太平灣水電站水調自動化系統建設研究

魏 櫻，朱 琳

（國家電網東北分部太平灣水電廠，遼寧 丹東 118000）

太平灣水電站水調自動化系統建設研究

魏 櫻，朱 琳

（國家電網東北分部太平灣水電廠，遼寧 丹東 118000）

介紹了太平灣電站的基本情況及其水調系統。論述了系統的組成及各子系統的結構及功能，包括水情信息自動采集系統、氣象信息采集處理系統、衛星云圖采集處理子系統、日常水文計算系統、電量、水情數據傳輸系統、防汛報警子系統。

水庫調度自動化系統；遙測站；太平灣水電站

1 概況

水庫調度自動化系統（HDAS，簡稱水調自動化系統）是電網調度自動化系統的一個重要組成部分。它集水庫調度、自動化硬件設備與接口、計算機及網絡通信技術、決策支持理論等專業于一體。該系統通過對流域、水情、雨情等歷史資料的收集整理和水電站流域的水文、氣象、水庫運行信息的及時采集，進行在線水文預報和水務綜合管理，并迅速提供包括防洪和發電在內的綜合決策方案[1]。

太平灣水電站坐落在中朝界河鴨綠江上，為徑流式日調節水電站，正常蓄水位29.5 m，死水位28.8 m。電站以發電為主，共裝4臺單機容量為47.5 MW的機組，總容量為190 MW，設計多年平均發電量7.2億kW?h，50 Hz與60 Hz機組各兩臺，兩臺60 Hz機組負責向朝鮮發電送電。太平灣水電站是鴨綠江干流上已建成的4個梯級電站的最后一級，向上游追溯依次是水豐、渭源與云峰電站，其中太平灣與云峰由中方管理運行，另外兩座由朝方管理運行。太平灣地區年平均降雨1 100 mm，主要集中在6～9月，年平均氣溫9°C。

本文以太平灣水電站為例，從服務國家電網東北分部出發，基于其運行和現代化管理需要，提出了由水情信息采集系統、日常水文計算、氣象信息采集處理、衛星云圖信息采集處理、數據傳輸、防汛報警等共6個子系統組成的太平灣水電站水調自動化系統，從提供各項基礎數據和分析統計結果，保障電站經濟安全運行的角度，定義了各子系統功能。

2 系統組成

水情信息自動采集系統是水調自動化系統的基本子系統，也是太平灣水電站以水情自動測報系統為基礎建設的水調系統的最早雛形，隨著通信和計算機技術的快速發展，需大幅拓展水庫調度工作預報范圍，增加防汛報警功能，利用采集到的氣象信息和衛星云圖信息，提高各項水文、雨水情等信息的實時性和準確性，有效保證水文資料的完整性和代表性，利用采集的海量基礎信息能進行日常的水文分析計算，為水調工作提供分析決策，保障電站經濟安全運行，同時節省人工成本，提高工作效率，而不斷提高水調自動化系統水平，并滿足現代化管理的需求。

基于以上需求分析，太平灣水調自動化系統主要由水情信息自動采集系統、氣象信息采集處理系統、衛星云圖采集處理系統、日常水文計算系統、數據傳輸系統、防汛報警系統等子系統組成（見圖1）。各系統共享統一數據庫，獨立測報、處理采集到的信息，通過日常計算系統數據處理后整理上傳、實時顯示，通過防汛報警系統報告預警水情，以更有效直觀的幫助現場人員完成各項工作和監測水庫水情。

3 系統功能

3.1 水情信息自動采集系統

圖1 太平灣電站水調自動化系統組成

太平灣水情信息自動采集系統由一個中心站、遠程數據通信網、10個遙測站組成，系統結構如圖2所示。

圖2 太平灣水情信息自動采集系統結構圖

3.1.1 中心站

中心站設在太平灣水電站，接收各遙測站的實時采集數據，對接收的數據進行檢查、加工處理后存儲，并進行高級應用（如洪水預報、調洪演算等），提供科學結果供水調人員進行分析，接收軟件安裝的微機放置在電站水調值班室內。

3.1.2 遠程數據通信網

遠程數據通信網即通信方式。太平灣水情自動測報系統建立后經過數次改造，由最初的超短波通信方式逐步升級，經歷了超短波、GSM和衛星混用模式，到目前的全GSM通信方式。應用GSM移動通信網絡系統中的短信息服務業務進行水情數據信息的傳輸，是利用GSM調制解調技術，通過無線控制信道進行傳輸，經短信息服務業務中心完成存儲和前轉功能，它具有不必建立單獨的通信網絡，設備簡單、功耗及價格低，通信質量穩定等優點。近年，隨著移動通信網絡覆蓋地區的廣泛擴大和網絡建設日臻完善，采用這種通信方式的優勢性也越加明顯。

