清江梯級智能對象化水電調平臺系統設計

黃天東，賀　徽，黃　帆，宋遠超，吳　剛

（1.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010；2.湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443000）

清江梯級智能對象化水電調平臺系統設計

黃天東1，賀徽1，黃帆2，宋遠超1，吳剛1

（1.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010；2.湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443000）

摘要：文章簡要介紹了湖北清江水電開發有限責任公司梯級調度中心自動化系統的現狀及存在的主要問題，針對系統反映出的問題，設計了基于統一平臺開發的智能對象化水電調平臺系統，并詳細介紹了新系統的系統結構、軟件設計、硬件配置以及新、老系統交替的具體實施方案。希望能夠對梯級調度系統的智能化設計提供有益借鑒。

關鍵詞：清江梯調；智能對象化；水電調平臺

0　引言

清江梯調中心負責對所屬的水布埡、隔河巖、高壩洲3個水電站的統一調度控制，主要包括有電調自動化系統、水調自動化系統及水文預報系統等。

清江梯調中心現有的自動化系統目前主要存在如下幾方面的問題：

（1）統一性缺乏

梯調中心現有的電調自動化系統、水調自動化系統及水文預報系統等由不同的設備廠家供貨且均自成一體，少有考慮為其他操作系統或業務平臺預留接口，使得系統的整體性和協調性存在不足，各類業務應用之間數據信息共享困難，業務流程之間無法形成有效互動，也限制了梯級水電站群水、電一體化協調優化調度的客觀需求。

（2）可靠性降低

計算機監控系統投運時間（2000年投運，2006年進行了部分升級）較長，設備不斷老化、備件供應困難，系統的可靠性降低。系統功能和界面友好性還存在不足，整體功能還有較大的提升空間。

（3）系統落后

梯調中心現有水調作業、水務計算、WEB服務等系統投運時間（2002年投運）較長，部分應用已無法在主流軟硬件平臺運行，存在安全隱患；水調作業、水務計算、會商、洪水預報、GIS演示、報表等系統分別由不同廠家或自主研發，平臺多樣化、接口不一致、采用的技術落后于現主流水平；缺乏水庫調度、系統軟件監視等預警功能，優化調度工具不足，制約了清江流域梯級水電統一調度和值班運行水平的進一步提高。

從流域水電站群優化運行的全局角度考慮，采用統一、開放的國際通信標準和信息建模標準，設計建造一套智能對象化水電調平臺系統，將原來分散的電調和水調的監視、控制、預警和作業系統進行優化設計和基于統一平臺開發，利用先進的面對對象的方法對數據庫組態，對監視、報警和預警進行智能的優化，形成高度一體化且開放的智能調度與控制系統是可行的且必要的。

1　系統總體設計

1.1系統總體框架

清江梯級智能對象化平臺系統設計采用先進的、科學的信息技術搭建系統總體框架，系統邏輯構成包括應用服務、應用支撐平臺、基礎硬件平臺、系統保障環境和系統運行環境等5部分，系統總體框架如圖1所示。

（1）應用服務

應用服務是用戶直接使用的與業務有關的各服務集合，主要包括：流域遠程集中監控與經濟運行應用、水庫調度與經濟優化應用、決策支持與信息發布應用等相關服務組件，相關服務組件需提供服務接口供其他應用調用。

圖1系統總體框架

（2）應用支撐平臺

應用支撐平臺是以應用服務器、中間件技術為核心的基礎軟件技術支撐平臺，其作用是實現資源的有效共享和應用服務的互連互通，為應用系統的功能實現提供技術支持、多種服務及運行環境，是實現應用系統之間、應用系統與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享的核心。

應用支撐平臺主要功能包括：完成系統實時、歷史數據存儲和管理，并對相關服務提供根據對象進行索引的數據存儲、訪問接口；完成數據的跨區同步；提供統一的智能報警平臺；提供統一軟件接口規范和軟件管理規范，為相關服務軟件提供松耦合的運行環境；完成控制、調節指令管理和傳輸等。

