梯級(jí)水電站智慧調(diào)度的建設(shè)淺析
——以三峽梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)調(diào)度為例

龐樹(shù)森，張玉松，王 冕，段 萌

（三峽梯級(jí)調(diào)度通信中心，湖北 宜昌443100）

1 引言

2009 年，“智慧地球”（Smart Earth）這一概念問(wèn)世。這一概念建立在IT技術(shù)及物理科學(xué)的發(fā)展上，通過(guò)云計(jì)算與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球與人類社會(huì)和物理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)形成“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)[1]。隨著科技的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、未來(lái)仿真技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)等得到不斷的應(yīng)用，智慧城市[2-3]、智慧流域[4-5]等概念相繼提出并開(kāi)始智能化建設(shè)。當(dāng)前，隨著梯級(jí)水電站的流域化、市場(chǎng)化、綜合化的不斷發(fā)展，趙云發(fā)等提出了具備智慧特征的梯級(jí)水電站調(diào)度業(yè)務(wù)新形態(tài)——智慧梯調(diào)[6]，智慧梯調(diào)將是未來(lái)梯級(jí)水電站運(yùn)行管理的發(fā)展趨勢(shì)。而水電站智慧調(diào)度作為智慧梯調(diào)的一部分，智慧調(diào)度的研究和建設(shè)對(duì)流域梯級(jí)水電站調(diào)度運(yùn)行管理具有重要意義。

水電站實(shí)時(shí)調(diào)度作為梯級(jí)水電站運(yùn)行管理的重要組成部分，通過(guò)合理安排梯級(jí)水電站的運(yùn)行方式和調(diào)整梯級(jí)水庫(kù)的水位及出庫(kù)流量，使梯級(jí)水電站及其接入的電網(wǎng)得到最大的經(jīng)濟(jì)效益。三峽—葛洲壩梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)調(diào)度建立在長(zhǎng)江流域統(tǒng)一調(diào)度的基礎(chǔ)上，基于防洪、航運(yùn)、發(fā)電、水資源調(diào)度等為一體的調(diào)度模式下，發(fā)揮梯級(jí)水庫(kù)的綜合效益。本文從三峽—葛洲壩梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)調(diào)度出發(fā)，分析智慧調(diào)度在運(yùn)行調(diào)度上的應(yīng)用構(gòu)想，更好的為今后梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)調(diào)度工作服務(wù)。

2 智慧調(diào)度需要具備“水電合一”調(diào)度能力的全能值班員

智慧調(diào)度的建設(shè)首先是人的建設(shè)，人是調(diào)度經(jīng)驗(yàn)的集成者也是調(diào)度方案執(zhí)行的決策者，具備水電知識(shí)的全能值班員是智慧調(diào)度建設(shè)的關(guān)鍵因素。

當(dāng)前，三峽梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)調(diào)度全面推進(jìn)“水電合一”調(diào)度管理模式，這一模式的優(yōu)勢(shì)在于培養(yǎng)一批既懂水又懂電、還熟悉電力市場(chǎng)交易的全能值班員，這類全能值班員既要有“水電合一”調(diào)度思維，又要有電力市場(chǎng)改革意識(shí)，還要有流域整體性的視野，由全能調(diào)度員組成的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)，可以有效地結(jié)合調(diào)度系統(tǒng)做出最優(yōu)調(diào)度決策。通過(guò)“水電合一”調(diào)度的推進(jìn)，三峽梯級(jí)調(diào)度實(shí)時(shí)調(diào)度能力將處于國(guó)內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)度領(lǐng)先水平。智慧調(diào)度要求下的全能值班員除了具備扎實(shí)的調(diào)度業(yè)務(wù)能力外，還需要提升應(yīng)急事故處理能力，建立良好的溝通和表達(dá)能力，熟悉自動(dòng)化與通信技術(shù)，有較強(qiáng)的事前預(yù)測(cè)、事中控制和事后總結(jié)能力。

表1 全能值班員應(yīng)具備能力

3 智慧調(diào)度需要先進(jìn)的智慧調(diào)度系統(tǒng)

智慧調(diào)度系統(tǒng)是集“大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、仿真技術(shù)”為一體的全部調(diào)度業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。為探索三峽梯級(jí)水電站調(diào)度的新路徑，需要打造具備“狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、學(xué)習(xí)提升”等功能的智慧調(diào)度系統(tǒng)。智慧調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用一方面能夠減少調(diào)度人員實(shí)時(shí)調(diào)度壓力，為調(diào)度員提供準(zhǔn)確的調(diào)度決策信息，另一方面通過(guò)實(shí)時(shí)出力經(jīng)濟(jì)最優(yōu)控制，提高梯級(jí)水庫(kù)水能利用率，減少水庫(kù)棄水水量。智慧調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三峽梯級(jí)水電站智慧調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 調(diào)度決策支持系統(tǒng)

3.1.1 全流域梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)