3.1.3 遙測站

隨著通信組網的升級優化，太平灣水情自動測報系統淘汰了所有中繼站，如今10個測站完成太平灣上游干流鴨綠江渭源以下、支流渾江沙尖子以下總面積達7 161 km2的預報區間內的水雨情信息的采集、傳輸和預處理。遙測站主要由傳感器、采集終端（RTU）、電源系統、通信設備、防雷設備等組成。自動完成水文數據的采集、存儲和向中心站傳輸，并能對于人工觀測的水文數據進行人工置數，接收中心站傳送的參數并根據數據進行自我修改。遙測站結構示意圖如圖3。

圖3 遙測站結構示意圖

根據實際需要太平灣水電站設有水位、雨量站和單一雨量站兩種類型測站。5個水位、雨量測站布設地點分別為：水豐上游、水豐下游、太平灣上游、太平灣下游和渭源，測量站點的水位和雨量值；5個單一雨量站分別為：大路、沙尖子、太平哨、河口、紅石，僅測量測站降雨量。水位測量根據各測站地理位置和水文地質情況采用氣泡式或浮子式，雨量計均統一選用精度較高的翻斗式。

3.1.4 遙測水位計和雨量計設備

終端系統采用的是新一代MB12多功能水文遙測終端系統。該終端系統可實現接入、發送、采集、現場設置、遠程設置、校時、加電控制、狀態報告、檢測調試、人工置數、固態存儲、主備切換、通信記錄查詢等功能。與歷代使用設備比較智能性較強，大幅提高人工效率和設備穩定性。

3.1.5 遙測站工作原理

遙測站負責將雨量、水位、氣象、測站運行狀態等信息實時傳送到中心站，并負責接收遠程參數設置。太平灣水情測報系統數據采集采用觸發采樣的工作方式，參數修改時采用觸發采樣。

3.2 氣象信息采集處理系統

氣象信息采集處理系統主設備采用WXT510維薩拉WINDCAP?傳感器自動采集溫度、濕度、風向、風速；采用同品牌RAINCAP?傳感器采集降水等氣象數據。

通過系統軟件可實現對常規氣象要素進行實時遙測，對各時段氣象數據按照專業規范進行計算、數據統計，可按照用戶需要隨時進行瀏覽、打印。系統還設有網絡監測功能，在廠局域網上任何一臺計算機都可瀏覽到實時氣象信息。如圖4所示。

圖4 氣象信息采集處理系統界面

同時氣象監測數據納入到了水庫調度數據庫中，整合了水庫調度統一平臺，使水庫調度數據庫更加規范，為水庫調度、防汛度汛和電廠發電經濟運行及時地準確提供重要氣象專業信息。

3.3 衛星云圖采集處理子系統

衛星云圖采集處理系統采用北京中科院圖像技術有限公司研發的日本MTSAT靜止氣象衛星云圖接收系統，包括接收設備和分析軟件兩部分組成。MTSAT靜止氣象衛星是目前世界上先進的高清氣象衛星，圖像清晰度高，可用于接收、處理靜止、極軌衛星所拍攝的高分辨率數字化資料，全天候提供對天氣變化、降雨區移動、臺風位置、臺風路徑預測等天氣現象進行的監測；可對衛星云圖產品進行放大、增強、動畫、云頂溫度等值線等操作并可將數據提供給數據庫，結合其它氣象資料綜合進行氣象趨勢預報等。通過設備接收云圖后系統分析軟件可以自動分析處理接收信息，預測云層厚度、云團降水量和短期天氣情況，對電站的水庫調度特別是汛期防汛抗洪工作非常有利。

3.4 日常水文計算系統

該子系統是整個水調自動化系統的核心數據處理系統，除氣象、衛星單邊信息的獨立運行，與電站相關的所有水文信息均通過該系統處理和管理，是系統的統一“管家”。該系統采用flex技術作為web前段開發工具，后臺軟件邏輯采用.net3.5framework開發，數據庫使用Microsoft公司的SQLserver2005。各個功能模塊協調工作，很好地實現了水調自動化系統自動采集數據、自動計算、人工干預等功能。

3.4.1 系統結構

日常計算系統由8部分組成，主要包括遙測數據采集、數據預處理、短信自動發送、后臺報表自動計算、電字自動采集、web數據平臺展示、脫機計算、大屏幕顯示等功能，各個功能模塊訪問同一個水調數據庫?？蚣苋鐖D5所示：

圖5 日常水文計算系統組成

3.4.2 各模塊功能

（1）遙測數據自動采集。將水情自動測報系統采集的數據應用于每日水文計算。遙測數據接收模塊主要通過串口采集自動測報系統遙測站發來的信息，將各個遙測站采集到的水位、雨量實時信息寫入數據庫。采集數據能夠實時顯示在系統中，使用者可以判斷各個遙測站采集到的數據是否正確。

（2）數據預處理。數據預處理模塊的功能主要是將遙測站采集到的數據進行整理，把實時水位通過算法整理成小時水位，存入小時數據庫。把小時雨量整理為1 h雨量、3 h雨量、6 h雨量。

