智能水電廠的架構(gòu)與功能

王 昕，梁 凌，李庚達(dá)，李繼清，李建昌，方志寧

（1.國(guó)電新能源技術(shù)研究院有限公司，北京市 102209；2.華北電力大學(xué)，北京市 102206；3.國(guó)電電力發(fā)展股份有限公司，北京市 100101）

0 引言

水電作為一種清潔、低碳、可再生能源，在保障我國(guó)能源供應(yīng)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)新能源開發(fā)、實(shí)現(xiàn)電力可持續(xù)發(fā)展、提高流域防洪能力、改善供水及通航條件、減少溫室氣體排放等諸多方面發(fā)揮著重要作用，能夠取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水電以其顯著的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性特點(diǎn)迅猛發(fā)展，截至2019年底，全國(guó)水電裝機(jī)容量為3.56億kW，占發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?9.2%[1]。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，2020年水電總裝機(jī)容量將達(dá)到3.8億kW，預(yù)計(jì)2025年全國(guó)水電裝機(jī)容量達(dá)到4.7億kW[2]。

近年來(lái)，我國(guó)相繼發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》[3]、《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[4]等指導(dǎo)文件，明確指出“促進(jìn)能源和信息深度融合”，同時(shí)提出我國(guó)新一代人工智能全面長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展計(jì)劃。自21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，系統(tǒng)優(yōu)化、決策支持系統(tǒng)和專家系統(tǒng)等相關(guān)理論已達(dá)到滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求的水平，傳感器技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等相關(guān)技術(shù)也取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、新型電力市場(chǎng)機(jī)制促進(jìn)電力行業(yè)發(fā)展進(jìn)步，傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)必須運(yùn)用新技術(shù)、新方法和新手段積極應(yīng)對(duì)改革發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。在此背景下，“智能發(fā)電”應(yīng)運(yùn)而生，人工智能技術(shù)在電力能源領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)展[5-6]。作為最為成熟可靠的水能利用方式，“智能水電”屬于“智能發(fā)電”的重要組成部分。隨著水電在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)地位的日益重要，有序推動(dòng)“智能水電”的關(guān)鍵共性科學(xué)問(wèn)題的探索，實(shí)現(xiàn)水電廠安全、高效運(yùn)行，提高其與電網(wǎng)和需求側(cè)的友好互動(dòng)，是構(gòu)建“智能水電”系統(tǒng)的重要保障。

自20世紀(jì)80年代起，經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，水電自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)形成了以現(xiàn)地自動(dòng)化、廠站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、流域遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、流域水情測(cè)報(bào)、流域水調(diào)自動(dòng)化和大壩工程安全監(jiān)測(cè)為主的水電自動(dòng)化技術(shù)體系及產(chǎn)品系列，基本滿足水電廠“無(wú)人值班，少人值守”的運(yùn)行要求[7]，在水利水電運(yùn)行管理中發(fā)揮著重要作用。國(guó)內(nèi)自2010年提出“智能水電廠”概念，許多機(jī)構(gòu)對(duì)智能水電廠體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)開展初步探索。劉觀標(biāo)等[8]從水電廠廠內(nèi)自動(dòng)化以及流域水電調(diào)度系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)入手，提出了對(duì)水電廠智能化建設(shè)的一些思路；王德寬等[9]基于國(guó)內(nèi)在智能水電廠方面剛剛起步，建議優(yōu)先開展智能水電廠的概念、目標(biāo)、功能、系統(tǒng)配置及系統(tǒng)間互動(dòng)的研究，有利于推動(dòng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)檢修、水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面研究的展開；張金華等[10]基于白山發(fā)電廠的應(yīng)用情況，提出了八項(xiàng)智能一體化關(guān)鍵技術(shù)，為水電廠開展智能化規(guī)劃設(shè)計(jì)及一次設(shè)備智能化深入研究提供了依據(jù)。DL/T 860（對(duì)應(yīng)IEC 61850）針對(duì)水電廠提出的DL/T 860-7-410協(xié)議，為數(shù)字化水電站的建設(shè)提供了強(qiáng)大而靈活的技術(shù)工具，解決了水電廠數(shù)字化和智能化建設(shè)中的互聯(lián)和互操作等關(guān)鍵問(wèn)題[11]；國(guó)家能源局于2016年初正式頒布了《智能水電廠技術(shù)導(dǎo)則》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，闡述了智能水電廠的自動(dòng)化和信息化的各項(xiàng)要求，推動(dòng)中國(guó)水電自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)水電廠智能化發(fā)展，引領(lǐng)世界水電的發(fā)展方向[12]。因此，近些年來(lái)，針對(duì)智能水電廠的研究則側(cè)重對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究和標(biāo)準(zhǔn)適用性的思考。芮鈞等[13-14]詳細(xì)闡述了智能水電廠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)體系編制多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并指出IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于水電廠時(shí)還面臨著與之配套的智能電子裝置缺乏、檢測(cè)與評(píng)估體系不完善等不足，需要開展更為細(xì)致、深入的研究工作。

