水調自動化系統在梯級電站流域調度中的應用

唐曉劍

（湖南省永州盛湘電力開發有限公司瀟湘水電站，湖南 永州 425000）

水調自動化系統在梯級電站流域調度中的應用

唐曉劍

（湖南省永州盛湘電力開發有限公司瀟湘水電站，湖南 永州 425000）

以瀟湘水電站為例，詳盡介紹了水調自動化系統的基本構造和工作原理，分析了水調自動化系統在梯級電站流域調度應用中的重要作用和意義，為類似應用提供有益借鑒。

水調系統；基本構造；工作原理；調度應用

1 引言

瀟湘水電站位于湖南境內瀟水和湘江兩河交匯處，為湘江干流流域規劃中的第二個梯級水電站，地處永州市城市中心。設計安裝4臺13 MW燈泡貫流式機組，首臺機組于2002年5月并網發電。

瀟湘水電站投運的前些年，水庫調度主要是根據水庫和機組的有關特性及設計參數，憑借積累的運行經驗開展，對上游水情的了解也是通過與上游電站有限的短信、電話聯系實現，準確性、及時性、完整性都相對較差，不利于充分利用水源發電和防汛抗洪，也不利于整個流域的統一調度。隨著湘江流域各梯級水電站的建成和電力行業技術信息化、自動化和大數據時代的不斷推進，僅憑經驗和電話、短信開展水庫調度的方式已越來越不適應時代的要求。2014年11月，按照電網調度機構的要求，瀟湘水電站配置投運了水調自動化系統，提高了水庫調度的科學化和自動化水平。通過幾年的運行證明，該系統對梯級電站流域水庫調度具有重要意義，在水電站防汛抗洪和提高發電效益方面取得了很好的效用。

2 水調自動化系統的基本構造和工作原理

瀟湘水電站水調自動化系統采用南京南瑞集團水利水電技術分公司產品，與湖南省電力公司永州地調水調系統中心站進行網絡連接，電站設分中心站和工作站，分中心站設置在專門的機房，工作站設置在電站的運行中控室。

2.1 系統總體結構

（1）系統網絡結構見圖1。

圖1 系統網絡結構圖

（2）系統軟件結構圖見圖2。

圖2 系統軟件結構圖

（3）數據流程圖見圖3。

圖3 數據流程圖

2.2 系統介紹

瀟湘水電站的水調自動化系統主要由水情遙測采集系統和水調平臺系統組成:

（1）水情遙測采集系統主要負責實時采集各類水位、流量數據和機組、閘門運行數據，包括4部分：①通過遙測裝置采集上游瀟水支流雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位流量信息（遙測通信采用移動短信方式）；②由永州地調水調系統中心站從地調EMS系統中采集并轉發水電站的機組出力數據；③通過水電站的水位測量裝置采集電站的上、下游水位；④通過與大壩閘門監控系統的聯網，自動采集閘門開度數據（也可手工錄入）。

（2）水調平臺系統主要由計算機網絡系統、基本應用軟件平臺和高級應用軟件等3個部分組成。瀟湘水電站的水調自動化系統采用南瑞開發的WDS9002應用軟件平臺，由網絡數據服務、數據采集、數據處理、水務計算、數據庫管理、通信傳輸、人機界面、系統維護、人機界面編輯、web瀏覽系統、越限報警等十多個子系統組成，配置有遙測數據采集、數據處理、數據通信、水務計算、數據庫管理等多個程序模塊。

2.3 主要工作原理

（1）水調自動化裝置通過水情遙測采集系統按設定的時間間隔采集到上游瀟水雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位、瀟湘水電站的壩上、壩下水位、閘門開度和機組出力等原始數據。

（2）把采集到的原始數據根據不同的應用需求進行合理性校驗，并進行分類、分層處理，包括實時數據處理和歷史數據處理，實時數據處理軟件實現將實時數據整理成時段、小時、日、旬、月數據，并支持手工重算功能。其中歷史數據將數據統一整編為整點值、平均值、最大值、最大值時間、最小值、最小值時間，為系統提取數據提供了快速可靠的基礎。

（3）通過水務計算程序自動計算出各類流量數據和機組運行數據。水務計算是將數據處理形成的時段水情數據和機組、閘門數據按照編輯好的算法，以水量平衡原理進行連續穩定計算，有自動計算和手動計算兩種操作方式。這里必需事先將上游瀟水雙牌電站尾水和湘江東安綠埠頭的水位流量曲線、瀟湘水電站水位庫容曲線、閘門開度泄流量曲線、水頭出力流量曲線等特征圖表編入水調系統數據庫。其中瀟湘水電站的壩前入庫流量是根據出庫流量和上游水位變化值反算得出，即Q入=Q出+△Q=Q發+ Q泄+△Q（△Q是根據水位庫容變化的速度算出的流量差值）。