（3）短信發送模塊。短信自動發送模塊可以靈活設置短信發送目的號碼、發送內容、發送時間，通過以上3種屬性的組合，最終實現短信定時、定內容、定人發送模式。同時短信發送模塊還兼有報警功能，當水位或者雨量超過設定的值，短信發送模塊自動將信息發送給知道手機號碼。

（4）后臺報表自動計算。該模塊可以讓用戶設定各個報表的計算時間，達到報表自動計算的目的。同時，在報表計算結束后，自動將計算結構傳輸到東電數據庫。以及定時生成水情電報。通過報表自動計算，可以減少值班人員的勞動強度，減輕工作量。

（5）電字自動采集。電字自動采集，可以設定時間，自動采集長MIS系統的電字。如果因為網絡等其他問題導致自動采集電字失敗，則可以采用手動采集電字功能，采集某一時間段的電字。

（6）Web數據平臺。Web數據平臺是該系統中最重要的組成部分，采用flex作為前端編程工具。Flex技術是富客戶端技術，它能夠創建個性化的豐富多媒體應用程序，極大提高用戶體驗，徹底革新人于Web的交換關系。Flex技術使B/S結構表現層的開發層次分明，結構完整協調，在提供強大的華麗表現的同時，大大節約維護成本。

Web數據平臺主要功能包括實時數據顯示修改、時段數據顯示修改、各類報表的顯示以及重新計算、東電數據的修改以及上傳、水情電報的顯示等功能。Web數據平臺的開發，使得使用者無論在何地，只要有網絡與數據庫服務器相連，都可以隨時訪問到水情數據，并且可以對水情數據進行編輯，大大簡化了人員維護成本。計算系統Web圖示如圖6。

（7）脫機計算。脫機計算功能主要應用于在網絡不通的情況下，不能通過自動計算或者訪問Web數據平臺進行報表計算時使用。使用者通過兩個電站的上下游水位等數據，自動將流量等數據計算出來。

圖6 計算視圖Web圖

（8）大屏幕數據顯示。該模塊主要是將實時的水位雨量等值顯示在大屏幕上，在汛期時通過該程序可以將水位雨量值實時顯示，為防洪等工作提供決策支持。

3.5 電量、水情數據傳輸系統

太平灣水電站電量、水情數據傳輸系統服從國家電網東北分部水電廠水情信息統一管理要求和調度，通過系統軟件從相應數據庫讀出電量、水情信息，并完成統計、計算、生成報表；經過容量為2M的專用通信通道自動上傳到東北分部調度中心，滿足水電站水情信息傳輸的及時性和準確性要求，避免人工錄入時發生的誤報漏報，提高工作效率，為電網系統水電站同業對標統一管理和汛期上級防汛決策信息的實施部署提供數據支持和技術保障。

3.6 防汛報警子系統

太平灣水電站防汛報警子系統通過獨立運行的系統功能實現異常信息值班室有聲報警和短信通知報警，增強各測報系統的信息甄別率和系統安全度。通過此系統設定水位、水量、降雨量等水情、氣象信息的報警值，當出現報警值或水情自動測報系統異常時系統自動發出報警，控制報警燈以及報警音響開啟，同時向系統設定的檔案中人員手機發送報警短信息。

該系統雖然是服務系統，但通過讀取其他系統數據信息有形鏈接了各子系統，提高水調自動化系統的完整統一性。

4 結語

太平灣水電站水庫調度自動化系統由多元化、多要素子系統統一整合，系統逐一建設開發水調專業相關水文要素信息的自動化采集、傳輸系統，擴展業務范疇衍生出配套的計算和信息處理系統，以更全面的輔佐現場生產人員完成各項工作，不斷推進電站水庫調度工作的自動化發展進程，符合工作實際需求和水電站自動化、智能化發展趨勢，為防洪安全和電站經濟運行提供水調專業最精準有效的數據支持和技術保障。

（責任編輯：劉征湛）

Reservoir regulating automation system of Taiping Wan Hydropower station

WEI Ying,ZHU Lin
（Taiping Gulf Hydropower Plant of Northeast Branch of State Grid,Dandong 118000,China）

An introduction was made on the general information and the water scheduling system of Taiping Wan Hydropower station.The author presented the composition of system,the structures and functions of various subsys?tems,including the automatic hydrological information acquisition system,meteorological information acquisition and processing system,satellite images acquisition and processing subsystem,daily hydrologic computing system,power and regime data transmission system,flood control alarm subsystem.

Reservoir regulating automation system;telemetry station;Taiping Wan Hydropower station

TV697.1

B

1003-1510（2016）02-0079-05

2016-00-00

魏 櫻（1979-），女，青海西寧人，國家電網東北分部太平灣電廠工程師，學士，主要從事水電站運行、管理。