水電廠自動化系統的智能化改造研究

曾召山

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410000）

當前我國的電網智能化戰略已全面啟動，智能電網建設已在變電環節獲得較大進展，智能化變電站建設已進入推廣應用階段。但智能電網的相關研究和建設工作比較注重電網的輸電、送電、配電和用電等環節，在發電環節尤其是水電站的智能化建設方面相對滯后，還處于起步探索階段。對于什么是智能化水電站、如何建設智能化水電站，還未形成清晰的共識，更缺乏具體的可操作標準與規范。基于此，本文探究水電廠自動化系統的智能化改造設計框架、改造方案等。

1 智能水電廠概念

智能化水電廠由于建立在可靠的通信網絡的基礎上，它的主要目標比自動化水電廠相比是增強其設備的運行功能和提高其對于水流發電的利用率。智能化水電廠的服務對象是智能電網，它的基礎是電網和水電廠協調發展的可靠、科技的智能設備。

智能化水電廠的技術特征：（1）實現系統的完善化，設備的智能化。（2）實現管理系統層面的一體化，將數據整合到一起，資源利用的更加完善。（3）信息管理的標準化：將總的設備數據進行一次標準化計算，使得整個系統運算加快，管理方便。（4）決策管理系統的智能化：通過同一個信息處理，以及將數據進行處理分析，之后對管理系統進行智能性的決策。

智能水電廠的大致作用是將設備得到的信息進行收集，并進行處理等系統。它的技術關鍵是智能水電廠一體化管理控制平臺，通過將水電廠的設備產生的信息數據高效完整的傳輸并確定設備運行的穩定和安全，使整個廠家有一個安全保障。

2 總體設計流程的架構

智能化水電廠的系統我們設計為站控層、間隔層、過程層、系統層4層邏輯構成。

（1）站控層，它是將監控系統和智能設備鏈接到一起，是非常重要的，所以我們需要對它進行優化。這部分優化，我們不需要將他們全部替換掉，而是只在系統中添加一個一體化數據統計平臺，將生成的數據統計到一起進行輸出。在這部分統計平臺上，我們可以添加一些模型組塊，將這部分系統進行優化和提高。比如氣象系統統計應用、信息管理系統、專家意見系統等等。在對這部分系統進行處理時，我們應該進行統籌管理，對之進行分別布置并采取保護管理，提高整個系統的安全性。

（2）間隔層，它是由好幾個系統組合而成的，如安穩系統、繼電保護系統等等，作用是將一組單獨的數據作用于此數據應使用的設備，就是和之后的各種設備進行數據傳輸。我們對間隔層進行改造時主要是將數據傳輸的更加有效率，更加準確。可以和站控層中的一體化數據統計平臺進行聯動，將每一個數據和一個應用連接起來，組合成一個單獨的模塊，這樣在收到這個數據之后，數據統計平臺可以更加有效的將數據傳輸給下一級設備。傳輸效果穩定，傳輸速度加快，提高整個系統的穩定性。

（3）過程層，它是由電子互感器、合并單元等組成，是前面設備和后面聯動設備之間的連接點，是對各種狀態參數的檢測和統計，之后進行操作和驅動。但是因為當前的水電廠基本上是采用傳統通信方面進行操作，在上面優化很難，所以我們可以直接按照智能變電站的過程層進行復刻，對水電站的二次設備進行智能化改造。

（4）系統層，在對智能化水電廠進行更新改造時，我們也需要對系統層進行改變。首先，我們需要將整個系統進行單個功能的分塊，使得完整的系統形成多個功能不同的系統模塊協同配合，如形成監控系統、專家意見系統，問題反饋系統等等不同的系統。將這些系統都統一可以和全廠智能系統進行鏈接，從而實現數據一體化，使得數據信息傳輸效率增加。解決完系統分工的問題之后，我們還需要建立一個數據云儲存系統，將所有的數據進行上傳并儲存分析的系統。在這個系統的運行過程中，可以將所有的數據進行整合分析，并將各種不同的系統進行獨立分析和運轉，對之進行檢索和梳理分析，使得設備和系統更加的完善可靠。

3 智能化水電廠的改造方案

3.1 改換新數據對象

在傳統的數據模塊中，水電廠中的各種系統數據不能互相傳輸，這導致數據傳輸效率非常慢。由于這個問題，我們提出可以采取新的面向對象的系統方案將數據共享到整個水電廠的系統中，這樣在傳輸系統時，另一個系統不用一個個檢查這個數據的物理大小是否匹配和是否在傳輸區間內等等。因為傳輸和接收步驟的進一步簡化和完善，所以實現了數據在整個系統模塊之間的快速傳輸，并因為數據都統計到了一起，整個數據更加的容易管理，維護和保護。在建立和完善這個水電站信息數據模型時，我們可以采用這種廣泛應用的IEC61970標準，這種標準可以應用于水電的各種應用。

3.2 采取自動化控制的管理

在自動化控制管理層面的優化，我們采取了將水流情況、系統監控、數據傳輸和安全方面等系統連接到一起，形成一個總的管理集成將數據傳輸到每一個子系統中，形成各種系統的自動化管理平臺。此平臺應該應有整個系統的標準數據總線、消息總線及服務總線，以滿足各種應用系統的運行要求。還應該對整個自動化系統平臺進行數據保護。這使得系統有一個自動化的整合，將傳統的水電廠監管設備進一步簡化，系統設備更加安全、經濟。這個自動化管理平臺也有個各種方式來確保我們的Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ區數據的安全。如防火墻和物理性隔離等進行保護。Ⅰ區大致由各種監控和檢測數據等系統組成，一般擔任我們工廠生產管理和控制設備的正常運轉的職能。Ⅱ區則是通過Ⅰ區產生的數據進行進一步的管理和控制，Ⅰ區提供的數據在Ⅱ區中被用于自動化系統的應用，如對水況的研究和調取以及監控等，為工廠中的其他系統進行進一步服務，并使得這些系統與外部的設備和系統接駁。

3.3 一體化管理控制平臺

一體化管理控制平臺將數據整合到一起，對數據進行同步，之后建設一個標準數據信息和公共信息數據整合模塊。這個平臺可以對信息數據新型處理分析，整合儲存等，將整個水電廠自動化設備與智能化系統連接到一起，生產全過程的實時數據和生產管理信息有機集成并優化，實現水電信息共享和有效利用，提供整體管理功能。并且一體化管理控制平臺應該與監控系統、運行管理系統等公共服務系統聯系起來，真正實現信息的整體化和水電廠的工作智能化。

3.4 計算機監控系統

計算機監控系統因為它對于整個系統設備的完整運行有著重要作用，更需要對其進行系統的升級的改進創新。可以進行軟件和少量硬件升級，使升級到H9000 V4.0,這樣會明顯的提高系統和設備的智能水平。并將數字化網絡工程推廣到每一個系統設備中，對系統和設備進行數據的采集和處理分析，將其網絡化，對監控系統的統一性和標準化實現有著很大的幫助。

4 結語

總的來說，本篇系統地講解了智能水電廠的概念、總體設計流程的構造和智能水電廠的創新優化。對智能水電廠的講述和優化改造使得傳統水電廠具備更高效率的數據傳輸能力，和更加安全的設備使用方案，為水電廠家提供了經濟上的便利和事故處理方面的保障能力。對管理層面上的系統進行了統籌，整個智能水電廠更加安全可靠，和諧共處，綠色環保。