水情氣象預(yù)測系統(tǒng)在水電企業(yè)的應(yīng)用

付士俊

摘 要：水電站水庫流量是影響電站發(fā)電量的重要因素，而水庫水情受地區(qū)氣象條件的變化而不斷的變動，因此對地區(qū)水情氣象變化進(jìn)行預(yù)測，分析電站的水情變化，可以有效的預(yù)測水庫電站發(fā)電能力的變化趨勢，從而對電站負(fù)荷進(jìn)行合理分配調(diào)度，提高電站運行的經(jīng)濟(jì)性。近年來水情氣象預(yù)測系統(tǒng)在水電企業(yè)中得到應(yīng)用，并取得了比較好的效果，本文主要對水情預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)和功能應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：水電企業(yè)；水情預(yù)測系統(tǒng)；調(diào)度

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）13-0025-02

1 概述

水情數(shù)據(jù)是水電企業(yè)進(jìn)行水庫調(diào)度優(yōu)化的技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)參考，其主要包括電站上下游水位、水庫的出入庫流量、溢流閘門的運行情況、河流流域的降水情況。流量的事實預(yù)報等數(shù)據(jù)。長期依賴由于水情預(yù)測不準(zhǔn)確，對電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運行造成了極大的阻礙，造成電站本營提前泄洪提高發(fā)電量的計劃不能實施，浪費了大量的電能。[1]此外電網(wǎng)受汛期影響，其受阻入量的判斷變得困難，電網(wǎng)的事故備用計劃被打亂，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)和可靠運行受到威脅。

2 水情氣象預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 水情氣象預(yù)測系統(tǒng)的配置

電站水情氣象預(yù)測系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)收集、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及通信服務(wù)器組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)中心站點硬件配置

（1）主服務(wù)器。主服務(wù)器有兩臺，采用冗余熱備用，兩臺服務(wù)器可以進(jìn)行平穩(wěn)切換，切換過程中不會對系統(tǒng)的運行造成不利影響。同時UPS不間斷電源使系統(tǒng)電源的可靠性大大提高。（2）通信服務(wù)器。通信服務(wù)器數(shù)量是兩臺，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，確保整個系統(tǒng)各自功能系統(tǒng)硬件的通信連接和數(shù)據(jù)傳輸，其穩(wěn)定性必須高，為提高系統(tǒng)的可靠性，在下級水調(diào)系統(tǒng)同樣配有服務(wù)器。（3）WEB服務(wù)器。其主要功能是發(fā)布水貂自動化系統(tǒng)信息，提供水情查詢服務(wù)。（4）水情監(jiān)測調(diào)度站。主要功能是監(jiān)視水情，對水庫進(jìn)行調(diào)度管理和維護(hù)。（5）網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。主要設(shè)備為交換機(jī)、路由器等，負(fù)責(zé)和調(diào)度中心進(jìn)行通信。

2.3 水情氣象預(yù)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

（1）采集水庫上下游水位、機(jī)組出力情況和閘門開度，并將這些數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控系統(tǒng)。（2）采集區(qū)域降水?dāng)?shù)據(jù)。電站在區(qū)域內(nèi)可以設(shè)置多個雨量站，采集地區(qū)降水量信息，通過實際檢測數(shù)據(jù)對區(qū)域全年的降水情況進(jìn)行預(yù)測。遠(yuǎn)程雨量站在鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)置，電源采用太陽能供電，配置無線采集監(jiān)測設(shè)備。[2]（3）水庫運行信息采集。對電站主要的水庫運行信息進(jìn)行采集，可以和水庫的監(jiān)測系統(tǒng)用通訊相連，從而節(jié)省了單獨的監(jiān)測裝置的投資。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊

由于水庫監(jiān)測裝置布置在野外，可以利用GSM信道域電站主控室服務(wù)器進(jìn)行通訊，電站服務(wù)器可利用光纖和上級通訊網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。系統(tǒng)通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 水情氣象預(yù)測系統(tǒng)的功能應(yīng)用