（3）基礎硬件平臺

基礎硬件平臺由相互獨立的分布在安全I區、安全II區和信息管理大區(安全III區)的3套計算機基礎平臺組成，每套計算機基礎平臺由服務器、工作站、網絡設備等組成。

（4）系統安全保障

嚴格按照《電力二次系統安全防護規定》的要求，對清江梯級智能對象化平臺系統進行安全區的劃分工作，安全區之間進行安全隔離。針對不同安全區的特點采取不同的技術及管理手段，構建一整套有針對性的安全防護體系。

（5）系統實體環境

系統實體環境負責為信息采集、傳輸、存儲、管理、應用系統提供高效、安全、穩定、可靠的實體環境保障。

1.2系統業務部署

在安全I區、安全II區和管理信息大區均部署智能對象化水電調平臺，實現統一的運行支撐平臺，以及跨不同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。

（1）在安全I區的智能對象化水電調平臺基礎上，部署流域遠程集中監控應用，完成流域水電站群遠程集中監控系統的所有功能。在此基礎上，部署自動發電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC)、經濟調度控制(EDC)、智能診斷、智能設備運行監視等智能應用組件，實現計算機監控系統的各類高級應用功能，作為流域經濟運行系統的組成部分。

（2）在安全II區的智能對象化水電調平臺基礎上，部署水調自動化應用。在此基礎上，部署洪水預報、中長期水文預報、洪水調度、發電調度、水庫水情智能預警、智能診斷等智能應用組件，實現水調自動化系統的各類高級應用功能，也作為流域經濟運行系統的組成部分。

（3）在管理信息大區的智能對象化水電調平臺基礎上，部署WEB發布、流域水情測報系統、水文數據交換與報汛服務、智能診斷應用組件，在此基礎上，部署洪水預報、中長期水文預報、洪水調度、發電調度等智能應用組件，實現水調自動化系統的高級應用功能，支持采用WEB方式完成會商決策和優化調度作業。

清江梯級智能對象化水電調平臺系統業務部署方案如圖2所示。

圖2清江梯級智能對象化水電調平臺系統業務部署方案

1.3系統外部接口

安全I區的遠程集中監控系統主要完成梯級電站運行信息的采集、傳輸，并與華中網調電調自動化系統通信，上送梯級電站發電信息，并接收其調度及控制指令。安全II區的水調自動化系統需要采集水情、水文、氣象信息，并與華中網調水調自動化系統通信，完成發電計劃上送等功能。其中水情、水文、氣象信息通過信息管理大區平臺接入。清江梯級智能對象化平臺系統與這些外接系統分別通過安全I區、安全II區和信息管理大區平臺接口。

安全I區電調自動化系統將和以下外部系統接口：

（1）華中網調電調自動化系統；

（2）水布埡電站計算機監控系統；

（3）隔河巖電站計算機監控系統；

（4）高壩洲電站計算機監控系統。

安全II區水調自動化系統將和以下外部系統接口：

（1）華中網調水調自動化系統；

信息管理大區將和以下外部系統接口：

（1）水情遙測子系統；

（2）水情交換子系統；

（3）氣象子系統。

2　系統軟件設計

2.1應用支撐平臺軟件設計

應用支撐平臺軟件設計分為面向對象平臺和服務總線兩部分。

（1）面向對象平臺設計的內容包括：采用面向對象的方法組織整合實時數據、歷史數據、報警、調節與控制操作，確保各工作站界面信息完全一致；提供相應的本地API接口，通過對象可索引得到該對象的數據屬性、報警屬性和操作屬性，根據需要提供相應的服務接口，用于軟件管理和給其他應用提供服務。

面向對象平臺完成數據、報警在各節點間的同步與傳輸（含II、III區同步），向應用提供透明數據訪問，各應用不再關心數據來源、存儲位置。此外，面向對象平臺還具備硬件資源監視模塊，負責監視各硬件資源并具有在異常時報警的功能。

（2）服務總線需規定各服務所采用的接口規范，提供服務注冊、索引等服務管理服務。各軟件模塊需提供服務接口，并注冊相應服務到注冊管理器，其中必須通過服務軟件管理接口，主要提供啟、停和配置管理與裝載功能；根據需要對外提供相應應用服務接口。