綜上所述，雖然目前國(guó)內(nèi)已開展許多關(guān)于智能水電廠系統(tǒng)和技術(shù)的研究，但尚未提出適用于水電廠智能化的完整技術(shù)體系及相應(yīng)的研究成果，而現(xiàn)有的水電廠智能化研究?jī)H限于水電調(diào)度運(yùn)行的局部性技術(shù)領(lǐng)域，如水電智能調(diào)度、AGC/AVC控制優(yōu)化，智能協(xié)調(diào)防御等[15]。現(xiàn)有水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)存在一體化程度低、標(biāo)準(zhǔn)差異性大、源網(wǎng)協(xié)調(diào)能力差、電力安全防護(hù)較弱、信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重、智能決策能力不足等問(wèn)題[16-17]，難以實(shí)現(xiàn)效益最大化，制約了水電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與壯大，難以適應(yīng)我國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的發(fā)展戰(zhàn)略。因此，應(yīng)該積極開展水電廠智能化關(guān)鍵技術(shù)研究，綜合應(yīng)用最新的理論和技術(shù)研究成果，合理調(diào)配水資源，提升水電廠的生產(chǎn)管理水平和層次、源網(wǎng)協(xié)調(diào)能力及智能決策能力，保障水電廠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

1 智能水電廠概念

水電廠智能化建設(shè)作為智能電網(wǎng)建設(shè)的起始環(huán)節(jié)，目標(biāo)是提高水電廠主設(shè)備運(yùn)行可靠性和流域水能利用率，優(yōu)化流域電站綜合生產(chǎn)管理，提升水電廠安全管理能力和應(yīng)急響應(yīng)能力，推動(dòng)管理體制合理改革，支撐智能電網(wǎng)的發(fā)展。通過(guò)建設(shè)智能化水電廠，有效提高水能利用效率，實(shí)現(xiàn)水電廠最優(yōu)化運(yùn)行，促進(jìn)水電行業(yè)向一體化、智能化的高效運(yùn)行管理模式轉(zhuǎn)變。同時(shí)，與電網(wǎng)建立深層次智能協(xié)調(diào)，配合電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)水電、抽水蓄能、火電以及風(fēng)電的協(xié)調(diào)并舉[18]，提升電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻能力，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高新能源的消納能力。

因此，智能水電廠應(yīng)以設(shè)備智能化、信息數(shù)字化、接口標(biāo)準(zhǔn)化、運(yùn)行最優(yōu)化、管理一體化、源網(wǎng)協(xié)調(diào)化、業(yè)務(wù)交互化、決策智能化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、測(cè)量、檢測(cè)等功能全自動(dòng)完成；以一體化管控平臺(tái)為核心，實(shí)現(xiàn)水電廠自動(dòng)化或信息系統(tǒng)集成；支持經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行、狀態(tài)檢修決策支持、防洪決策支持、智能化巡檢、設(shè)備健康管理等高級(jí)應(yīng)用和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理安全規(guī)范、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、友好互動(dòng)。