（4）將經數據處理和水務計算出的各類數據進行數據庫管理，實現數據在線修改、數據統計、數據查詢等功能。

（5）通過與永州地調水調系統中心站的網絡連接（通過光纖通道連接，采用通信中間件ComIcServer和ComApp進行通信），向永州地調中心站上傳數據，地調中心站通過電力調度數據網與省調中心站進行數據通信。數據通信系統分為通信客戶端和通信服務端，其中通信客戶端在水電站分中心通信服務器上運行，通信服務端在地調中心通信服務器上運行。

（6）通過人機界面子系統以圖形、報表等方式展示電站水情、水務計算以及發電信息等，還可對水位、流量、閘門開度、機組出力、電量等實時和歷史數據進行查詢。

（7）通過系統維護子系統可以實現對實時、歷史錯誤數據的修改，對缺項數據的補數，還可對水庫、機組的靜態特性曲線進行設置和編制。

3 水調自動化系統在梯級電站流域調度應用中的重要意義和產生的效益

瀟湘水電站水調自動化系統自2014年11月正式投運以來，產生了可觀的效益，對整個湘江流域調度具有重要意義。

3.1 對水電站水庫調度的重要作用和產生的效益

（1）提高了對上游水情了解的及時性、準確性和完整性

瀟湘水電站處在瀟水與湘江兩河交匯后的干流上，水源來自兩條河流。電站水調自動化系統分別在上游瀟水75km處的雙牌電站尾水和上游湘江68km處的東安綠埠頭設置了流量遙測站，每小時傳送一次流量數據，流量從這兩個遙測站所處河段到達瀟湘水電站一般都需要8 h。這樣通過水調自動化系統的遙測采集，可提前8 h掌握上游來水情況及其動態變化趨勢。

（2）提高了電站的發電效益

通過水調自動化系統，電站可以及時準確掌握上游水情信息，優化水庫調度，充分利用電站有效庫容，在汛期盡量減少棄水，提高水能利用率，在來水偏少的枯水期，盡可能保持高水頭運行，減少發電耗水率，從而獲得最大的經濟效益。

1）汛期減少棄水損失增加的發電效益

①汛期漲洪水時（流量超過電站全部機組發電流量且繼續增加），通過水調系統的水情遙測掌握上游來水情況后，可提前8 h增開機組騰庫，取得較好的騰庫效益。每次漲洪水可提前增開機組騰庫降低庫水位0.3～0.7 m，取平均降低水位0.5 m計算，根據瀟湘水電站的水位庫容曲線，提前騰庫容量為630萬m3，按歷年汛期平均發電耗水率65 m3/kW·h,計算，騰庫增發電量為630/65=9.69萬kW·h，經統計，2015年和2016年瀟湘水電站汛期騰庫增發電量見表1。

表1 2015、2016年汛期騰庫增發電量

②針對瀟湘水電站水庫和機組特性，當洪水流量超過4 500 m3/s時，因開閘泄洪會造成停機，洪峰過后退水時，又可通過水調自動化系統及時了解來水減小趨勢，及時蓄水開機發電，取得較好的攔尾峰效益。因水頭低，按瀟湘水電站每臺機組退水時段只帶0.4萬kW的出力，4臺機組共1.6萬kW，若提前8 h蓄水發電，每次大洪水退水時攔尾峰增發電量為1.6×8＝12.8萬kW·h。經統計，2015年和2016年汛期攔尾峰增發電量見表2。

表2 2015、2016年汛期攔尾峰增發電量

2）枯水期，通過降低發電耗水率增加的發電效益

枯水期，來水較小，通過水調系統可以實時掌握上游水情，合理安排機組運行方式，保持高水位運行，降低發電平均耗水率，增加發電量。經統計，投入水調自動化系統后，瀟湘水電站2015年和2016年枯水期通過抬高水頭，降低發電平均耗水率，節水增發電量見表3。

表3 2015、2016年枯水期增發電量

（3）保證了水電站的防洪安全

水電站投入水調自動化系統后，通過水情遙測采集系統可及時掌握上游洪水流量信息，提前泄洪騰庫，降低庫水位，有效保證防洪安全。如瀟湘水電站2015年11月13日遇到了自1961年以來的最大冬汛，洪峰流量12 000 m3/s，電站通過水調系統掌握上游來水信息后，提前騰庫降低了1 m多水位，從而確保了洪峰到達時上游水位控制在安全范圍，洪水安全渡過電站大壩。2016年汛期瀟湘水電站出現了20次3 000 m3/s以上，13次4 000 m3/s以上和2次6 500 m3/s的洪水，均通過水調系統平臺及時掌握水情，提前騰庫，確保了防汛安全。

