梯級水電站智慧調度的建設淺析
——以三峽梯級水電站實時調度為例

龐樹森，張玉松，王 冕，段 萌

（三峽梯級調度通信中心，湖北 宜昌443100）

1 引言

2009 年，“智慧地球”（Smart Earth）這一概念問世。這一概念建立在IT技術及物理科學的發展上，通過云計算與計算機實現數字地球與人類社會和物理系統有機結合起來形成“物聯網”系統[1]。隨著科技的發展，人工智能、大數據、云計算、未來仿真技術、VR虛擬現實技術、遙測技術、通信技術等得到不斷的應用，智慧城市[2-3]、智慧流域[4-5]等概念相繼提出并開始智能化建設。當前，隨著梯級水電站的流域化、市場化、綜合化的不斷發展，趙云發等提出了具備智慧特征的梯級水電站調度業務新形態——智慧梯調[6]，智慧梯調將是未來梯級水電站運行管理的發展趨勢。而水電站智慧調度作為智慧梯調的一部分，智慧調度的研究和建設對流域梯級水電站調度運行管理具有重要意義。

水電站實時調度作為梯級水電站運行管理的重要組成部分，通過合理安排梯級水電站的運行方式和調整梯級水庫的水位及出庫流量，使梯級水電站及其接入的電網得到最大的經濟效益。三峽—葛洲壩梯級水電站實時調度建立在長江流域統一調度的基礎上，基于防洪、航運、發電、水資源調度等為一體的調度模式下，發揮梯級水庫的綜合效益。本文從三峽—葛洲壩梯級水電站實時調度出發，分析智慧調度在運行調度上的應用構想，更好的為今后梯級水電站實時調度工作服務。

2 智慧調度需要具備“水電合一”調度能力的全能值班員

智慧調度的建設首先是人的建設，人是調度經驗的集成者也是調度方案執行的決策者，具備水電知識的全能值班員是智慧調度建設的關鍵因素。

當前，三峽梯級水電站實時調度全面推進“水電合一”調度管理模式，這一模式的優勢在于培養一批既懂水又懂電、還熟悉電力市場交易的全能值班員，這類全能值班員既要有“水電合一”調度思維，又要有電力市場改革意識，還要有流域整體性的視野，由全能調度員組成的經驗知識庫，可以有效地結合調度系統做出最優調度決策。通過“水電合一”調度的推進，三峽梯級調度實時調度能力將處于國內實時調度領先水平。智慧調度要求下的全能值班員除了具備扎實的調度業務能力外，還需要提升應急事故處理能力，建立良好的溝通和表達能力，熟悉自動化與通信技術，有較強的事前預測、事中控制和事后總結能力。

表1 全能值班員應具備能力

3 智慧調度需要先進的智慧調度系統

智慧調度系統是集“大數據、云計算、仿真技術”為一體的全部調度業務管理系統。為探索三峽梯級水電站調度的新路徑，需要打造具備“狀態感知、實時分析、自主決策、學習提升”等功能的智慧調度系統。智慧調度系統的應用一方面能夠減少調度人員實時調度壓力，為調度員提供準確的調度決策信息，另一方面通過實時出力經濟最優控制，提高梯級水庫水能利用率，減少水庫棄水水量。智慧調度系統結構如圖1所示。

圖1 三峽梯級水電站智慧調度系統結構

3.1 調度決策支持系統

3.1.1 全流域梯級水庫調度自動化系統

三峽梯級水庫自動化系統是獲取長江流域梯級水電站實時運行信息的有效渠道，能為調度員提供實時水雨情、樞紐運行信息、氣象水文預報信息等，當前三峽梯級調度自動化系統正在進行升級改造，改造后的調度自動化系統將具備智能化、可視化、數字化的特點，為實時調度決策提供數據支持。隨著梯級業務的不斷延伸開展，需建立全流域梯級水庫調度系統，系統提供長江中上游及各支流水庫群調度所有信息。

3.1.2 實時監控系統

實時監控系統是調度員的眼睛，可實現實時、準確、可靠的對各電廠及線路所有控制對象的安全監視和控制。實時監控系統以統一信息化為基礎，可與水庫調度自動化系統進行數據交互，具備實時數據采集顯示、調節與控制、安全運行及事故追憶等基本功能。

3.1.3 智慧調度決策系統

葛洲壩水庫是三峽水庫的航運反調節水庫，調節能力弱，三峽和葛洲壩水庫具備聯合調度控制的條件，三峽—葛洲壩智慧調度決策系統將通過設定調度控制策略，實現梯級水電站聯合優化調度，同時該系統能夠快速準確地提供調度決策信息，保障電網系統及水庫調度安全，實現電站負荷實時經濟最優，實現調度決策從“自動化”到“智能化”的跨越。智慧調度系統包括模型決策支持系統和專家經驗支持系統，結合模型與專家知識庫手段對決策進行支持，利用模型與專家的定性與定量分析，通過綜合計算得到方案結果。決策系統還可根據三峽水庫蓄水期-消落期-汛期等不同時期的調度需求，提供長、中、短期調度方案。

