恩施集控跨流域多系統一體化管控平臺設計

廖煥華，何 婷

（1.國家能源集團長源電力股份有限公司，湖北 武漢 430062；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

國電恩施水電開發有限公司位于湖北省恩施市，目前管理在運水電站40座，遍布恩施州八縣市8條主要流域，其中水庫電站17座，裝機106臺，總裝機容量60.75萬kW，多年平均發電量20.5億kW·h。目前各電站的發電運行管理模式仍然為傳統的值班管理，各電站地理分布廣、位置偏遠，電站的管理、運行、檢修都有較大的難度，且較為耗費人力物力。文中通過探討中小水電站群智能遠程集控系統關鍵技術，設計恩施集控中心水電調智能一體化平臺，并在一體化平臺上實現監控、水調自動化、梯級流域經濟運行、大壩安全監測等面向業務應用的自動化系統。

恩施集控中心電調自動化方面擬接入的多個流域中小水電站，在監控系統上有較大的差異，不同監控廠家的設備及數據沒有統一的規劃；水調自動化方面要從多個水情遙測站、第三方水情、水文、氣象等部門實時收集水調應用的數據，來進行全面監視、分析、管理，數據也較為復雜和多樣性。與電力調度自動化相比，傳統的水調自動化系統由于數據來源、實時性、安全性要求不一樣，水調自動化系統和電調自動化系統往往是兩套獨立運行的自動化系統，設計上相互獨立，兩套系統不僅在信息交互上存在一定困難，也給運維人員帶來很多復雜的操作和不便[1]。為了解決上述困難，恩施集控中心采用北京中水科水電科技開發有限公司自主研發的iP9000智能一體化平臺，在設計和功能上將電調和水調的業務有機結合，并通過各種開放的接口及高級應用來實現跨流域多系統一體化管控的目的。

1 平臺的結構與設計

1.1 平臺的結構

iP9000智能一體化平臺遵循面向服務的軟件體系架構（SOA），采用分布式的服務組件模式，基于服務總線進行統一數據傳輸[2]，具有良好的開放性，能較好地滿足水電廠多業務的集成和應用不斷發展的需要。結構層級可分為環境層、數據層、服務層、基礎應用層及電廠應用層，如圖1所示。

圖1 iP9000平臺架構示意圖

恩施集控在環境層全部采用國產服務器、網絡設備和安防設備，服務器均安裝國產化Linux安全操作系統，完全自主可控。數據層完成實時數據庫、歷史數據庫、文件系統非結構化數據等元數據的匯聚，主要負責水電廠數據模型實現和維護。服務層是畫面訪問、數據訪問、日志、報警、郵件、工作流等基本服務的實現層，并提供服務的查找、定位和代理功能。基礎應用層包括數據采集、模型維護、人機界面、斷面管理、權限管理等。電廠應用層包含了集控中心的多種應用，包括：實時監控、水調自動化、經濟運行、大壩監測、綜合展示、智能報警等。

1.2 業務部署

iP9000智能對象一體化平臺采用一套平臺，多個應用的部署方案。即在集控中心系統安全Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區中，都統一部署一體化基礎平臺，只是在不同的安全區，加載不同的應用，如圖2所示。區域之間通過安防設備進行數據的交互和傳輸，在統一的運行支撐平臺上實現跨安全區的自動信息雙向同步，為操作員提供一致性的操作界面，并降低系統維護的難度和工作量。

圖2 一體化管控平臺系統業務部署方案

集控中心在安全Ⅰ區一體化管控平臺中部署遠程集中監控應用組件，構建集控中心電調監控系統。電調監控系統的任務是通過與下屬各水電站計算機監控系統通信，采集各水電站發電過程相關的實時運行數據，對水電站運行情況進行遠方集中監視及控制，并負責向上級調度部門傳送電力調度所需要的各水電站主要設備運行信息，同時統一接受上級調度系統下達的水電站日發電計劃等調度指令，按照經濟、安全、高效的原則對各流域水電站進行有效地監視、調度、控制及管理。電調監控系統主要功能模塊包括：數據采集及處理、安全監視與智能報警、實時控制與調節、人機接口、系統通信、系統診斷等功能模塊。平臺具有調度值班操作一體化、人機界面對象化、監視報警智能化的特點。

集控中心在安全Ⅱ區一體化管控平臺中部署水調自動化應用組件，構建集控中心流域水調自動化系統。流域水調自動化系統的任務是準確、及時地采集所轄流域水情測報信息，通過與外部系統通信獲取所轄區域外的水情信息、氣象信息以及防汛指揮部門的防洪調度信息、電力調度部門的電力調度信息，對收集的信息進行全面監視、分析、管理，為各流域水電站進行合理的水庫調度應用和決策提供理論依據。安全Ⅱ區還負責與各廠站的電能計量系統通信，采集非實時數據，用于電調系統的統計分析等。