（4）有利于水電站的生產精益化管理

①通過充分利用水調自動化系統的水文預報軟件，結合天氣預報進行電站來水預報，及時準確了解上游水情，并根據上游電站的下泄流量對水量進行分析，準確預報和及時修改發電計劃，提高了電站的日計劃執行率。

②水調自動化系統具有實時運行過程線、發電出力與計劃分析對比、入庫流量年比較、總電量年比較等圖形、曲線展示功能，為定期開展發電運行分析和研討工作提供了非常全面的技術支持。

③水調自動化系統具有水位、流量、出力等實時和歷史數據查詢功能，而且還能自動生成各類生產日報表、月報表、旬報表和年報表，有利于水文和發電生產統計工作

3.2 對整個流域調度的重要意義和產生的效用

瀟湘水電站為湘江干流流域規化中的第二個梯級水電站，在永州范圍內，上游瀟水依次建有涔天河、雙牌、五里牌、南津渡等水電站，上游湘江依次建有湘江和太洲水電站，下游依次建有祁陽、相祁等水電站，這些水電站現基本都投入了水調自動化系統，均與永州地調水調系統中心站進行了網絡連接，這樣通過水調自動化系統這個平臺，提高了電網調度機構和政府防汛部門對整個流域電站統一調度的效率，取得了很好的效果。

（1）便于電網調度機構對同流域各梯級電站的發電統一調度

通過與整個流域各梯級電站水調自動化系統的聯網，電網調度機構可以及時掌握流域各電站的水情、發電信息，從而制定科學的調度方案，合理安排各電站的發電計劃，汛期還實現有效錯峰，減少同一流域各電站的棄水損失。這樣既提高了整個流域各級電站的發電效益，又通過水調自動化系統，讓電網調度機構對小水電管理實現了可知、可控，改變小水電無序發電帶來的不利影響，提高了電網安全運行水平。

（2）便于政府防汛部門對同流域各梯級電站的防汛聯合調度

湘江流域各梯級電站已基本建成，每級電站都存在下游電站對上游電站尾水頂托的現象，在汛期漲洪水時，如果下游電站還保持較高水位發電,勢必影響上游電站的泄洪，所以必須要聯合調度，統一開閘泄洪，才能保證整個流域的防汛安全。通過水調自動化系統,政府防汛部門可及時掌握流域各級電站的庫水位、流量情況，實現對各級電站的統一指揮，聯合調度。如2015年永州市防汛抗旱指揮部就出臺了一個流域聯合調度方案，針對不同的洪水流量對各級電站的水位控制、提前開閘泄洪的時間等制定了明確規定，從而確保湘江流域2015年11月遇到的特大冬汛洪峰安全通過永州區域各梯級電站，保證了上、下游人民的生命財產安全。

（3）有利于同流域各梯級電站的水文信息共享

通過同流域各梯級水電站水調自動化系統的聯網，可實現流域水情、發電信息共享，使各梯級電站及時掌握上、下游電站的機組運行方式和開閘泄洪情況以及水位、流量信息，從而及時調整本站的機組運行方式，調節好閘門，控制好水位，實現全流域各梯級電站的協同調度，互利共贏。

4 結語和建議

（1）水調自動化系統是一項涉及水文、通信、計算機及網絡技術的系統工程，是水電站和電網水庫調度自動化的重要組成部分，主要進行與水庫運行有關的監視、預報、調度和管理。瀟湘水電站水調自動化系統投入運行兩年多的實踐證明，該系統在保證水電站的防洪安全和提高發電效益，保證電網安全經濟運行等方面發揮了重要作用，為充分利用清潔可再生能源，為國家節能減排、綠色發展做出了貢獻。

（2）隨著水調自動化系統在水電站的逐步推廣應用，今后水調自動化系統將成為電網調度機構和政府氣象、水文及防汛部門與水電站進行信息溝通的重要平臺，是實行梯級電站流域防汛抗洪和發電生產聯合調度的重要渠道，并將逐步推廣短、中、長期水文預報和發電計劃預報等高級應用。

[1]丁 杰，李曉斌，湯煜明，等.電網地調水調自動化系統[J].電力系統自動化,1999（17）.

[2]黃小鋒，紀昌明，黃海濤，等.新形勢下水庫調度自動化系統建設[J].湖南電力,2010（01）.

[3]張金華，胡斌奇，吳明芽，等.湖南地區電網水調自動化系統建設及應用[J].電力系統自動化,2011（S1）.

[4]裴哲義.水電廠水情自動測報系統和電網水調自動化系統發展回顧與展望[J].水電自動化與大壩監測，2005(03).

TV736

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1672-5387（2017）08-0037-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.012

2017-03-16

唐曉劍（1973-），男，工程師，從事水電站運行生產、水庫發電調度等管理工作。