水力發電自動化系統中存在的問題及對策探析

胡波

摘 要： 水電作為清潔、易于開發、具有多種效益的資源，在水利、能源、電力事業中都占有重要地位，因此水力發電工程必須得到重視。筆者淺要分析了水力發電自動化系統中存在的問題，并針對這些問題提出了一些可行性建議。

關鍵詞： 水力發電系統；自動化；問題

水利水電樞紐工程一般是綜合利用的，往往同時承擔著發電、防洪、航運、灌溉、漁業等多項任務，是一個復雜的大系統。要完成這樣一個復雜系統，并使系統的綜合效益最優，僅靠人工來進行控制，其困難是可想而之，即使是采用一些基于現場的設備的分散控制也很難達到目的，在這樣的一個復雜系統中引入基于數據中心的集散控制勢在必行。因此在水力發電工程中自動化系統則應該受到相應重視。

一、水力發電系統中存在的問題

在水力發電系統中，存在著如下幾個問題。

1.控制、維護、管理三個技術領域發展極不平衡。

控制領域的自動化與信息化的發展相對最早，但是現有的管理自動化系統大多只處理財務管理、人事管理、物料管理等，很少涉及技術管理。維護領域的自動化與信息化發展時間最晚，目前只停留在計劃維修和事后維修階段，也即只處于手工化階段。只是在90年代中期以來，國外才開始研究狀態維修、預知維修、遠程維修等技術，而在我國，則僅處于開始階段。

2.控制、維護、管理三個技術領域互相分離。

即組織結構上三者屬三個不同的部門，信息互不交流或很少交流，決策互不聯系。實際上，各個領域的決策均有賴于其他兩個領域的狀況及信息。顯然，三個領域相互分離是不合理的。

3.環境問題。

做任何事情都必須付出代價，同樣水電工程也是如此，因此一些水力工程導致的環境問題可以歸納為以下兩個方面：

（1）自然環境方面，工程興建，對水文條件的改變，對水域床底形態的沖淤變化，對水質、小氣候、地震、土壤和地下水的影響，對動植物、對水域中細菌藻類、對魚類及其水生物的影響，對景觀和上、中、下游及河口的影響等。

（2）社會環境方面，工程興建對人口遷移，土地利用，人群的健康和文物古跡的影響以及因防洪、發電、航運、灌溉、旅游等產生的環境效益等。

二、解決水力發電自動化系統問題的一些建議

水力發電過程自動化的發展趨勢正沿著為解決上述幾個問題的方向發展，即一方面將控制、維護、管理三個領域提高到同一個智能化、信息化、自動化的水平；另一方面將三者集成為一個統一的信息系統，即智能控制-維護-管理集成系統。最后還要關注環境問題使得水力工程系統得到綜合的最優利用。

1.集成化

集成化包括以下幾層含義。功能集成即把控制、維護、管理三個功能集成為一個整體。今后，隨著生產技術的發展，還可能把更多的功能集成起來。

目標集成即把性能、可靠性、效益等子目標集成為統一的目標，使企業整體最優、整體效益最大。

信息集成即把整個企業的各種信息有機地組成一個統一的系統。自然，在一個信息集成系統中，必須保證信息的統一性、協同性、互操作性，妥善解決信息的矛盾與沖突。

系統集成即從硬件角度而言，系統能根據本身需要，集各家之所長，采用不同供貨商的產品，自然，這里要解決不同設備的互操作性問題；從軟件角度而言，采用用戶友好的基于圖形的可視化組態軟件構筑系統，既可用于仿真，亦可用于實時應用軟件。

2.智能化

為使系統達到上述的目標，必須提高整個系統及其各個組成部分的智能度，即要實現檢測智能化、操作智能化、決策智能化。所謂智能化，即整個系統、各個領域（控制、維護、管理）、與生產過程直接相連的檢測裝置、執行裝置等，均具有目標分析、狀態及故障分析、行為及態勢分析、決策分析的能力。

3.分布化

在一個龐大的集成系統中，部署分布必須合理，包括任務分布化、智能分布化。集成與分布相結合才能使各個部分盡職盡責、保質保量、安全可靠，整個系統分工明確、信息互通、運行有序，從而使整個系統在整體上獲得最優的性能（質量）、可靠性（可利用率）和效益（經濟效益和社會效益）。

4.開放性

開放性包括如下幾重含義：一個系統能博采眾長，即選用不同供貨單位且性能/價格比最合理的設備；根據發展的需要，在硬件上可以增加新的設備或子系統，在軟件上可以增設新的功能，而且后者能與原來的系統構成完整的整體。這樣，就大大提高了系統的可利用率，延長了使用周期或壽命。

5.促進水力發電系統的優化調度，實現可持續發展

水力發電自動化系統要結合發電、防洪、灌溉、航運、漁業等的優化調度，以達到綜合效益最優。關鍵是為了使水力發電自動控制適應水資源的綜合利用。例如可以進行：

（1）魚道設置、大壩對上、下游生物的影響、景觀設計等。

（2）自動化系統設計從基于DDC的現場自動控制發展到基于數據庫的管理中心集散控制，并結合發電、防洪、灌溉、航運、漁業等的優化調度，以達到綜合效益最優。

因此結合具體水利工程進行探討研究是十分必要的，這樣有利于我國水力發電自動化系統的設計與建設。更有利于我國水利工程與環境持續、穩定、健康的發展。因此，在系統規劃設計階段，必須全面了解其對環境影響的各個方面和影響的大小，以便有針對性的對系統進行設計修改并且對環境面臨的問題提出防治的措施。

水力發電站是保證電網供電質量的最佳選擇，發展前景廣闊。中國的水電建設方興未艾，水電裝機容量已居世界首位，三峽、龍灘、小灣等一大批巨型和大型水力發電站也在作出巨大貢獻。隨著社會與經濟的發展，水力發電作為一種可再生的清潔能源必將日益得到重視和開發。因其重要性所致，水力發電過程自動化學科必將進一步獲得發展。其主要特征將呈現：集水力發電、控制理論、智能科學、自動化技術、信息科學與技術于一體的跨學科的學科分支。其內容可歸結為：以控制理論、可靠性理論、智能科學為理論基礎；以計算機技術、網絡技術、信息技術為主要手段；以實現水力發電過程控制、維護、管理綜合自動化，達到優質、可靠、高效的目標。因此筆者希望借此文讓廣大電力工作者重視水力發電自動化系統存在的問題。樹立人與自然協調發展的觀念，打好能源攻堅戰，做好國家建設的后盾。

參考文獻

[1]方超.水力發電自動化的解析與探討[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2015（05）：170-171.

[2]龍云.淺析水力發電自動化[J].科技創新與應用，2015（09）：133.