2 智能水電廠架構(gòu)

智能水電廠系統(tǒng)是以一體化管控平臺(tái)為核心，采用分層分區(qū)原則，以智能設(shè)備和智能基礎(chǔ)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以智能高級(jí)應(yīng)用和公共服務(wù)為支撐，以信息安全為保障，實(shí)現(xiàn)水電廠運(yùn)行安全規(guī)范、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、友好互動(dòng)目標(biāo)的智能化分布式結(jié)構(gòu)。

2.1 智能水電廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能水電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)劃分為過(guò)程層、單元層、廠站層[9]，根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，生產(chǎn)控制大區(qū)可以分為控制區(qū)（安全區(qū)Ⅰ）和非控制區(qū)（安全區(qū)Ⅱ）[19]，如圖1所示。

電力生產(chǎn)過(guò)程中具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的系統(tǒng)或其中的監(jiān)控功能部分屬于安全區(qū)Ⅰ，對(duì)于智能水電廠來(lái)說(shuō)，包括自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控等系統(tǒng)；電力生產(chǎn)過(guò)程中需在線運(yùn)行但不具備控制功能系統(tǒng)屬于安全區(qū)Ⅱ，對(duì)于智能水電廠來(lái)說(shuō)，包括水文預(yù)報(bào)、發(fā)電調(diào)度、防洪調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)；生產(chǎn)控制大區(qū)以外的電力企業(yè)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集合均屬于管理信息大區(qū)，對(duì)于智能水電廠來(lái)說(shuō)，包括防汛決策、狀態(tài)檢修決策、大壩安全分析評(píng)估、智能調(diào)度管理等系統(tǒng)。

過(guò)程層中部署各類智能機(jī)電設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子裝置，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)采集與指令執(zhí)行；單元層中部署各類智能化的現(xiàn)地監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)單元的數(shù)據(jù)并且作用于該單元機(jī)電設(shè)備的功能；廠站層中部署各類計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備以及一體化管控平臺(tái)、智能應(yīng)用組件，實(shí)現(xiàn)廠站級(jí)運(yùn)行監(jiān)視、分析評(píng)估、自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制等功能。

2.2 智能水電廠功能體系

智能水電廠基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建包括一體化管控平臺(tái)、智能設(shè)備、智能基礎(chǔ)系統(tǒng)、智能高級(jí)應(yīng)用、公共服務(wù)和信息安全的功能體系，如圖2所示。

一體化管控平臺(tái)支持各類智能應(yīng)用組件的接入或集成，同時(shí)下達(dá)控制命令，并提供二次開發(fā)接口及解決方案，為水電廠智能化的生產(chǎn)運(yùn)行提供一個(gè)分布式應(yīng)用管理部署方案；智能設(shè)備主要體現(xiàn)在智能硬件設(shè)備以及即插即用的標(biāo)準(zhǔn)化接口；智能基礎(chǔ)系統(tǒng)主要體現(xiàn)在與智能硬件設(shè)備相匹配的智能系統(tǒng)軟件、智能輔助軟硬件；智能高級(jí)應(yīng)用是建立在智能設(shè)備和智能基礎(chǔ)系統(tǒng)之上的高級(jí)應(yīng)用軟件系統(tǒng)；公共服務(wù)以大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為基礎(chǔ)，整合機(jī)組全生命周期數(shù)據(jù)，全廠人力、財(cái)務(wù)、設(shè)備數(shù)據(jù)，以及電網(wǎng)、集團(tuán)、市場(chǎng)信息，為水電廠的、生產(chǎn)、管理、安全和服務(wù)提供決策支持；信息安全是在“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的基本原則上[19]，實(shí)施邊界安全防護(hù)和綜合安全防護(hù)。

圖1 智能水電廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Sketch map of smart hydropower plant system structure

