三峽-葛洲壩梯級電站日計劃自動化流轉設計

易子軍，劉 園，趙牧晨

(1.三峽水利樞紐梯級調度通信中心，湖北 宜昌 443002； 2.智慧長江與水電科學湖北省重點實驗室，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

三峽-葛洲壩梯級電站是目前國內已建的裝機規模最大梯級電站，電力主要輸往華中、華東、華北、西南、南方電網受電區域，涉及10余省市。三峽水利樞紐梯級調度通信中心(以下簡稱“三峽梯調”)是三峽-葛洲壩梯級樞紐在防洪、發電、航運水資源利用等方面綜合運行調度和協調的機構，負責三峽-葛洲壩梯級電站長、中、短期發電計劃的制作。

水電站日發電計劃的執行是梯級水電站運行管理的重要組成部分[1]。發電計劃是電網運行方式部門根據負荷預測、機組運行參數等眾多因素編排的各發電廠有功出力計劃及母線電壓調節計劃，并以此實現機組的優化組合，是現代電力系統自動發電控制的有效手段之一[2]。其中，短期發電計劃主要包括日發電計劃的編制、審核、申報、批復下達、執行等環節。各環節之間在調度自動化系統中的準確、高效流轉將直接影響梯級電站發電計劃的執行，并間接影響電網和水庫的安全穩定運行。杜龍等[3]介紹了電網調度自動化系統計劃曲線下發至直調電廠的3種模式，其中三峽水電站通過專用通道接收調度主站下發的計劃曲線，而葛洲壩的計劃曲線則通過訪問專用網絡獲取。劉超和翟少軍等介紹了中國南方電網電力調度控制中心通過IEC104規約將發電計劃傳送至電廠監控系統[4-5]。這種模式適用于電網的直調電廠，且電廠自動發電控制(AGC)功能投入“網控”、“網調給定”模式。郭潔等[2]和王崢瀛等[6]介紹了目前三峽梯調調度管理的金沙江區域電站接收電網計劃并流轉和原三峽梯調計算機監控系統中發電計劃流轉的方法。以上研究均只涉及發電計劃的接收，未涉及日內計劃修改方面的計劃流轉，且隨著電網信息化改造和網絡安全的發展，原方法已不適用于新環境。

基于新環境和對新系統的改造，本文介紹了目前三峽-葛洲壩梯級電站日發電計劃的流轉現狀，針對調度自動化系統中計劃流轉存在的問題，分析了新系統中的計劃自動化流轉設計。

1 日發電計劃流轉現狀與問題

日發電計劃根據計劃的時間分為日前計劃和日內計劃。日前計劃為電站次日要執行的發電計劃，日內計劃為電站當日正在執行的發電計劃。

三峽-葛洲壩梯級電站由于調度管轄機構不同，因此兩電站日內發電計劃的申報、批復下達流程也不同。三峽水電站屬國家電力調度控制中心(以下簡稱“國調”)直調廠站，葛洲壩水電站屬華中電力調控分中心(以下簡稱“網調”)直調廠站。三峽水電站的日發電計劃是向國調申報、由國調批復下達，葛洲壩水電站的日發電計劃是三峽梯調申報修改、由網調批復下達[6]。

隨著電網不斷發展壯大，電網對梯級水電調度的精細化水平要求越來越高[7-8]，對計劃執行的準確性和考核要求也越來越高，但由于水情預報誤差、水庫和電站運行方式改變、水庫上下游水位控制、突發應急事件等的影響，日發電計劃需要面臨被要求修改的可能。這部分工作將占用調度運行人員較多精力和時間。

三峽-葛洲壩梯級電站的日發電計劃各個環節由三峽梯調不同部門負責，在工作日期間，編制、審核、申報主要由方式人員負責，計劃的批復下達、執行則由調度運行人員負責。目前各流程之間的銜接主要依靠調度自動化系統和人工方式實現，各系統之間的連接通暢程度、系統的自動化、智能化程度直接影響計劃流轉的效率和準確。

1.1 三峽水電站日發電計劃流轉過程

三峽水電站按照地理位置分為三峽左岸電廠、三峽右岸電廠、三峽地下電廠(也稱“三峽右三電廠”)，按照電氣連接方式的不同，左岸電廠又可分為左一、左二電廠，右岸電廠分為右一、右二電廠。三峽水電站的日發電計劃根據不同的運行方式分為3種：左右岸合母、左岸分母右岸合母、左右岸分母，這增加了發電計劃的編制、申報等環節工作量。同時，由于三峽水電站機組變壓器損耗大，在向電網申報、下達的計劃和電站實際執行的計劃間會存在一個差值(以下簡稱“關口差”)，為計劃的流轉增加了困難。