3.1 水情氣象預(yù)測系統(tǒng)的功能

中心計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式多級系統(tǒng)支持客戶機(jī)系統(tǒng)支持客戶機(jī)/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主網(wǎng)采用快速以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。操作系統(tǒng)采用weindows操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQL server2005，整個系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，從而滿足各級管理人員的遠(yuǎn)程查詢和調(diào)度管理。[3]

3.1.1 水情預(yù)測系統(tǒng)的應(yīng)用功能

（1）數(shù)據(jù)的采集、傳遞和管理。系統(tǒng)對電站、水庫和各級監(jiān)測點的信息進(jìn)行采集，并將人工采集的數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)實現(xiàn)儲存、管理和傳輸。（2）數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢和輸出。支持本地和遠(yuǎn)程的產(chǎn)尋功能，可以自定義生成和輸出各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，并可對水情數(shù)據(jù)通過圖標(biāo)和曲線的形式顯示和輸出。

3.1.2 水文預(yù)測和水庫調(diào)度控制

其中主要包括，對水文進(jìn)行定期預(yù)報，按照設(shè)定隨時水隨機(jī)預(yù)報；通過人為設(shè)定雨量和流量進(jìn)行模擬預(yù)報，以及調(diào)洪演算。根據(jù)水文條件分析計算水庫的調(diào)度方案，進(jìn)行水庫的平衡運算，管理水庫的調(diào)度計劃。打印各種報表和圖形，進(jìn)行資料的整理。

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)通訊功能

網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)應(yīng)可以支持文件的順暢查詢和傳輸，并支持遠(yuǎn)程診斷和打印共享。提供系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)接口，并向電站MIS提供動態(tài)水情信息。下級水情預(yù)報系統(tǒng)將有關(guān)數(shù)據(jù)實時傳輸電站預(yù)測系統(tǒng)，同時電站水情預(yù)測系統(tǒng)和電網(wǎng)水調(diào)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息的實施交換。

3.1.4 值班管理系統(tǒng)的功能

值班管理系統(tǒng)是電站水務(wù)人員日常運維管理的軟件工具，其主要負(fù)責(zé)配置系統(tǒng)參數(shù)和靜態(tài)曲線能對水調(diào)的主要運行參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)視，對發(fā)電機(jī)組和閘門的運行情況進(jìn)行實時監(jiān)視。管理水情數(shù)據(jù)，插補歷史數(shù)據(jù)。管理負(fù)荷曲線，對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和比較，對人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行手動錄入。

3.1.5 短信通知功能

系統(tǒng)將水情信息自動或手動發(fā)送到特定的用戶手機(jī)。

3.1.6 系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展開發(fā)

系統(tǒng)為用戶提供圖形和報表編輯功能，并開放軟件功能開發(fā)功能，方便客戶自行添加功能應(yīng)用。

3.2 水情預(yù)測系統(tǒng)的運行分析

對某電站的水情預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計分析，有如下結(jié)果。

統(tǒng)計系統(tǒng)運行指標(biāo)：

系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊設(shè)備運行情況的評價可以用暢通率和可用度兩個指標(biāo)進(jìn)行。

（1）統(tǒng)計系統(tǒng)暢通率的方法。暢通率是對水情自動監(jiān)測系統(tǒng)運行情況進(jìn)行考核評判的重要指標(biāo)，直接反映了電站的運行情況。根據(jù)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，暢通率達(dá)到95%為合格。通過比較系統(tǒng)站點的信號暢通時間和考核時間的方式，通過比較并統(tǒng)計系統(tǒng)所有的站點信號暢通時間和考核時間。（2）統(tǒng)計系統(tǒng)可用度的方法?？捎枚仁欠从诚到y(tǒng)可靠性和使用率的重要指標(biāo)，可用度達(dá)到85%為合格?？梢圆捎孟到y(tǒng)的評價無故障時間和平均考核時間的比值進(jìn)行評估計算。