圖2 智能水電廠功能體系示意圖Figure 2 Sketch map of smart hydropower plant function system

3 智能水電廠功能詳述

3.1 一體化管控平臺(tái)

一體化管控平臺(tái)集數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)服務(wù)、一體化應(yīng)用為一體，為水電廠智能化、統(tǒng)一化的生產(chǎn)管理奠定了基礎(chǔ)。該平臺(tái)為各功能模塊提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，即插件式功能接口，采用可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)水電廠智能化生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息同步和組件部署管理。

3.2 智能設(shè)備

智能設(shè)備是指在電廠傳統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與處理、人工智能等技術(shù)，使設(shè)備具備數(shù)據(jù)采集與處理、通信傳輸及本體自診斷等完整功能，包括智能監(jiān)測(cè)設(shè)備和智能控制設(shè)備。

智能設(shè)備能夠接收和執(zhí)行控制指令，自動(dòng)完成符合相關(guān)運(yùn)行方式變化要求的設(shè)備控制；具有一定的自適應(yīng)能力，可以根據(jù)電廠當(dāng)?shù)仉姶拧囟取穸取⒑０蔚拳h(huán)境因素自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)；具有自恢復(fù)能力，可以根據(jù)設(shè)備故障信息進(jìn)行分析診斷，排除故障，恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 智能基礎(chǔ)系統(tǒng)

智能基礎(chǔ)系統(tǒng)包括基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)和基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)包括全廠防雷系統(tǒng)、統(tǒng)一的同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)、穩(wěn)定可靠電源系統(tǒng)、靈活安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：①水電廠現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電廠生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集以及設(shè)備控制、調(diào)節(jié)功能；②大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)，故障報(bào)警及初步診斷功能；③水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水雨情數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)及相關(guān)維護(hù)管理功能；④自動(dòng)氣象站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)及相關(guān)維護(hù)管理功能；⑤狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電主設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)等狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集和在線監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行分析診斷。

3.4 智能高級(jí)應(yīng)用

智能高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)主要包括經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行、狀態(tài)檢修決策支持、防汛決策支持、大壩安全分析評(píng)估與決策支持和智能調(diào)度管理等功能模塊。

3.4.1 經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行

經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行是指在滿足安全和電能質(zhì)量的前提下，合理利用能源和設(shè)備，以最低的發(fā)電成本保證對(duì)用戶可靠地供電。對(duì)于智能水電廠來(lái)說(shuō)，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)水文預(yù)報(bào)和發(fā)電計(jì)劃、洪水預(yù)報(bào)和防洪調(diào)度、EDC、AGC和節(jié)能考核功能，為水電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供支持；能夠收集和應(yīng)用水電廠氣象、環(huán)境、水情、水工建筑物、機(jī)組等相關(guān)信息，提高水文預(yù)報(bào)精度和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度；具備針對(duì)廠站實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)（如水位、負(fù)荷、凈流量等）的調(diào)度方案仿真分析功能；具備水文預(yù)報(bào)精度評(píng)定、節(jié)水增發(fā)電考核等運(yùn)行評(píng)價(jià)功能；實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)、中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、發(fā)電計(jì)劃、防洪調(diào)度業(yè)務(wù)流程的連貫和互通，實(shí)現(xiàn)水電廠一體化的預(yù)報(bào)調(diào)度功能。

3.4.2 狀態(tài)檢修決策支持

該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)水電主、輔設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、采集、清洗、計(jì)算、分析及診斷，能夠提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼和接口，并能夠依據(jù)設(shè)備特性應(yīng)用模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)等方法，提供適當(dāng)?shù)脑\斷模型；能夠進(jìn)一步依據(jù)診斷結(jié)果給出操作指導(dǎo)，為檢修維護(hù)提供支撐。

