關于智能水電廠現地自動化系統的分析

黃凱忞

摘 要：隨著現代計算機信息技術的不斷發展，越來越多的現實工業與生活與信息聯系在一起，電網的建設也開始走向智能化。智能電網的建設離不開水電廠的智能化發展。智能化的主要目標是實現自動化控制，減少人工操作，提高精確性。文章重點對智能化變電站的特點與結構進行分析，明確智能水電廠現地自動化系統的特點，制定相關方案，為同行提供一定的參考。

關鍵詞：智能水電廠；現地；自動化系統；變電站

引言

隨著我國科學技術的不斷進步，電網系統中智能化發展程度不斷加深。通過智能化的方向發展，實現了自動化精確控制，實現了電能的節約，大大提高了電能的利用率，為不同的用戶提供了充分的保障。智能水電廠是智能電網發展的重要組成部分。智能水電廠的發展要適應現代化電網建設的需求，需要對外界的信息獲取更加快捷，同時能夠做出最快的反應，來適應系統需求。

傳統中水電廠必須要有工作人員值班看守，及時通過電話等設備來獲得一些外界信息，手動對系統進行調節。隨著人工成本的不斷增加，智能化水電廠的發展已經基本上可以不再采用人工值班的方法，大大節約了勞動力。不可否認，現階段智能化水電廠的現地自動化系統的發展還存在著一定的不足，首先多個控制設備間沒有統一的接口標準，一些數據信號只能通過電纜進行傳輸，設備間在數據共享方面存在著一些問題，從而導致調節起來精度無法保障，后期的運行維護同樣也面臨著一定的問題。基于IEC61850標準，智能化變電站通過智能化與網絡化的設備，可以充分實現數據共享，同時也可以實現智能電氣設備之間的信息交流與操作。[1]

1 智能變電站概念

根據相關的標準，智能變電站的通信體系可以分為過程層、間隔層與站控層。過程層主要是通過一次設備與智能中間件來組成的智能終端或合并單元。間隔層主要是指繼電保護裝置，同時也對一次設備進行監控，通過二次設備來對一次設備進行功能控制；[2]站控層則是實現智能化的核心部分，通過站域控制、通信系統以及自動化系統來對全站的多個設備進行測量與控制。

2 水電廠控制特點

水電廠的實際控制與變電站運行也有著很多相同的地方。首先它的分層十分類似。傳統意義上來講，水電廠可以分為廠站層、現地層控制與過程層三大主要部分，這些分層與變電站的三個分層分別相對應，這些對應分層的功能與特點。通信控制方式都基本保持一致。所以智能水電廠的建設同樣可以以IEC61850標準為基礎進行分層。[3]另外智能變電站與水電廠的設備也多存在相同的現象。在變電站中經常見到的一次開關設備、間隔保護器、對時系統中，在水電廠中同樣適用。不過水電廠比變電站控制的對象更多，除了一些基本的開關變壓器設備外，還有發電機、油水氣系統等，尤其是一些模擬量信號的設備。所以水電廠在發展過程中還需要有自己的特點，以適應現代電網建設的需求。[4]

水電廠主要有以下幾個特點，首先它的層級間的信號關系相對復雜一些。其次，信號類型與信號來源較多。再次，水電廠的現地控制層設備間的控制關系更加復雜。水電廠以發電機組與開關站為單元，發電機組控制包括監控、保護、礪磁等子系統。[5]

3 水電廠現地自動化系統技術現狀

水電廠的繼電保護目前仍以微機為主，它的功能、結構都與變電站上的繼電保護裝置類似，但在保護對象上有所不同而已。[6]水電站現地控制單元的監控系統主要是以PLC為控制中心，它把信號進行采集并處理，轉化為可以執行的現地設備控制命令，通過以太網傳輸到后臺計算機處理中心進行備案。PLC信號處理以模擬量為主，本身并不會對數據進行分類加工處理，只是進行數據上報。由于智能化的數據只通過通信串口方式進行數據交換，這將會對傳統的水電站監控系統提出了更高的要求，需要做出較大的改變。[7]

4 智能水電廠現地自動化系統設計

首先，智能水電廠自動化方案中可以采用智能變電站相同的分層結構，現地控制由SMV來實現電子互感器信號采集，由GOOSE網來對智能一次設備與測控裝置進行信息交換與操作，由MMS網來實現現地控制間、廠站間的信息交互。[8]

其次，智能水電廠現地自動化系統要避免傳統方案中監控信號大集中的問題，需要根據不同的監控對象進行區分，把每一個監控對象都設計成為智能化系統，通過IEC61850標準接口實現控制，如智能開關、智能轉速裝置等，這些獨立功能的實現就需要獨立的子系統進行精確控制，信號當然要單獨采集與儲存。[9]目前部分水電廠硬件設施不足，在目前的發展現狀下，可以通過全并單元或智能操作箱的智能測控方式，來實現IEC61850標準接口。由于現地控制層與過程層間的信息交互與相互操作，可以實現相互間的控制閉鎖，這些都是通過GOOSE來實現的，這一協議大大保障了操作的時效性，但由于在此協議上的信息量十分巨大，可以根據不同的電站實際情況在同一機組內分為多個GOOSE子網，提高整個系統的運行性能。

5 智能水電廠現地自動化系統研究發展趨勢

雖然目前已經有多個水電廠已經開始了智能化的技術研究，但整體仍然處于基礎研發階段，技術發展并未完全成熟。目前已經有多個地區實現了智能化建設的初步階段，這些控制裝置的實現為智能水電廠技術的發展提供了方向。在未來，將會向著對象建模技術方向發展。在IEC61850標準中增加了多個水電廠專用邏輯節點，共涉及到了電氣、機械與傳感器等多個功能領域。不過IEC61850標準中一些需求信號并沒有明確定義。其次要不斷開發各種新型的控制裝置；最后，要不斷開展更多的操作試驗，為了提高控制可靠性，要針對不同的供應商，提高試驗的準確性與可靠性，為智能化水電廠的發展提供強力保障。[10]

6 結束語

隨著現代計算機信息技術的不斷發展，智能水電廠將是未來發展的重要趨勢，現地自動化系統涉及到的對象十分復雜，它的實現將是對傳統水電廠發展的一種革新與改造。在智能化發展過程中，需要科技人員與其他所有工作人員共同努力，為實現我國的可持續發展尋找更加適合現代社會發展的技術方向與發展目標。

參考文獻

[1]劉觀標，李曉斌，李永紅，等.智能水電廠的體系結構[J].水電自動化與大壩監測，2011，1：1-4.

[2]王德寬，張毅，劉曉波，等.智能水電廠自動化系統總體構想[J].水電自動化與大壩監測，2011，1：5-9.

[3]嚴杰，蔡守輝.智能水電廠現地控制單元發展趨勢[J].水電自動化與大壩監測，2011，2：1-4.

[4]王德寬，張毅，劉曉波，等.智能水電廠自動化系統總體構想初探[J].水電站機電技術，2011，3：1-4+128.

[5]胡少英，李永紅，謝凱，等.基于智能水電廠的水調自動化系統及其應用[J].水電自動化與大壩監測，2012，1：15-17.

[6]張紅芳，彭文才，閩崢.智能水電廠現地自動化系統技術分析[J].水電自動化與大壩監測，2012.

[7]趙雪飛，徐潔，張紅芳，等.智能水電廠現地自動化系統[J].水電自動化與大壩監測，2012.

[8]王聰.水電廠監控系統IEC61850信息建模技術研究及應用[Z].中國水利水電科學研究院，2013.