集控中心在安全Ⅲ區一體化管控平臺中部署決策支持和信息發布模塊，構建管理信息大區功能系統。該區的任務是對電站調度運行中所需的報表進行自動統計計算及相關文檔生成，通過Web等多種方式將電調水調信息發布到網頁、微信平臺等，并提供查詢、統計、分析功能，因地制宜、整合資源，綜合展示集控中心各層面的生產、調度、規劃等豐富的信息。管理信息大區功能模塊還設計和多系統進行通信與數據交互，突破傳統的水電廠生產運行控制與管理的思路，合理規劃聯動模式、聯動策略，由一體化管控平臺以及各需要聯動的子系統間通過聯動信息的交互解析實現生產實時監控及調度、生產管理信息系統、工業電視、火災報警、門禁等系統的智能聯動，綜合運用各類信息輔助決策，提高操作的可靠性、安全性以及工作效率。同時，在水調應用方面部署水情遙測數據服務模塊，用于接收遙測站網數據或從遙測接收數據庫提取水情數據、設備數據、診斷信息等，部署水文數據交換與報汛服務模塊，用于接收水文交換網數據，并按對象方式把數據通過API接口寫入系統平臺，由系統平臺完成數據同步、入歷史庫，并根據報警策略生成報警。

2 系統集成設計

集控中心計劃第一期接入11個電站，均為中小型水電站，監控系統的廠家也各不相同，各電廠的畫面風格和點表特征多種多樣。集控中心在畫面設計上采用統一的風格，將各廠的典型特點糅合一起，以統一的樣式對監控數據進行展示和控制。在數據建模方面，采用提前規劃好的數據編碼和對象樹層次，利用iP9000面向對象的特點對各電廠的設備進行歸類劃分，完成一套統一、全面、科學的建模方案。

系統集成實現各個應用系統擁有風格統一的門戶界面、擁有全線統一的身份認證體系，從而最終使各個應用系統的在界面展現、業務應用、功能實現、數據集成等多個方面形成一個符合總體設計規范標準的一個有機整體，充分滿足系統在整體表現效能方面的要求，并能較大程度地提高監盤效率，減輕運維人員負擔。

3 高級功能設計

3.1 經濟調度控制

經濟調度控制（EDC）的任務就是按照給定的流域發電目標綜合考慮電力系統負荷平衡要求、各水電站機組特性等眾多因素，進行梯級水電站聯合優化調度和實時負荷分配，其目標是在完成省/州調下達的梯級流域發電總有功指令的同時，制定水庫優化運行策略，始終維持梯級水電站在最小耗能狀態，提高水電站水庫的水能利用率[3]，達到經濟調度控制的目的。

對于處于同一流域上的多級水電站，且電站之間存在水的聯系的情況，梯級水庫具有一定的防洪庫容，則考慮省/州調按梯級流域給定總發電有功功率（調度曲線或給定值）的模式。恩施集控中心接入的郁江流域的電站具備經濟調度控制的條件，因此設計在iP9000智能一體化平臺的基礎上，實現郁江流域的經濟調度控制試點應用，對處于郁江流域的龍橋、云口、長順3個電站實時分配流域負荷并動態控制梯級水位，對各電站進行自動發電控制（AGC）來調整負荷。

圖3 恩施集控郁江流域EDC系統結構

3.2 多廠站系統數據智能同步

在廠站側具備IEC104擴展單邊點表功能的情況下，監控系統可智能、自動實現與廠站側配置信息文件的快速同步。廠站側如有修改數據庫、點表等信息時，可快速便捷地通過單邊點表的傳輸方式送到集控中心，完成數據的智能同步和自動對點。

3.3 視頻聯動

電調監控系統在重要信號動作時發出聯動信號，如機組開停機，聯動應用模塊在收到通知后啟動視頻聯動流程，視頻子系統通過服務接口轉動攝像頭聚焦至預設位置。iP9000智能一體化平臺對視頻服務平臺提供的API接口進行二次開發，將管理信息大區的視頻監視功能與生產安全I區的控制與調節功能緊密結合起來，讓命令的反饋可以更清晰明確傳達運行人員，不僅能夠通過報警信息模塊提示返送的信號，也能更直觀地看到設備的實際動作，對各設備運行安全監視也達到了時時關注的狀態，可以提前預知不良情況。

4 結論

國電恩施水電開發有限公司建設的集控中心采用iP9000智能一體化平臺實現Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區的統一部署，電調、水調等多系統統一管控，是我國中小型水電站集群跨流域遠程監視和控制的一次較大規模的建設，促進了水電領域多系統智能管控一體化技術的發展。