新一代清江智能對象化水電調平臺構想

黃 帆

（湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌443000）

1 概述

清江梯級智能對象化水電調平臺是將現有的對梯級電廠設備控制、監視、調節的電調監控系統和水庫調度作業、洪水預報與演算、水情預警、閘門操作等水調作業系統進行整合，實現在同一平臺對水、電調各種業務的統一控制、調節、作業、監視和預警，對梯級電廠的調度運行進行經濟優化的演算、評價、決策，提供最優的運行方式。為解決多業務、多控制對象的數據組織和人機交互問題，系統從底層業務數據組織到業務對象的界面組織均采用了對象化的組織方式。在具備統一平臺之后，隨著值班員的業務對象大量增加，為更好的減輕運行監視、系統維護人員的勞動強度，減少人員出錯概率，提出了系統智能化目標。清江梯級智能對象化水電調平臺采用中水科的H9000 V6.0系統，該系統是在吸收中水科已有系統經驗基礎上按清江智能對象化水電調平臺設計要求全新設計開發的系統，實現了水電調及其他業務的統一平臺，從底層數據建模到界面組織均采用面向對象技術，系統采用開放的面向服務的SOA架構。

2 多業務一體化平臺

清江梯級智能對象化水電調平臺在項目啟動之初主要目標是整合水電調業務的支撐平臺，即對清江梯調中心電力監控調度、水庫調度、洪水調度及優化決策等應用采用統一的系統平臺，由系統平臺實現統一的人機交互界面、數據管理與同步、報警、系統與應用管理,采用開放的面向服務的SOA架構，提供規范的應用開發接口。

統一的人機交互界面，平臺人機交互界面分兩部分來實現，在控制大區采用C/S方式，在管理信息大區采用B/S方式。所有應用的人機交互均在系統統一界面實現，控制大區C/S界面支持組態式接入第三方應用，第三方應用只需專注于服務功能的開發，不需要花費大量精力進行繁瑣的界面開發。

統一的數據管理與同步，平臺提供統一的實時數據庫和歷史數據庫存取接口，系統可以根據需要自動同步實時和歷史數據到其他安全分區，在網絡或歷史數據庫故障時自動緩存到本地硬盤。系統可以掛接多個數據庫系統，數據庫可以是關系庫或非關系庫系統，數據存儲安排由用戶配置管理。

統一的報警處理，平臺提供統一的數據處理和報警總線，系統完成第三方應用的報警接入和報警跨安全區傳輸。系統所有報警均可以在操作員站進行報警，由值班人員統一進行確認和處理。

系統統一事件編號和統一場景，界面顯示信息嚴格保持一致。在界面重啟或網絡中斷恢復后界面顯示的信息與正常運行的界面完全一致，其他應用和界面重啟后可及時獲得全部的最新數據。

統一的日志管理系統，系統平臺提供給系統軟件和第三方應用軟件統一的日志接入服務，實現日志的本機存儲和遠方查看。

統一應用管理，系統應用與第三方應用納入統一管理，應用的啟動、硬件資源分配、診斷均由系統統一配置和管理。

采用開放的面向服務的SOA架構，提供規范的應用開發接口框架，確保按規范開發的第三方應用可以即插即用，且可以由系統進行管理。系統提供了數據庫接口、界面、日志、對象化配置、服務管理等接口，確保應用服務只需專注于功能實現，開發完成后可以在平臺即插即用和納入系統管理，應用可以靈活的在任意安全分區部署。

智能對象化平臺與基于IEC61970標準平臺的區別；IEC61970標準調度平臺基于IEC61970標準規定的公共電力系統信息對象模型和組件接口，實現了數據庫與對象映射，提供相應的數據訪問接口（實時、歷史、事件）；由于水電廠和水庫調度相關業務復雜，沒有確定信息模型和組件接口標準，因此清江智能對象化平臺的實現不限于某種具體信息模型，而是支持任意對象化模型，對象化模型采用組態式管理。系統支持IEC61850、IEC61970等面向對象的模型，提供人機交互、數據管理與同步、報警處理、應用管理等公共功能的實現，提供第三方應用開發框架（含數據存取、服務調用、報警接口、應用管理等必須功能的實現）。

3 對象化建模

清江梯級智能對象化水電調平臺充分吸收了IEC61850、IEC61970標準的面向對象的建模思想，數據模型、人機交互模型、應用模型均采用對象化的思路構建。

對象化數據模型，實時數據庫底層支持對象數據存儲，支持動態追加對象和對象屬性，歷史數據支持可定義的多數據庫存儲，支持對象數據到歷史庫的映射。

對象化人機交互界面，界面采用了對象化的組織方式，每個對象根據需要展示對象屬性、關聯操作、對象報警提示與處理，每個對象可根據對象狀態進行多態切換，在不同的態切換不同的顯示方式和關聯操作。

對象化報警，報警采用對象化驅動及處理，即報警事件產生后驅動相應對象進行提示，處理時只顯示相應對象的報警事件。

系統應用對象化模型，所有的系統應用均建立對象化模型，含應用的實時狀態、運行管理、配置信息、功能接口信息等，應用調用客戶端可以根據應用對象信息獲取當前可用應用，按功能接口信息訪問相關功能，系統根據應用狀態實時調度應用、監視應用運行和分配資源。

