水力發(fā)電智能化現(xiàn)狀及發(fā)展策略研究

劉永珺，馬月姣，陶 卿，楊 藝，汪 偉

(1.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南 昆明 650214；2.江蘇理工學院，江蘇 常州 213001)

0 前言

目前，我國逐漸意識到環(huán)境保護的重要性并開始響應可持續(xù)發(fā)展的號召，水力發(fā)電在供電系統(tǒng)中的地位開始日益突出。與其他發(fā)電方式相比，水力發(fā)電使用的能源是水能，為可再生能源，取之不盡用之不竭，不用擔心過度使用而導致大量的能源消耗問題，且其能源清潔無污染。因此水力發(fā)電是目前發(fā)電方式中相對比較安全的發(fā)電方式之一。隨著技術的不斷進步，智能化與自動化系在水力發(fā)電上開始逐漸應用。智能化系統(tǒng)的引進使得水力發(fā)電效率大幅度提高，可以產生足夠的電量用于保障工業(yè)生產及居民生活的有序進行。故水力發(fā)電智能化及自動化可以在很多方面促使我國水力發(fā)電事業(yè)的蓬勃發(fā)展[1]。

但是由于我國關于水力發(fā)電的應用起步較晚、技術不夠成熟等，在相關建設上還面臨著一些問題，因此，積極推進水力發(fā)電智能化工作顯得迫不及待，且對國家電網系統(tǒng)智能化建設有著積極的促進作用，本文將對水力發(fā)電智能化的應用進行分析。

1 水力發(fā)電智能化的優(yōu)勢

水力發(fā)電智能化相關設備運行過程中出現(xiàn)的各種不確定性問題以及某些異常感知比操作人員更加敏感、迅速，可以更及時有效地對整個運行系統(tǒng)進行檢測、分析和完善，從而降低系統(tǒng)異常狀況的發(fā)生概率，進一步提升整體設備的運轉安全性和效率，為水力發(fā)電設備提供安全保障。同時水力發(fā)電智能化可以在很大程度上地減少人力資源方面的支出，降低甚至避免因人工操作失誤而導致的設備運轉不正常現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

水力發(fā)電站大多處于環(huán)境比較潮濕的地帶，工作人員生活比較艱難，工作效率會因此而下降，而以前水力發(fā)電站的儀器設備等都必須依靠工作人員做定期檢查和維修。此時利用智能化系統(tǒng)就可以有效規(guī)避相關工作人員操作的各種不便利，可以精確有效地監(jiān)測、檢查、維護運轉中的設備以及大幅度提升水電站的發(fā)電效率，也有利于降低工作人員的疲勞強度，提高水力發(fā)電站的綜合管理體系等級。

2 水力發(fā)電智能化存在的主要問題

水利工程設施在運行過程中會出現(xiàn)一些非確定性的問題和故障，其中大概率事件主要包括電氣故障問題、設備控制問題、信號傳輸問題及人員配備問題等。

發(fā)生電氣故障問題時我們需要根據(jù)不同空間及不同時間節(jié)點上用電量的需求情況來布置，在加載電氣設備時，要求操作人員格外注意電氣裝置的布局狀態(tài)，而電氣裝置中常出現(xiàn)的錯誤操作通常是電壓的高低及使用不匹配，會有“高壓低用，低壓高用”的情形，該情形下如果發(fā)電設備投入使用的話，容易造成電氣設備在運行時出現(xiàn)異常與故障。

設備控制問題也是水力發(fā)電系統(tǒng)工作過程中較為常見的問題之一。電氣控制設備的主要作用是對整個水電站進行控制，若電氣系統(tǒng)的結構層次處置不合理，其對系統(tǒng)分配的電能就會出現(xiàn)異常，這樣整個水力發(fā)電的效率就會大幅度下降，從而造成浪費。因此水力發(fā)電中的電氣控制設備運行時，要時刻觀察其運行狀態(tài)。

信號傳輸問題是指相關信號設備所傳遞的數(shù)據(jù)容易受到環(huán)境及其他的因素干擾，從而使信號設備在傳遞或者接收信號時不連續(xù)或者直接報錯，這在極大程度上會影響設備的精確值，難以執(zhí)行接收信號中的指令信息，降低水電站的通信效率以至于影響水電站的運行效率甚至是造成水力發(fā)電控制系統(tǒng)癱瘓。

遇到人員配備問題時，首先，在操作設備時，操作人員必須掌握系統(tǒng)的運轉狀況，但很多人員自身技術水平無法滿足要求。其次，軟硬件運行一段時間后均會出現(xiàn)一定問題，需要對問題進行分析與消缺，優(yōu)化系統(tǒng)。然而其經常有很多較小的問題得不到及時解決，而逐漸發(fā)展成大問題，最終導致整個系統(tǒng)癱瘓[3]。