三峽梯級(jí)水庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)是獲取長(zhǎng)江流域梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)運(yùn)行信息的有效渠道，能為調(diào)度員提供實(shí)時(shí)水雨情、樞紐運(yùn)行信息、氣象水文預(yù)報(bào)信息等，當(dāng)前三峽梯級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)正在進(jìn)行升級(jí)改造，改造后的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)將具備智能化、可視化、數(shù)字化的特點(diǎn)，為實(shí)時(shí)調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)支持。隨著梯級(jí)業(yè)務(wù)的不斷延伸開(kāi)展，需建立全流域梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)提供長(zhǎng)江中上游及各支流水庫(kù)群調(diào)度所有信息。

3.1.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是調(diào)度員的眼睛，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的對(duì)各電廠及線路所有控制對(duì)象的安全監(jiān)視和控制。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)以統(tǒng)一信息化為基礎(chǔ)，可與水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集顯示、調(diào)節(jié)與控制、安全運(yùn)行及事故追憶等基本功能。

3.1.3 智慧調(diào)度決策系統(tǒng)

葛洲壩水庫(kù)是三峽水庫(kù)的航運(yùn)反調(diào)節(jié)水庫(kù)，調(diào)節(jié)能力弱，三峽和葛洲壩水庫(kù)具備聯(lián)合調(diào)度控制的條件，三峽—葛洲壩智慧調(diào)度決策系統(tǒng)將通過(guò)設(shè)定調(diào)度控制策略，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，同時(shí)該系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地提供調(diào)度決策信息，保障電網(wǎng)系統(tǒng)及水庫(kù)調(diào)度安全，實(shí)現(xiàn)電站負(fù)荷實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度決策從“自動(dòng)化”到“智能化”的跨越。智慧調(diào)度系統(tǒng)包括模型決策支持系統(tǒng)和專家經(jīng)驗(yàn)支持系統(tǒng)，結(jié)合模型與專家知識(shí)庫(kù)手段對(duì)決策進(jìn)行支持，利用模型與專家的定性與定量分析，通過(guò)綜合計(jì)算得到方案結(jié)果。決策系統(tǒng)還可根據(jù)三峽水庫(kù)蓄水期-消落期-汛期等不同時(shí)期的調(diào)度需求，提供長(zhǎng)、中、短期調(diào)度方案。

3.1.4 調(diào)度實(shí)時(shí)控制及滾動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)

三峽及葛洲壩水庫(kù)調(diào)度難點(diǎn)就是控制樞紐上、下游水位以及葛洲壩水庫(kù)出庫(kù)流量。調(diào)度實(shí)時(shí)控制與滾動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)推演未來(lái)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行的水位、流量、出力、泥沙變化過(guò)程，實(shí)時(shí)感知最新的水雨情信息變化、調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)輸入喚醒系統(tǒng)滾動(dòng)計(jì)算預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)，對(duì)可能出現(xiàn)的調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)給出警示及相應(yīng)建議方案。通過(guò)與歷史庫(kù)典型調(diào)度案例對(duì)比分析，利用可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)畫面多樣化展示，實(shí)現(xiàn)信息共享與提取、實(shí)時(shí)處理與反饋相結(jié)合。

3.1.5 調(diào)度質(zhì)量后評(píng)價(jià)系統(tǒng)

調(diào)度質(zhì)量后評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)合梯級(jí)水電站智慧調(diào)度系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、安全性等方面的要求，設(shè)計(jì)適用于水電站實(shí)時(shí)調(diào)度質(zhì)量評(píng)價(jià)平臺(tái)及評(píng)價(jià)方法，結(jié)合人工干預(yù)，減少質(zhì)量評(píng)價(jià)的主觀性，提高實(shí)時(shí)調(diào)度評(píng)價(jià)質(zhì)量，為梯級(jí)水電站調(diào)度運(yùn)行的安全穩(wěn)定和可靠運(yùn)行提供反饋信息。三峽—葛洲壩梯級(jí)水電站調(diào)度質(zhì)量后評(píng)價(jià)系統(tǒng)依據(jù)確定的評(píng)價(jià)目標(biāo)和約束條件，以調(diào)度水位控制、發(fā)電計(jì)劃修改、設(shè)備檢修控制以及電網(wǎng)系統(tǒng)安全為主要評(píng)價(jià)因子，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行資料，對(duì)調(diào)度全過(guò)程進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。此外還需要建立調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)管理模型，量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)價(jià)調(diào)度過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)因素，提高實(shí)時(shí)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)管控能力。

3.2 調(diào)度輔助系統(tǒng)

3.2.1 報(bào)警和預(yù)警系統(tǒng)

由于三峽—葛洲壩水庫(kù)調(diào)度的復(fù)雜性，特別是葛洲壩水庫(kù)調(diào)度對(duì)水位控制要求的精度高，同時(shí)兩壩區(qū)間來(lái)水隨機(jī)性和電網(wǎng)負(fù)荷需求的不確定性，導(dǎo)致水電站實(shí)際運(yùn)行與計(jì)劃時(shí)常出現(xiàn)偏差。所以必須建設(shè)報(bào)警及預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在水庫(kù)水位運(yùn)行出現(xiàn)偏差及水位預(yù)測(cè)將會(huì)超過(guò)限定或設(shè)定值時(shí)及時(shí)通過(guò)短信、語(yǔ)音、圖像、網(wǎng)絡(luò)媒介等反饋給調(diào)度員。報(bào)警和預(yù)警系統(tǒng)將為預(yù)防調(diào)度事故和水庫(kù)無(wú)故棄水贏得寶貴時(shí)間，其中報(bào)警限制和預(yù)警時(shí)間都可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。

