水電站智能化用能管控平臺擴展研究

董曉寧，馬曉東

（黃河上游水電開發有限責任公司甘肅鹽鍋峽發電有限公司，甘肅 永靖 731601）

甘肅鹽鍋峽發電有限公司下轄鹽鍋峽、八盤峽兩座黃河中上游干流的大、中型水力發電站，其中鹽鍋峽水電站安裝有10 臺混流式水輪發電機組，全站總裝機509.6 MW。八盤峽水電站安裝有6 臺軸流轉槳式水輪發電機組，全站總裝機220 MW。2019年鹽鍋峽、八盤峽水電站水情自動化系統上線運行，在該項目實施完成后，針對兩座水電站現場的生產管理和設備運行需求，自主開發了雨量實時采集、電力現貨實時跟蹤及結算數據查詢、發電機組運行狀態監視等功能，目前系統通過不斷的完善和后續的開發已發展為集水情數據、機組實時運行數據、電能量數據等，集數據采集、存貯、計算、分析為一體的智能化用能管控平臺，為更好的發揮系統的架構優勢，充分挖掘平臺的數據分析能力，通過對供水、污水、供熱等辦公生活保障系統設備進行信息化改造，接入智能化用能管控平臺，優化供水、污水、供熱運行方式，提升水電站在用能方面的綜合運行能效管理水平。

1 研究的意義及目的

鹽鍋峽水電站和八盤峽水電站兩座建成60 年和40 年的“老水電”，不同于其他新建電站，公司的所有機構和人員全部集中在電站工作和生活，目前電站的辦公生活供水、污水和供熱系統仍采用傳統的管理和技術手段，主要依靠電話詢問、現場查看等方式了解設備的運行狀態，未實現數字化和信息化管理。辦公生活供水、污水和供熱系統的生產數據信息主要依靠人工記錄匯總，不能實時的進行分析和管理決策。通過后期的數據分析發現辦公生活系統存在著能耗較高，無法實現精細劃管理的弊端。

隨著國家“雙碳”戰略目標的提出，以綜合智慧零碳電廠、綠能生態融合等新興產業領域的科研需求為導向，為適應現代化電站管理模式，消除信息化“孤島”最后1 km，把辦公生活供水、污水和供熱系統數據信息接入水電站智能化用能管控平臺，對站內辦公生活供水、污水和供熱系統實現集控運行，達到節能減排、降耗減碳、優化人力資源配置的目標。

2 主要研究內容與預期目標

2.1 主要研究內容

水電站辦公生活供水、污水、供熱的遠程監控系統采用分布式控制系統結構，自上而下，由五層構成，包括：智能化用能管控平臺層、數據管理層、監控操作層、控制層和現場層[1]。

管理層（數據中心）負責存儲和處理采集到的數據，并實時向電廠智能化用能管控平臺實時傳輸數據；操作層通過遠程SCADA 系統實現供水、污水和供熱系統的實時運行狀態監控、實時運行數據傳輸、實時報警處理[2]；控制層PLC 負責現場層的控制和數據采集；現場層設備負責采集設備傳感器數據和執行器開關狀態。

2.1.1 遠程監控系統架構

電站整體采用分布式控制系統結構，分為PLC采集系統、數據中心和控制中心三個部分。電站生產生活遠程監控控制系統設兩級組成集散控制系統架構，一級是廠級控制中心-中央控制室（上位管理），二級是區域控制工作站（現場控制站）。實現對電站供水系統、污水系統和供熱系統的遠程監控[3]。整個系統由一個中央控制室、兩個現場控制站組成，中央控制室與現場控制站之間通過網絡進行通信，組成一個IT 和OT 雙網融合的通信控制網絡。供水系統、污水系統和供熱系統均可通過融合控制網絡與智能化用能管控平臺完成數據信息的聯絡，實現電站辦公生活系統的數據監測和企業信息管理系統的相互融合。

2.1.2 電站供水遠程監控SCADA 系統構建分析

按照電站辦公生活供水系統工藝流程，電站供水系統是按照以下生產處理工藝流程（如圖1 所示）為站區提供辦公生活用水。

圖1 八盤峽水電站辦公生活供水系統工藝流程

供水系統目前沒有完善的底層控制系統，按照遠程監控系統兩級組成集散控制架構[1]，供水系統由一個在中央集中控制室的遠程SCADA 系統和兩個現場PLC 控制站組成，中央控制室與現場控制站之間通過工業控制網絡進行通信。其中，PLC 控制站負責采集設備傳感器數據和執行器開關狀態，數據中心負責存儲和處理采集到的數據，控制中心則通過SCADA 監控系統實現供水生產工藝設備的運行狀態監控，供水生產過程的實時數據采集、供水水質監測和系統報警[4]。具體控制系統結構如圖2所示。

圖2 供水遠程調度監控系統結構方案圖

2.1.3 數據存儲管理

智能化用能管控平臺支持云端部署和本地化部署兩種方式[5]，電站可根據自身情況部署。數據存儲管理總體架構涉及到實時檢測數據的儲存、整理及管理等過程。

針對應用場景的分散特點，采取分布式數據處理的方式。分布式異構數據庫系統指能夠接受和容納多個設計群體數據庫的系統，分布在不同的計算機節點上，通過網絡進行通信和協調，實現數據存儲、檢索和處理[6]。系統中數據來自監測和基礎數據錄入等過程，數據格式有結構化的數據庫數據、非結構化的圖片數據，而且對于數據的存儲周期、讀寫效率等各項指標要求均不同。系統中數據存儲采用不同服務器存儲不同類型數據，可以通過服務器硬件配置對數據的讀寫進行適應性調配。

2.2 預期目標

（1）通過對水電站供水、污水、供熱等辦公生活保障系統設備進行信息化升級，實現水電站辦公生活保障系統的遠程監控和集中控制。

（2）通過跨平臺架構的數據存儲管理模型的研究，為水電站辦公生活系統信息化改造提供數據開發的技術支撐。

（3）以水電站辦公生活供水、污水、供熱系統的信息化轉型和精細化管理為目標，同時考慮節能降耗為約束條件，通過對水電站智能化用能管控平臺進行擴展研究，以水電站供水系統中的大功率水泵機組為控制對象，研究針對泵組運行優化的智慧節能控制策略，提升水電站辦公生活保障系統設備的綜合運行能效管理水平。

3 研究成果的重要意義

（1）智能化用能管控平臺通過接入水電站供水、污水、供熱等數據信息，完善智能化用能管控平臺功能實現數據信息融合。

（2）通過運行數據分析制定出水電站供水、污水和供熱系統的經濟運行最佳方案，提升供水、污水和供熱系統設備機組運行能效管理水平。

（3）通過成果應用可提升電站經濟運行效益。軟件系統可用于其他水電站，保障水電站供水、污水和供熱系統設備的安全、高效和穩定運行。

4 結論

通過水電站智能化用能管控平臺擴展研究項目的實施，首先可以實現水電站辦公生活保障系統的遠程集中監控，消除信息孤島，將全部生產工藝系統納入廠級信息管理平臺；其次在供水和污水具體生產過程中大幅度減輕操作運維人員的勞動工作強度，消除安全隱患；最后在大數據、現代工業互聯網和人工智能技術的加持下對水電站供水、污水和供熱系統實現智能化運維，通過智能化運維技術在水電站辦公生活保障系統中的應用，為鹽鍋峽水電廠的數字化、信息化建設提供新的思路，為鹽鍋峽水電廠的智慧化轉型進行有益的探索和實踐。