2.2應用系統軟件設計

應用系統包括：

（1）人機界面

人機界面采用面向對象的信息組織和展示方式，界面應簡單清晰，操作方便。

（2）服務管理

主要實現服務管理、注冊、檢索、啟停等功能。

（3）智能維護

系統平臺和各服務軟件具備智能維護和版本控制功能，包括智能管理相關數據修改。

（4）智能診斷

具備智能診斷功能，所有的硬件、軟件均建立相應的診斷模型，診斷數據作為系統基礎數據采集，供智能診斷的軟件獲取狀態信息，進行診斷和分析，在相關模塊運行異常時進行報警。

（5）電站、系統設備通信

通信服務通過IEC104、CORBA、SNMP等通信協議與外部系統通信，獲取外部系統數據并通過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。

（6）AGC服務

AGC需具備常規策略所有功能，如躲振動區、電網和機組安全策略、優化分配等。AGC軟件具備自診斷功能，構建自診斷模型并實時更新自診斷數據。

（7）AVC服務

AVC需具備常規策略所有功能，如電網和機組安全策略等。具備相關評價和分析功能，具備智能參數優化功能。軟件具備自診斷功能，構建自診斷模型并實時更新自診斷數據。

（8）EDC服務

EDC服務包括：EDC軟件優化功能；EDC策略的執行復核、預警、設備安全運行、經濟運行評價功能；電網潮流的影響以及相關功能設計。

（9）水情遙測數據服務（管理信息大區）

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，對數據進行處理。

（10）水文數據交換與報汛服務（管理信息大區）

接收水文交換網數據，對數據進行處理。

按照水文規范向上級防汛部門報送流域及梯級樞紐水情、工情。

（11）與電網調度水調平臺D5000水調主站通信

按照電網規范向電網報送流域及梯級樞紐水情、工情；接收電網數據，對數據進行處理。

（12）水務計算與水調作業

對流域梯級水庫的發電、降雨、水位、出入庫流量等水務信息進行自動計算處理，完成流域水庫的水務計算。

（13）智能設備運行監視

智能設備運行監視服務是一個開放的設備監視智能策略實現平臺，根據設備特點開發相關設備對象（如軸承、水輪機等）智能設備監視策略，實現對設備的運行狀況進行監視。具備反演功能。

（14）報表（III區）

根據需要自動生成電力和水庫調度報表，并提供WEBservice接口進行人機交互。

（15）防洪調度（II區和III區）

以實時洪水預報成果為基礎，根據水庫特征、工程與電網情況以及上級防汛部門的要求等，制定水庫防洪調度方案、風險分析以及提供防洪形勢分析與防洪決策的輔助計算，為水庫防洪調度會商提供支持，并利用圖形報表向用戶提供實時防洪調度方案信息。

具備洪水調度過程演算、仿真功能，具備預評估、敏感性分析和后評價功能。

（16）發電優化調度（II區和III區）

根據流域梯級水電站的運行及來水預測情況，根據經濟調度原則，在滿足安全生產及樞紐工程調節性、水電站水力電力聯系等約束條件下，制作短、中、長期（也可以自行靈活設定計算日期）發電計劃或水庫調度方案，在梯級水電站之間進行發電流量或負荷的合理分配，使得梯級總發電量最大、總發電效益最大或者耗水量最小。

（17）信息發布與查詢（III區）

提供信息發布、會商、優化調度、防洪調度等WEB作業平臺，III區相關作業人機交互和業務流程采用B/S技術實現，即人機交互在WEB上進行。

（18）手機數據服務和短信服務

開發手機應用客戶端軟件和服務器端軟件，客戶端軟件必須支持IOS、Android、WP等平臺，支持用戶分級權限管理。具備短信接口，用于報警和信息查詢。

（19）水庫水情智能預警

根據擬定的策略，充分考慮發電、水情、氣象預報和其他各限制條件等相關因素，對水位過程線、水位、雨量及流量進行監視、演算，異常時立即報警。

（20）網絡監視和二次安防監視服務

對系統平臺和系統與外部通信網絡進行監視，采集二次安防設備日志和報警信息，在異常時及時報警。

（21）商用數據庫平臺

數據庫具備完全獨立雙機冗余功能。數據庫應能在雙機之間自動同步，故障時自動完成雙機切換。監控系統平臺具備數據庫軟、硬件監視和診斷功能。

3　系統硬件配置

為了確保系統長期運行的可靠性和穩定性，基礎硬件平臺采用全開放的分布式體系結構，系統功能分布在不同的節點計算機中，各服務器、工作站實現功能分擔及數據分散處理，對于重要的功能節點，計算機采用冗余化配置。

