǎn)，建立地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心與電站之間的混合通信網(wǎng)絡(luò)[9-13]；在通信協(xié)議層面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，針對(duì)不同通信信道設(shè)計(jì)了分頻度、分類型傳輸，分策略壓縮，自適應(yīng)補(bǔ)傳等功能，確保了信息采集的準(zhǔn)確有效、及時(shí)可靠、安全穩(wěn)定的應(yīng)用要求。數(shù)據(jù)采集混合通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5　數(shù)據(jù)采集混合通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3中間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

地區(qū)電網(wǎng)水調(diào)數(shù)據(jù)流程復(fù)雜，接口眾多。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了中間數(shù)據(jù)庫(kù)用來與地調(diào)各個(gè)相關(guān)系統(tǒng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[14-15]，從而規(guī)整了數(shù)據(jù)接口方式；實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同系統(tǒng)、不同廠家的快速兼容，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互效率；避免了相關(guān)系統(tǒng)直接訪問水調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)帶來的影響，提升了水調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性；同時(shí)減少了后續(xù)維護(hù)工作量。 中間數(shù)據(jù)庫(kù)示意圖見圖6。

圖6　中間數(shù)據(jù)庫(kù)示意圖

4經(jīng)濟(jì)效益

益陽地區(qū)小水電資源非常豐富，截止2012年6月30日接入益陽地調(diào)的水電站10余座，裝機(jī)容量797.1 MW，并網(wǎng)電力公司9家，各水電站在益陽電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)著發(fā)電、調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等任務(wù)，對(duì)電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著極其重要的作用。但同時(shí)，小水電單位裝機(jī)小，分布廣，集中來水時(shí)發(fā)電負(fù)荷沖擊較大。

根據(jù)湖南省統(tǒng)一規(guī)劃，益陽地調(diào)于2012年開展了地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，采用了本文設(shè)計(jì)的地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，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(gè)電站的信息，同時(shí)數(shù)據(jù)上傳湖南省調(diào)，并開展了資水流域優(yōu)化調(diào)度。

系統(tǒng)的建成實(shí)現(xiàn)了地調(diào)對(duì)小水電的可見、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(yùn)行水平；并通過對(duì)骨干水電站的優(yōu)化調(diào)度和合理的水量調(diào)配，實(shí)現(xiàn)電站群的水量與水頭有效補(bǔ)償，減少下游小水電棄水，提高電站群的水能利用

效率，創(chuàng)造了可觀的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，僅2013年4月至2013年9月6個(gè)月就節(jié)水增發(fā)電量4 465萬kWh，相當(dāng)于節(jié)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(jié)語

湖南地區(qū)電網(wǎng)水調(diào)系統(tǒng)的建立，有效地提高了小水電數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的運(yùn)行水平。未來的地區(qū)電網(wǎng)水調(diào)系統(tǒng)建設(shè)中，應(yīng)充分考慮信息共享的需求，開發(fā)多種更加適應(yīng)小水電特點(diǎn)的信息共享方式，減少信息采集盲區(qū)，建設(shè)全景式地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)；同時(shí)，小水電應(yīng)在水文預(yù)報(bào)和發(fā)電計(jì)劃環(huán)節(jié)加強(qiáng)與調(diào)度機(jī)構(gòu)和上下游的溝通，在提高水能利用率的同時(shí)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(hào)：1006—2610(2016)03—0061—04

收稿日期：2016-02-02

作者簡(jiǎn)介：葛瑜(1986- )，男，甘肅省天水市人，工程師，研究方向?yàn)樗{(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)研究及應(yīng)用工作.

中圖分類號(hào)：TV697.11;TM734

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.016