3.4.3 防汛決策支持

該模塊以提高防汛指揮調(diào)度水平為目標(biāo)，擴(kuò)大數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用和共享范圍，提升防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急指揮決策能力和效率；能夠接收實(shí)時(shí)水雨情信息、氣象信息、大壩監(jiān)測(cè)信息和閘門信息等數(shù)據(jù)，為防汛決策提供數(shù)據(jù)支撐；支持構(gòu)建地理信息、防汛業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)庫(kù)，支持構(gòu)建水雨情、工情、災(zāi)情和氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)，支持建立防汛值班管理，定期發(fā)布水雨情信息和洪水報(bào)警；能夠?qū)樗畵p失的風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)估，為防洪減災(zāi)方案的制定和實(shí)施提供依據(jù)。

3.4.4 大壩安全分析評(píng)估與決策支持

該模塊具備大壩安全監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)資料、人工巡視記錄、檢測(cè)結(jié)果的輸入輸出、存儲(chǔ)管理和檢索傳輸功能；資料相互之間的包含、交叉、對(duì)應(yīng)、關(guān)聯(lián)關(guān)系也應(yīng)納入基礎(chǔ)資料范疇；具備監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)各類圖形、報(bào)表的定制、生成和輸出功能；具備監(jiān)測(cè)及分析成果數(shù)據(jù)對(duì)比分析、統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析、回歸分析功能，創(chuàng)建監(jiān)測(cè)量物理模型；具備監(jiān)測(cè)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)異常判別、監(jiān)測(cè)部位或監(jiān)測(cè)斷面異常識(shí)別、大壩整體安全穩(wěn)定狀況綜合評(píng)估及決策建議功能。

3.4.5 智能調(diào)度管理

該模塊具備適應(yīng)調(diào)度值班要求的調(diào)度日志、智能操作票、智能檢修票、水電廠智能化穩(wěn)定監(jiān)控模型管理等高級(jí)應(yīng)用；采用分層分級(jí)管理機(jī)制和分布式查詢機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息、數(shù)據(jù)、權(quán)限等基本功能的分級(jí)維護(hù)和廣域范圍的調(diào)度管理信息共享；采用調(diào)度管理流程跨機(jī)構(gòu)流轉(zhuǎn)機(jī)制，支撐新設(shè)備啟動(dòng)管理、調(diào)度運(yùn)行安全分析等業(yè)務(wù)流程上下貫通。

3.5 公共服務(wù)

3.5.1 智能化巡檢

該模塊通過(guò)收集不同的空間物理信息實(shí)現(xiàn)巡檢人員自動(dòng)定位和設(shè)備識(shí)別，并提供工作指導(dǎo)、路線規(guī)劃、預(yù)警提示等服務(wù)；通過(guò)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)，讀取并分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警并上傳分析結(jié)果；通過(guò)智能手持終端、智能可穿戴設(shè)備、巡檢機(jī)器人、值班機(jī)器人等智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”。

3.5.2 安全預(yù)警與管控

該模塊通過(guò)監(jiān)控中心統(tǒng)一的監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)對(duì)各安防系統(tǒng)的信息（交直流電源數(shù)據(jù)、溫濕度、安防、門禁、消防、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)）進(jìn)行集中采集和實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)各安防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，發(fā)生異常情況立即報(bào)警；通過(guò)智能音視頻技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析技術(shù)、手持智能終端技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作與遠(yuǎn)程監(jiān)控的有機(jī)結(jié)合；通過(guò)智能安全帽、智能安全梯、智能安全繩、智能鑰匙、智能安全工器具柜等智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)人身、設(shè)備及環(huán)境的安全監(jiān)管。

3.5.3 遠(yuǎn)程服務(wù)

該模塊通過(guò)建設(shè)集團(tuán)大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)電廠數(shù)據(jù)“全量采集、按需上傳”的功能；通過(guò)采用人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，建立遠(yuǎn)程專家系統(tǒng)，分析上傳數(shù)據(jù)；分析結(jié)果對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化指導(dǎo)、輔助決策，為水電廠生產(chǎn)運(yùn)行、故障診斷、設(shè)備檢修和人員管理提供生產(chǎn)決策支持。

