智能化水電站設計關鍵技術研究

李彥

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

智能化水電站設計關鍵技術研究

李彥

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

隨著近幾年智能變電站的推廣和普及，智能化水電站的建設也在逐步發展。文章對智能化水電站建設中的關鍵技術進行分析和討論，包括智能化水電站的縱向架構和具體實施中亟待解決的問題。

智能化水電站 智能電網 網絡化

自2009年構建以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強智能電網的目標提出，作為智能電網的節點，智能化變電站的建設便慢慢提上進程。經歷了1年的研究試點階段，5年的全面建設階段。智能化新技術在智能變電站的運用中得到了更優的改進和提升。借鑒智能化變電站積累的寶貴經驗，隨著水輪發電機調速器、勵磁等水電站輔助設備數據的網絡傳輸標準化，智能化新技術的優化推動，智能化水電站的建設也在逐步開展中。

1 智能化電站的總體方案

傳統常規水電站系統的縱向架構一般分為完成全站集中監控任務的電站級控制層和完成機組、開關站和公用設備等監控任務的現地控制單元層兩層。現地控制層負責通過二次電纜收集各自范圍內設備的數據信號和狀態信號，利用光纜傳輸至電站級控制層。電站級控制層收集和分析各現地控制層上送的信號，實時監測和傳遞下達各種命令。電站系統的橫向架構則將電站的生產管理分為了面向運行人員的控制生產大區（安全I區和安全II區）和面向管理人員的管理信息大區（安全III/IV區）。

智能化水電站系統的縱向架構則是基于水電公共信息模型，網絡化傳輸方式，分區構建了一個具有全局模型訪問功能的智能一體化平臺。將傳統常規水電站系統橫向架構的每個區域均設置一個智能一體化平臺，同時將各部分網絡有機結合起來，構成了全站統一的一個智能一體化平臺。智能一體化平臺的數據信息由電站間隔層通過統一的數字化網絡傳輸，并遵循IEC61850標準。智能化水電站系統縱向架構由負責協調和管理各現地單元層工作、收集有關信息并作處理和存儲的站控層，負責數據采集、安全運行監測和傳輸信息的間隔層以及負責接受一次設備傳輸信息量（包括電氣量、非電氣量和開關量）并同步處理的過程層三層構成。過程層數據需符合標準協議，并通過通信總線傳送到間隔層及站控層。

由智能化水電站縱向架構可看出，區別于傳統常規水電站，智能化水電站將電站各個分散獨立運行的廠家信息收集標準化，通信規約統一化，全站信息共享化了，各類廠家的系統不再存在以往傳統模式的孤島化運行，同時通過網絡可以直接采集到所需的多樣化數據，大大提高了電站運行的可靠性和高效性。

2 智能化電站的實施方案

從電站智能化總體方案可看出，智能化水電站完全區別于傳統常規水電站。具體實施起來亟待解決的問題主要有以下幾個方面：

首先，過程層設備數據的收集問題，傳統的水電站通常利用二次電纜直接現地采集和傳輸從電磁互感器變換后的電氣量。而智能化水電站卻無法直接在現地一次設備上采集數字信號并傳輸，目前常規的解決方案是在設備現地加裝一個信號處理裝置，一方面能接受一次設備傳送過來的電氣量，同時又能將之處理成數字信號后，再按特定格式轉送入電站間隔層網絡。

區別于智能變電站，智能化水電站過程層中最重要的設備是勵磁設備和調速器設備。目前大部分已投產和正在運行的勵磁設備、調速器設備均未考慮過電站智能化的特殊要求，即在配置網絡接口和同步對時接口等方面未作長遠考慮。基于此種原因，我們通常對于無法直接接入電站智能一體化平臺的這部分未完全改造設備，設備數據在經過現場統一傳輸后，暫按IEC61970規約標準，但最終仍以遵循IEC61850協議傳輸的方式，送至電站智能一體化平臺數據中心，由智能一體化平臺數據中心統一對外發布各種共享數據和進行綜合決策分析。據筆者了解到的某些勵磁廠家，最新設備的升級已經由以前需要單獨增配智能電子裝置來協調信息量數據的網絡傳輸方式，轉變到了直接將此功能集成于設備芯片之內，設備數據輸出同常規方式一樣，可以直接將轉換后的數據傳輸到電站智能一體化平臺上的方式。

其次的問題在于常規水電站現地控制單元對于數據的采集是電纜傳輸，直接收集。點對點帶來的好處在于每個設備的信號輸出端子都直接接至現地控制單元信息點表模塊上，這對于電站運行人員來說，直觀明了，便于運行操作和設備維修維護。而智能化水電站的全站數據拋棄了常規電站數據傳輸的模式，大部分采用網絡化傳輸，雖然節省了大量二次電纜，但同時也帶來了新的問題。大量數據匯合到智能一體化平臺，均無相對應的硬件地址和定義，如何處理全站如此龐大的數據信息，監控系統廠家提出了虛端子的概念。對應于常規的實端子，將智能化水電站所有網絡采集到的遙測、遙信、遙調數據及一部分遙控數據，裝置內部軟信號數據等分別配置相對應的虛端子地址。由監控廠家編制統一的信息點表，將過程層設備名稱，裝置背板開入，工程信號描述，過程層設備虛端子描述，數據流向示意，間隔層裝置虛端子描述，間隔層設備名稱等信息均在后臺系統中依次對應建立起來，便于后臺的匯總整理和操作。然而筆者個人認為全站實時產生的數據不僅規模上龐大，同時網絡化傳輸帶來的數據的穩定性、隨機性、可靠性等問題仍值得進一步探討，怎么樣能夠獲得精確和精準的數據信息，仍將成為今后智能化水電站亟待解決的又一新問題。

區別于傳統水電站的設計思路，智能化水電站采用新型物聯網技術，將多個系統統一和聯合起來，用以實現全站工業電視、消防、防誤、巡檢等系統的聯動。工業電視系統、消防系統、防誤系統、巡檢系統分別將各自信息送到電站管理信息大區中安全Ⅲ區的智能一體化平臺上，并同時接受智能一體化平臺的聯動信息。電站發生事故時，工業電視系統自動切換至所需的畫面，門禁系統聯動關閉相應防火門并開放逃生通道，同時聯動消防系統開啟雨淋閥及相應設施并發出報警。每個系統都需要提供準確的基本數據，并隨時接受智能一體化平臺下達的聯動命令。這不僅大大提高了電站運行的可靠性和工作效率，同時對聯動系統中每個廠家的設備數據接口穩定性、命令執行響應的快速性要求更加嚴苛。

電站智能化建設帶來了不同于傳統電站的多方面的改進和創新，具體實施起來仍有很多細節問題需要解決。除了上面提出的幾點，還包括智能化水電站的一體化管控支撐技術、全站安全預警技術、狀態監測及狀態檢修智能決策評估技術、電站運行、站網協調控制仿真技術等等。

3 結 語

隨著信息技術不斷的進步，水電站智能化將逐漸成為繼變電站智能化后又一發展趨勢。擁有一次設備智能化、二次設備網絡化、信息管理標準化、運行效率最優化等優點的智能化電站的推廣建設將促成水電站設計、建設的全面升級。不僅提升了電站整體的運行效益和社會效益，也為進一步發展建設智能電網，打下了強有力的支撐基礎。

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2017-01-07）

李彥（1983-），女，湖南長沙人，在職研究生，工程師，目前從事電氣二次設計工作。