安全I區、安全II區內計算機局域網按冗余結構設計，管理信息大區內計算機局域網按單網結構設計，網絡介質采用光纖或雙絞線，通信規約采用TCP/IP協議，遵循IEEE 802.3標準，網絡的傳輸速率不小于1 000Mb/s。安全區之間按照《電力二次系統安全防護規定》的要求，通過隔離裝置相連接?；A硬件平臺總體結構圖參見圖3。

3.1安全I區基礎硬件平臺配置

安全I區基礎硬件平臺采用2臺千兆以太網交換機構成冗余主干網絡，各功能節點計算機通過網絡互連，計算機節點及網絡設備具體配置如下：

2臺應用服務器；

2臺歷史數據庫服務器；

3臺操作員工作站；

1臺智能診斷與智能監視服務器；

1臺工程師工作站；

6臺電廠通信服務器；

2臺調度通信服務器；

1套GPS對時裝置；

2臺主干網交換機。

3.2安全II區基礎硬件平臺配置

安全II區基礎硬件平臺采用2臺千兆以太網交換機構成冗余主干網絡，各功能節點計算機通過網絡互連，計算機節點具體配置如下：

2套數據庫服務器（含磁盤陣列2套）；

2臺應用服務器；

2臺水調工作站；

1臺會商工作站；

2臺華中水情通信服務器；

2臺信息管理大區通信服務器；

2臺主干網交換機。

3.3管理信息大區基礎硬件平臺配置

管理信息大區基礎硬件平臺采用1臺千兆以太網交換機構成主干網絡，各功能節點計算機通過網絡互連，計算機節點具體配置如下：

2臺數據庫服務器；

2臺應用程序服務器；

2臺WEB發布服務器；

1臺水情遙測系統通信機；

圖3基礎硬件平臺總體結構圖

1臺水情交換系統通信機；

1臺氣象系統通信機；

2臺安全II區通信服務器；

1臺主干網交換機。

4　系統改造實施方案

在清江梯級智能對象化水電調平臺系統改造過程中，在新系統的網絡設備和服務器投入運行后，將形成新、老系統共同運行的過渡期。為了新、老系統安全、平穩過渡，可采用以下過渡方案：

過渡期內，新、老系統同時運行，彼此獨立。依次對3個梯級電站進行接入，將電站側梯級電站與梯調中心通信接口由原來的1套增加為2套，以便梯級電站能同時向新、老兩個系統同時傳送數據，此時對梯級電站的控制以及與上級電力調度的通信仍由老系統完成，新系統對3個梯級電站只能監視不能控制，但可在新系統平臺上測試對3個梯級電站的控制調節功能，充分驗證新系統的運行穩定性。待新系統所有功能全部測試完成后，再將3個梯級電站的監控功能移至新系統上，由新系統對梯級電站進行監控，同時，梯級電站側關閉對老系統通信接口，老系統退出運行。

5　結語

本文在設計方面以“安全可靠、經濟高效、友好互動、綠色環?！钡南冗M理念為指導，緊密結合清江梯調中心自動化系統的客觀業務需求，從流域水電站群優化運行的全局角度重構自動化系統整體架構，科學、合理地規劃各項建設內容及相關功能，采用統一、開放的國際通信標準和信息建模標準，設計建造一套使用方便、技術領先、功能完善、運行可靠的集操作、調節、監視、預警功能于一體的智能對象化水電調平臺系統。

中圖分類號：TV736

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）07-0005-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.002

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：黃天東（1966-），女，高級工程師，從事水電站機電二次專業設計工作。