3.1.4 調度實時控制及滾動預測系統

三峽及葛洲壩水庫調度難點就是控制樞紐上、下游水位以及葛洲壩水庫出庫流量。調度實時控制與滾動預測系統推演未來水庫調度運行的水位、流量、出力、泥沙變化過程，實時感知最新的水雨情信息變化、調度運行數據信息實時輸入喚醒系統滾動計算預測變化趨勢，對可能出現的調度風險給出警示及相應建議方案。通過與歷史庫典型調度案例對比分析，利用可視化技術實現畫面多樣化展示，實現信息共享與提取、實時處理與反饋相結合。

3.1.5 調度質量后評價系統

調度質量后評價系統結合梯級水電站智慧調度系統在實時性、穩定性、安全性等方面的要求，設計適用于水電站實時調度質量評價平臺及評價方法，結合人工干預，減少質量評價的主觀性，提高實時調度評價質量，為梯級水電站調度運行的安全穩定和可靠運行提供反饋信息。三峽—葛洲壩梯級水電站調度質量后評價系統依據確定的評價目標和約束條件，以調度水位控制、發電計劃修改、設備檢修控制以及電網系統安全為主要評價因子，根據實際運行資料，對調度全過程進行綜合評價。此外還需要建立調度風險管理模型，量化風險評估，評價調度過程風險因素，提高實時調度風險管控能力。

3.2 調度輔助系統

3.2.1 報警和預警系統

由于三峽—葛洲壩水庫調度的復雜性，特別是葛洲壩水庫調度對水位控制要求的精度高，同時兩壩區間來水隨機性和電網負荷需求的不確定性，導致水電站實際運行與計劃時常出現偏差。所以必須建設報警及預警系統，該系統可在水庫水位運行出現偏差及水位預測將會超過限定或設定值時及時通過短信、語音、圖像、網絡媒介等反饋給調度員。報警和預警系統將為預防調度事故和水庫無故棄水贏得寶貴時間，其中報警限制和預警時間都可以根據需要進行設置。

3.2.2 生產信息發布及報送系統

調度報表和電力生產信息的傳輸和發布需要建立一套完整的生產信息發布及報送系統，該系統可按照既定模板實時提取生產信息，向指定群組或人員發送短信息、郵件和傳真。同時該系統與上述其他系統實現數據共享和系統集成，可直接在其他系統上進行信息配置并發布。

3.2.3 自動化通信輔助系統

自動化通信輔助系統包括發電計劃下發系統、樞紐信息及生產信息展示平臺、電力生產信息管理系統、數據交換平臺系統。智能化的自動化通信輔助系統是調度決策系統的重要補充，是完成調度任務的重要輔助工具。

3.2.4 調度會商平臺

調度會商是為調度關鍵期提供全方位決策支持的會議機制，三峽水庫調度會商根據三峽水庫在防洪、發電、航運等調度關鍵時期提供水雨情預報會商、航運協調會商、實時調度會商等機制。水電站科學運行必須建立完善的調度會商機制，為綜合上下游梯級水庫調度目標和水雨情調度實況，提供調度最優決策。

4 面向電力市場的水電站智慧優化調度

電力市場的改革不斷深化，水電站逐步參與電力市場交易，梯級水電站在電力市場環境下構建符合電網系統運行規律、水庫調度規則，并遵循電力市場交易的嶄新模式，使梯級水電站發電量最優，是智慧調度研究的一個新方向。三峽梯級水電站智慧調度建設需要兼顧電力市場交易所帶來的水庫調度風險因素，將三峽及葛洲壩水庫調度目標和水位控制要求與電力市場下經濟效益最大化相結合，建立復雜調度條件下，集防洪調度、航運調度、生態調度、應急調度和電力市場下的電力調度于一體的調度模型，達到水資源優化配置的目的。此外應強化流域水情、市場供需形勢和市場電價等方面預測工作，加大業務研究深度，建立相互協調、補償機制，更好地服務于智慧調度決策，提高調度決策的科學性。

5 總結

智慧調度建設是實現水電站現代化管理的趨勢。智能決策系統和智能輔助系統的搭建，將提高水電站調度管理水平，優化調度方式和實時調度工作流程，協調調度目標和任務，增加發電效益，從而提高企業核心競爭力。

本文依據三峽—葛洲壩梯級水電站調度及智慧梯調建設現狀，并結合電力市場改革的發展探討智慧調度建設的思路。提出智慧梯調的建設首先是人的建設，需要培訓技術能力強的全能調度員，其次需要智能調度支持系統，為實時調度提供信息、決策服務。