3.2.2 生產(chǎn)信息發(fā)布及報(bào)送系統(tǒng)

調(diào)度報(bào)表和電力生產(chǎn)信息的傳輸和發(fā)布需要建立一套完整的生產(chǎn)信息發(fā)布及報(bào)送系統(tǒng)，該系統(tǒng)可按照既定模板實(shí)時(shí)提取生產(chǎn)信息，向指定群組或人員發(fā)送短信息、郵件和傳真。同時(shí)該系統(tǒng)與上述其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)集成，可直接在其他系統(tǒng)上進(jìn)行信息配置并發(fā)布。

3.2.3 自動(dòng)化通信輔助系統(tǒng)

自動(dòng)化通信輔助系統(tǒng)包括發(fā)電計(jì)劃下發(fā)系統(tǒng)、樞紐信息及生產(chǎn)信息展示平臺(tái)、電力生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換平臺(tái)系統(tǒng)。智能化的自動(dòng)化通信輔助系統(tǒng)是調(diào)度決策系統(tǒng)的重要補(bǔ)充，是完成調(diào)度任務(wù)的重要輔助工具。

3.2.4 調(diào)度會(huì)商平臺(tái)

調(diào)度會(huì)商是為調(diào)度關(guān)鍵期提供全方位決策支持的會(huì)議機(jī)制，三峽水庫(kù)調(diào)度會(huì)商根據(jù)三峽水庫(kù)在防洪、發(fā)電、航運(yùn)等調(diào)度關(guān)鍵時(shí)期提供水雨情預(yù)報(bào)會(huì)商、航運(yùn)協(xié)調(diào)會(huì)商、實(shí)時(shí)調(diào)度會(huì)商等機(jī)制。水電站科學(xué)運(yùn)行必須建立完善的調(diào)度會(huì)商機(jī)制，為綜合上下游梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度目標(biāo)和水雨情調(diào)度實(shí)況，提供調(diào)度最優(yōu)決策。

4 面向電力市場(chǎng)的水電站智慧優(yōu)化調(diào)度

電力市場(chǎng)的改革不斷深化，水電站逐步參與電力市場(chǎng)交易，梯級(jí)水電站在電力市場(chǎng)環(huán)境下構(gòu)建符合電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律、水庫(kù)調(diào)度規(guī)則，并遵循電力市場(chǎng)交易的嶄新模式，使梯級(jí)水電站發(fā)電量最優(yōu)，是智慧調(diào)度研究的一個(gè)新方向。三峽梯級(jí)水電站智慧調(diào)度建設(shè)需要兼顧電力市場(chǎng)交易所帶來(lái)的水庫(kù)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)因素，將三峽及葛洲壩水庫(kù)調(diào)度目標(biāo)和水位控制要求與電力市場(chǎng)下經(jīng)濟(jì)效益最大化相結(jié)合，建立復(fù)雜調(diào)度條件下，集防洪調(diào)度、航運(yùn)調(diào)度、生態(tài)調(diào)度、應(yīng)急調(diào)度和電力市場(chǎng)下的電力調(diào)度于一體的調(diào)度模型，達(dá)到水資源優(yōu)化配置的目的。此外應(yīng)強(qiáng)化流域水情、市場(chǎng)供需形勢(shì)和市場(chǎng)電價(jià)等方面預(yù)測(cè)工作，加大業(yè)務(wù)研究深度，建立相互協(xié)調(diào)、補(bǔ)償機(jī)制，更好地服務(wù)于智慧調(diào)度決策，提高調(diào)度決策的科學(xué)性。

5 總結(jié)

智慧調(diào)度建設(shè)是實(shí)現(xiàn)水電站現(xiàn)代化管理的趨勢(shì)。智能決策系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)的搭建，將提高水電站調(diào)度管理水平，優(yōu)化調(diào)度方式和實(shí)時(shí)調(diào)度工作流程，協(xié)調(diào)調(diào)度目標(biāo)和任務(wù)，增加發(fā)電效益，從而提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

本文依據(jù)三峽—葛洲壩梯級(jí)水電站調(diào)度及智慧梯調(diào)建設(shè)現(xiàn)狀，并結(jié)合電力市場(chǎng)改革的發(fā)展探討智慧調(diào)度建設(shè)的思路。提出智慧梯調(diào)的建設(shè)首先是人的建設(shè)，需要培訓(xùn)技術(shù)能力強(qiáng)的全能調(diào)度員，其次需要智能調(diào)度支持系統(tǒng)，為實(shí)時(shí)調(diào)度提供信息、決策服務(wù)。