3.5.4 移動(dòng)應(yīng)用

該模塊具備數(shù)據(jù)共享和查詢的功能，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端與常規(guī)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享及互動(dòng)化的圖形、圖標(biāo)展現(xiàn)；通過(guò)安全生產(chǎn)App軟件，為工作人員提供安全目標(biāo)管理、組織機(jī)構(gòu)管理、安全投入管理、隱患治理、風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、職業(yè)健康、應(yīng)急管理、規(guī)定動(dòng)作、安全活動(dòng)、獎(jiǎng)勵(lì)考核、教育培訓(xùn)、信息發(fā)布等功能；通過(guò)班組管理App軟件，顯示班組（或部門、公司）人員的工作、學(xué)習(xí)等活動(dòng)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)班組工作計(jì)劃的實(shí)時(shí)跟蹤與閉環(huán)，并提供按班組類型、按專業(yè)區(qū)分的個(gè)性化工作內(nèi)容發(fā)布和管理功能。

3.5.5 設(shè)備健康管理

該模塊通過(guò)對(duì)重要設(shè)備的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行特征挖掘，結(jié)合設(shè)備固有屬性等歷史檔案，建立基于多種典型工況下的設(shè)備特征模型，作為設(shè)備健康診斷的基礎(chǔ)；通過(guò)比對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與特征模型，形成健康診斷分析報(bào)告，從多個(gè)維度給出綜合評(píng)估；通過(guò)收集、整理設(shè)備從設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)行等各個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)，建立設(shè)備健康狀態(tài)管理知識(shí)庫(kù)，最終為電廠生產(chǎn)運(yùn)行、檢修和管理人員提供生產(chǎn)決策支持。

3.5.6 三維可視化應(yīng)用

該模塊通過(guò)利用全景信息，實(shí)現(xiàn)從全量數(shù)據(jù)中辨識(shí)和篩選有效數(shù)據(jù)；通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠運(yùn)行信息的形象、直觀和集成展示；通過(guò)三維數(shù)據(jù)建模、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，為水電廠的設(shè)備、部件、管件、結(jié)構(gòu)及其相互間的協(xié)調(diào)運(yùn)行管理，提供分析和決策依據(jù)；通過(guò)三維建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝流程、工作原理、工況仿真、生產(chǎn)流程模擬、標(biāo)準(zhǔn)操作、運(yùn)行故障分析等培訓(xùn)功能。

3.6 信息安全

信息安全是在“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的基本原則上[14]，實(shí)施邊界安全防護(hù)和綜合安全防護(hù)。邊界安全防護(hù)包括橫向安全隔離、硬件工控防火墻、認(rèn)證、加密、訪問(wèn)控制、VPN、專線、硬件加密等安全裝置、安全技術(shù)。綜合安全防護(hù)包括物理安全、硬件安全、軟件安全、網(wǎng)絡(luò)與訪問(wèn)控制、主機(jī)加固、應(yīng)用系統(tǒng)、備用和容災(zāi)、安全審計(jì)、災(zāi)難恢復(fù)與應(yīng)急響應(yīng)、安全管理、安全防護(hù)評(píng)估等軟、硬件安全措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文完整介紹了智能水電廠的概念、體系架構(gòu)和功能層次。總體系統(tǒng)以一體化管控平臺(tái)為核心，采用分層分區(qū)原則，融合智能設(shè)備、智能基礎(chǔ)系統(tǒng)、智能高級(jí)應(yīng)用，結(jié)合公共服務(wù)和信息安全，為發(fā)電企業(yè)帶來(lái)更高的設(shè)備安全性與利用率、更高的資源經(jīng)濟(jì)性與利用率、更高的流域安全性與廠網(wǎng)協(xié)調(diào)性、更強(qiáng)的管理決策能力，實(shí)現(xiàn)水電廠安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、集成開放、友好互動(dòng)、綠色環(huán)保。