3 解決水力發(fā)電智能化問題的措施

完成水力發(fā)電相關設備集成化的改進工作，即為將職能、操控、保養(yǎng)三個主流方向合為一個整體。在智能水力發(fā)電過程中常見的集成主要分為兩種即目標集成和信息集成，前者指把穩(wěn)定性、收益、成本控制等分目標總和為一個目標，有利于公司實現(xiàn)以最小成本風險實現(xiàn)最大效益產值；后者把公司的全部信息綜合形成一個信息體系，這個體系要確保信息的統(tǒng)一性、互換性、操作性，同時解決不可避免的信息矛盾與沖突。

完成水力發(fā)電智能化設備對傳統(tǒng)設備的更替，對此企業(yè)應當改善、提升整個發(fā)電體系及若干子部件的自動化和精確度問題。為使其應用到整個水力發(fā)電過程，需從如下幾個方面完成改進：第一，用智能化操控代替人工；第二，實現(xiàn)整個系統(tǒng)智能化決策；第三，實現(xiàn)所有設備智能化監(jiān)控，從而形成整個系統(tǒng)的智能化體系。

完成相關設備人員的合理性分配，只有整個體系科學布局、正確管理，方可使整個系統(tǒng)各盡其能、合理運轉。合理布局主要包含兩個方面，即自動化布局和職責布局，只有當整個系統(tǒng)信息共享、規(guī)律運轉、各盡其責、保質保量、方能確保智能化水力發(fā)電體系合理運轉，保證企業(yè)獲得整體最優(yōu)效益。

完成相關設備的運轉由禁錮型向開放型轉換，即使整個體系能夠做到博采眾長、利用市場去選擇最優(yōu)的產品、提高相關設備性價比。在智能化水力發(fā)電推進過程中及時更換舊設備，增加電子產品、提高自動化率及增加軟件新功能、持續(xù)強化產品結構，從而大幅度改善水力發(fā)電運轉效率、提高設備使用壽命。

4 水力發(fā)電智能化技術的運用

4.1 水力發(fā)電智能化在設備控制方面的運用

智能化水力發(fā)電技術中第一個不可或缺的部分是利用計算機完成水電站全方位監(jiān)測，操作人員利用相關軟件將個人電腦或手機與監(jiān)測設備連接，可以隨時獲取水力發(fā)電設備的運轉信息或高清圖像，通過軟件將其轉化為標準化的數(shù)據(jù)，有助于操作人員對設備進行調整或設置，使其高效、穩(wěn)定運轉。而事實上，水力發(fā)電自主監(jiān)測體系是智能化水力發(fā)電的第一步，將設備、人員、操縱、調節(jié)有機結合，對提高整個系統(tǒng)的效率至關重要。

4.2 水力發(fā)電站智能化中水文信息的自動監(jiān)控

為及時準確獲取水力發(fā)電系統(tǒng)中水庫數(shù)據(jù)信息，我們需要采用自主監(jiān)控系統(tǒng)，比如，利用多相位傳感器監(jiān)測水庫的水位、水速等相關數(shù)據(jù)，再將傳感器獲得的模電信號轉發(fā)到智能化水力發(fā)電的控制中心，通過中央處理器(Central Processing Unit，CPU)處理接收到的數(shù)據(jù)信息。控制中心CPU不僅可以對水庫水文數(shù)據(jù)信息作出正確的分析決策，還可以存儲其分析處理的全部數(shù)據(jù)，以供操作人員查找獲取。另外，使用自主監(jiān)控體系還可以用來監(jiān)測水位信息，在多雨夏季黃河下游經常會發(fā)生澇害，而自主水位監(jiān)測對預防水災、防止決堤至關重要，正是利用其預報、分析功能，可以減少人力、物力損失。

4.3 水力發(fā)電智能化中實時信息自動監(jiān)控

對于智能化技術在水力發(fā)電中的全面推廣，最關鍵的因素就是可以利用監(jiān)控系統(tǒng)將水力發(fā)電的全部儀器裝置納入操作人員的視野范圍，提高自檢效率。在系統(tǒng)中無論哪個步驟的儀器發(fā)生故障，都會將特定報錯代碼數(shù)據(jù)傳輸給智能化監(jiān)控控制決策中心，決策中心對接收到的報錯代碼進行綜合比對、分析，然后做出相關的調整決策，保證設備及時回歸到原本正確的運行狀態(tài)，對系統(tǒng)的儀器裝置提供運行保障。

5 結語

目前，雖然水力發(fā)電智能化的應用之路還有一段崎嶇，但是通過物聯(lián)網技術我們可以看到其未來光明前景。所以，無論從國家能源戰(zhàn)略層面還是企業(yè)發(fā)展競爭層面，加大投資力度去研發(fā)、拓展水力發(fā)電方面的智能化應用技術都有重要意義。在推廣過程中，研發(fā)和管理人員要充分了解傳統(tǒng)水力發(fā)電運轉過程中存在的問題，將智能化、信息化、自動化技術運用其中去解決瓶頸問題，從而完成智能化水力發(fā)電的轉化工作。智能化水力發(fā)電對國家智能電網的管理規(guī)劃、安全性與穩(wěn)定性的提升、及居民用電設施服務等都將起到重要推動作用，同時也能促進物聯(lián)網智能化和社會方方面面更加深度融合。