三峽水電站日發電計劃的流轉主要包括以下幾個流程：計劃編制、計劃錄入申報、計劃批復、編輯批復的計劃、下達、執行，如圖1所示。

圖1 三峽水電站日發電計劃流轉過程Fig.1 Circulation process of Three Gorges Hydropower Statoin′s daily power generation plan

1.2 三峽水電站日發電計劃流轉問題

日前計劃流轉和工作日期間的修改計劃的流程包括圖1中的步驟1，3，4，6，7，非工作日期間的修改計劃主要包括步驟2，3，5，7。其中步驟1，2，4，5在制作96點發電計劃時，采用在Excel的表格中編輯的方式。但是，在Excel表格中編輯的弊端是其表格繁瑣，特別是在三峽水電站運行方式復雜、調峰幅度大的情況下，需尤其注意各個分廠出力計劃在過渡點的數值變化。

在圖1的步驟3中，無論調度或者方式人員，都需手動在國調消息郵件客戶端第三方應用上錄入三峽水電站各個廠的96點計劃。在錄入過程中還需要其他人進行校核。特別是三峽水電站在汛期分為5個分廠時，錄入的計劃流轉點將更多，消耗的時間和精力也更多。在實際生產過程中，經粗略統計，錄入一個分廠的耗時近10 min。在調度人員緊張、水庫和電站調度情況復雜的情況下，給調度人員帶來極大的心理壓力。而在步驟7中，在三峽水電站修改了日發電計劃的情況下，調度人員還需要在監控系統第三方插件中手動再次錄入修改后的發電計劃。

以上步驟均受人為因素影響較大，每一個步驟都需要調度或方式人員集中精力仔細認真操作。因此，可以依靠自動化系統的幫助，將人從繁瑣、重復的工作中解放出來。

1.3 葛洲壩水電站日發電計劃流轉過程

葛洲壩水電站分為大江電廠和二江電廠，雖其與三峽水電站相比，裝機容量更小，但因葛洲壩水利樞紐為三峽水利樞紐的航運反調節樞紐，兩壩間的調節庫容較小、調節能力有限，為了保證兩壩間的航運安全和葛洲壩下游水位，葛洲壩的計劃修改較頻繁，因此無形中為其日發電計劃流轉增添了困難。

葛洲壩水電站日計劃的流轉過程包括：計劃編制，計劃申報，計劃批復，計劃錄入、下達、執行，如圖2所示。

圖2 葛洲壩日發電計劃流轉過程Fig.2 Circulation process of Gezhouba Hydropower Staion′s daily power generation plan

1.4 葛洲壩水電站日發電計劃流轉問題

葛洲壩水電站的日前計劃包括步驟1，3，5，6和步驟2，4，6。其中，步驟3需要方式人員使用專用存儲設備將制作的發電計劃文件通過網調廠站管理系統上傳至網調。使用Excel文件制作發電計劃，且編制好的文件需要人工再錄入水庫調度(以下簡稱“水調”)自動化系統。步驟5需要調度人員從網頁上抄錄葛洲壩大江電廠、二江電廠的96點發電計劃。步驟6需要調度運行人員在三峽電站調度(以下簡稱“電調”)監控系統的第三方程序中人工錄入發電計劃。以上兩步需要調度人員在旁校核，否則容易出現遺漏或者錯誤。

在葛洲壩日計劃修改中占絕大比例的是日內發電計劃修改。由于修改計劃頻次較高，因此沒有將修改后的發電計劃錄入監控系統，這直接影響調度人員對葛洲壩電廠計劃執行情況的掌握，同時不利于監控系統的報警設置。

1.5 各系統間數據流通問題

根據電力安全防護對業務安全區域的劃分，三峽電調監控系統處于安全Ⅰ區，三峽水調系統自動化系統根據業務需求，分為內、外網2個部分。內網部分主要服務于調度運行人員，處于安全Ⅱ區；外網部分主要服務于方式人員和其他需要使用水調系統的人員，處于安全Ⅲ區。電調監控系統和水調自動化系統內外網之間通過防火墻和橫向隔離裝置實現通訊。發電計劃在兩系統之間可以實現自動化流轉。電網調度機構出于網絡安全的考慮，將調度數據網安全Ⅱ區與三峽梯調生產區物理隔離開，二者之間不存在網絡連接。在不能突破這種網絡連接壁壘的情況下，無法從調度機構的網絡直接獲取發電計劃，如圖3所示。