3.3 系統(tǒng)運行情況評價

3.3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測站點運行情況評價

通過對在運行期間，各余量監(jiān)測站均正常運行，暢通率和可用度均達(dá)標(biāo)，僅一個水位測量站發(fā)生雷擊故障一次。

3.3.2 中心控制站運行情況分析

在運行初期，電站水情預(yù)測系統(tǒng)出現(xiàn)過一些問題，由于網(wǎng)絡(luò)改造，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)通信中斷，造成上下游水位信息和機(jī)組負(fù)荷信息通信中斷。此外，還出現(xiàn)過因GSM卡欠費導(dǎo)致監(jiān)測裝置信號中斷一次。這些問題對系統(tǒng)暢通率造成一定的影響。但是從整體運行情況來看，系統(tǒng)均達(dá)到考核標(biāo)準(zhǔn)，滿足系統(tǒng)運行要求。

3.4 系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善

在運行期間根據(jù)實際運行需要，對系統(tǒng)功能進(jìn)行了必要的補充。

（1）為自動計算洪水預(yù)報精度，增加了人工預(yù)報報表程序。（2）為自動統(tǒng)計誰能利用提高率，增加了誰能利用提高率自動計算程序。（3）為實現(xiàn)系統(tǒng)暢通率和可用度的計算，編制了相應(yīng)的功能程序，為實現(xiàn)測站運行情況的監(jiān)視，增加了相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和狀態(tài)圖表。（4）通過程序的修改實現(xiàn)了系統(tǒng)的日復(fù)核簡化管理和洪水調(diào)度分辨率的自動調(diào)整。（5）通過對時段處理軟件配置軟件和水量組的修改，實現(xiàn)了年水量圖對月、旬水量數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計的政策調(diào)用。（6）由于閘門數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確，加上閘門維護(hù)時錯誤的開度數(shù)據(jù)會導(dǎo)致錯誤的水務(wù)計算結(jié)果。通過對程序進(jìn)行修改，使得系統(tǒng)在正常情況下不進(jìn)行寫庫操作，在進(jìn)行閘門維修時，可以臨時允許數(shù)據(jù)的臨時錄入，從而問題得以解決。（7）在流量監(jiān)視曲線圖中有時會出現(xiàn)負(fù)流量顯示，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后問題得到解決。（8）在水情監(jiān)視途中增加了出庫流量曲線。

3.5 系統(tǒng)存在的問題和解決方案

（1）系統(tǒng)運行過程中，偶爾會出現(xiàn)短信通知不能正常發(fā)送的情況，需要設(shè)備廠家的售后部門查出問題原因，并進(jìn)行解決；（2）系統(tǒng)缺少壩上和壩下的備用水位站，由于庫水位和尾水位都從監(jiān)控系統(tǒng)中獲得，機(jī)組負(fù)荷的變化和開停機(jī)都會對庫水位造成影響，造成水位波動比較大。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題時，壩上和壩下水位則不能正常讀取，造成系統(tǒng)的運算結(jié)果不正確。應(yīng)在壩前和壩后增加水位站，作為系統(tǒng)水位站的備用。（3）系統(tǒng)的短期洪水預(yù)報精度比較低，需要進(jìn)一步的完善。（4）系統(tǒng)只在水調(diào)和中心值班室建立了完整的水情系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過瀏覽器只能對系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行瀏覽，難以滿足系統(tǒng)無人值守的需要。因此，可以將水情檢測系統(tǒng)移植到公司總部，這樣公司總部就可以實現(xiàn)水情信息的監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。

4 結(jié)語

電站水情氣象預(yù)測系統(tǒng)的實踐應(yīng)用標(biāo)明，系統(tǒng)的各項功能正常，系統(tǒng)功能較為完善和使用。水情氣象預(yù)測系統(tǒng)的投入運行，為水電站的防汛工作和調(diào)度優(yōu)化工作提供了數(shù)據(jù)支持，水電站的水情預(yù)測能力增強，發(fā)電調(diào)度水平明顯提高，電站的經(jīng)濟(jì)運行效益明顯提高。

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