系統平臺軟硬件資源對象化，系統平臺軟硬件資源均有相應對象模型，系統周期采集軟硬件資源信息，實時更新實時對象數據庫。

系統所有的配置、關系均采用對象化配置方式進行管理，可以導入和導出XML格式的對象定義文件。

4 先進的智能化平臺

智能化主要目的是用智能軟件代替人的部分勞動，減少人為出錯和減輕值班人員的勞動強度。清江梯級智能對象化水電調平臺主要包含智能報警、智能設備運行監視、系統智能診斷、智能維護等功能。

智能報警是清江梯級智能對象化水電調平臺最主要的公共智能功能，智能報警軟件在設備報警產生時自動根據設置的策略，綜合設備的狀態、運行趨勢、需人工干預的緊急程度和事件后果動態確定報警級別，報警級別最高為緊急事件，隨后是事故和故障，不需要確認處理的事件為一般事件。

智能設備運行監視，該智能功能主要是對設備運行過程和運行趨勢進行監視，用戶可根據經驗和需要制定設備智能監視策略，代替人員實時對設備進行監視，發現故障或異常趨勢時及時報警，用于指導機組運行和進行運行診斷。

水庫水情智能運行監視是根據水庫調度業務特點定制的智能服務，該服務綜合氣象預報、水庫入流預報、發電計劃等影響水庫安全運行的相關要素，在相關要素波動導致影響水庫安全運行時自動報警，具有關鍵因子敏感性分析（安全裕度）功能和水庫調度仿真演算功能。

系統智能診斷，所有的硬件（含計算機硬件、網絡設備等）、軟件服務均建立相應的診斷對象模型，診斷數據作為系統基礎數據采集，由智能診斷軟件進行診斷和分析；智能診斷對應用進行智能管理，在應用失效、相關數據失效時應對相關數據進行標記、預警與隔離；具備硬件資源（CPU、硬盤、風扇等）監視預警、網絡資源監視預警功能。

智能維護工具主要完成數據庫、圖、通信、配置、高級應用等所有應用對象的引用關系管理，在相關配置發生變化時根據引用關系提示維護人員重新確認應用配置。例如，機組有功點變化后需通知引用該對象點的應用(AGC、上送電網的通信程序、畫面、水庫調度等），相關應用均需要重新確認配置。

與電站自動對點，通過擴展IEC60870-5-104規約備用數據類型，構建基于IEC60870-5-104規約自動對點協議，自動完成電站與集控的自動對點。

5 其他功能介紹

界面支持圖表聯動和曲線預警顯示，在查看事件和趨勢曲線時，自動無縫過渡到歷史數據。

操作與相關功能的自管理，系統軟件模塊具備操作管理功能，如AGC服務對指令分配與執行全過程管理，從接收指令進行分配，到下發到機組和機組執行過程進行全過程管理，在執行失敗時報警并指定策略采取相應措施，生成統計和評價指標，如調節時間、速率。

歷史庫支持采用NSQL的MongoDB數據庫，其優點是數據存儲不需要固定的模式，易存儲對象類型的數據；高性能，高可用性和可伸縮性，可支持多副本集，確保數據可靠，在性能和存儲空間不夠時可以動態低成本的擴展。

系統安全方面，系統在設計時，支持多重權限認證，且系統數據庫不直接對用戶開放，用戶通過系統服務存取數據；平臺預留系統內數據加密傳輸接口，可保證內部數據采用加密傳輸，提升系統整體安全水平。

系統實時數據采用命名訪問，實時數據庫支持動態加載，系統配置在部分更新、編輯時不影響也不中斷系統數據訪問，實時數據庫支持對象動態擴充。

高速實時數據庫系統，支持單線程每秒百萬級數據點的讀寫，由于采用不加鎖讀寫，多線程時不影響單線程的讀寫速度。

智能手機終端APP軟件，終端軟件支持通過調用相應服務完成終端功能，通過優化界面來重構手機應用，可推送相關預警信息。

6 結語

現在H9000 V6.0系統已基本開發完成，該系統投入運行后，會極大地提升清江梯調水電調系統的技術水平，成為清江電力生產的數據平臺、生產監控平臺、智能決策平臺。

該系統平臺規模擴充簡單廉價，其實時數據庫系統效率極高，性能強大，可用于水電廠、光伏電站和風電等可再生能源電站，特別適合大規模的可再生能源集中控制中心（如流域集控、光伏集控或多類型資源集控），可隨著接入集控目標增加不斷擴充系統規模，保護用戶的投資。

該系統平臺具有數據管理功能強大、實時與歷史庫性能優良且擴展性強、應用開發簡單便捷、支持任意對象化模型等優點，除了可用于水電調等可再生能源調度控制平臺外，還可以作為其他應用系統的數據采集、管理和應用支撐平臺，可使開發人員主要聚焦應用系統主業務開發，縮短應用系統的開發周期，提高開發成功率。