圖3 各系統間的數據流轉Fig.3 Data flow between different systems

2 解決思路與實現

智慧梯調[9]建設，是通過以“事件”或“數據”為驅動的控制方法在調度運行中的實際應用，實現水電站調度運行相關的人和人、人和物、物和物的全面互聯、互通和互動，數據可以實時傳輸和充分共享，信息可以實時處理和及時反饋。發電計劃作為水電站運行基礎數據，連接起相關各方。

面對上級電網調度機構對發電計劃電子化申報時效性和準確性的要求，以及面向未來智能電網關于數據的自動化和智能化要求，在梯調范圍內實現發電計劃自動化流轉愈發必要。分析目前三峽梯級電站日計劃流轉問題發現，影響計劃流轉的主要原因是電網調度機構與三峽梯調之間的網絡連接壁壘、三峽梯調水調系統和電調監控系統之間數據傳輸連通以及系統功能的碎片化。

2.1 解決思路

為了便于方式人員和調度運行人員在梯級電站發電計劃各個環節上的銜接，實現“數據多跑路，人員少跑腿”，需要將各系統之間的壁壘打通。因此，三峽梯級電調監控系統和水調自動化系統需要針對發電計劃流轉的方式做優化。

(1) 打通電網計劃接收工作站與水調自動化系統之間的物理隔離。在計劃接收工作站中部署水調自動化系統，水調自動化系統能夠將電網批復的計劃數據以Excel文件的形式導入到水調系統中，水調自動化系統解析發電計劃文件并實現自動流轉。

(2) 水調系統將已獲批準的計劃流轉至電調監控系統，實現與水調系統的無縫銜接。發電計劃自動在電調監控系統中呈現，并由運行人員下發至電廠。

(3) 在水調自動化系統中加入葛洲壩計劃修改的界面，便于調度人員直觀了解葛洲壩計劃修改前后對比情況。

針對以上流轉，改進后的三峽-葛洲壩梯級電站計劃流轉過程如圖4～5所示。

圖4 三峽發電計劃數據流轉Fig.4 Data flow of Three Gorges power generation plan

圖5 葛洲壩日計劃流轉過程Fig.5 Data flow of Gezhouba power generation plan

2.2 系統實現

為了解決發電計劃流轉、特別是發電計劃修改后的數據流轉問題，把運行人員從人工錄入數據的重復且容易出錯的工作中解放出來，三峽梯調水調自動化系統和電調監控系統分別對此部分進行了系統設計。

以三峽計劃修改為例，如三峽電廠需要修改日內的發電計劃，在一個時段內調增出力，新的解決思路實現步驟如下。

(1) 在水調自動化系統中錄入新修改的計劃。此部分可由方式人員制作，也可由運行人員完成，在界面中可查看各分廠修改的數值與總的修改量，同時可通過曲線直觀查看原計劃與修改后的計劃曲線對比，如圖6所示。

(2) 在電網計劃接收工作站中進行計劃申報與接收。此部分實現日內發電計劃電子化申報與批復，主要由運行人員完成。通過圖6中的“導出數據”，將修改的計劃導出為Excel文件。在電網的計劃電子化申報系統中導入修改的發電計劃文件。對于電網批復計劃的接收，可將計劃導出后再導入水調自動化系統。此部分操作與申報過程類似，僅操作順序不同。

(3) 將電網批復的新計劃下達至電廠執行。在圖6中點擊“下發執行”按鈕，數據由水調自動化系統流轉至電調監控系統。運行人員在電調監控系統中操作，將計劃下達至電廠執行，如圖7所示。

圖7 發電計劃下達界面Fig.7 Release interface of generation plan

相比以前的發電計劃流轉過程，新的發電計劃流轉過程有效減少了人工操作步驟、降低了數據出錯概率。目前，新發電計劃流轉的系統運行良好，并大大提高了運行人員出力發電計劃的效率和準確性。

3 結 語

隨著智慧梯調的建設，水電站梯級調度管理對梯級電調監控系統和水調自動化系統的自動化水平都提出了更高的要求。無論從提高辦公效率、減少人為干擾因素還是提高數據質量的方面，都有必要解決發電計劃的流轉問題。本文為解決當前計劃流轉需要人工干預過多的痛點，將發電計劃的申報、審批、下達、執行自動化串聯起來。隨著三峽梯調“金沙江下游-三峽梯級電站水資源管理決策系統”投入使用，后續將把發電計劃的自動化編制加入進來，進一步為運行人員提供決策支持。