水電廠自動化系統的智能化改造研究

周江晨

（中國華電集團有限公司衢州烏溪江分公司，浙江衢州 324000）

當前我國電網智能化策略已全面啟動，智能電網建設已在變電環節獲得較大進展，智能化變電站建設已進入推廣應用階段。智能電網的相關研究、建設工作較為注重電網的輸電、送電、配電和用電等環節，在發電環節水電站的智能化建設相對滯后，仍處于起步探索階段。目前，各大中型水電廠大多具有完備的生產自動化系統，水電廠的智能化建設無法完全脫離現有系統進行，可在現有系統格局的基礎上對其進行改造、優化，朝智能化方向發展。

1 水電廠自動化系統的智能化改造原則

（1）安全性。

在水電廠自動化系統的改造過程中，須滿足安全性的相關要求。

①在系統改造過程中，使用的技術、設備需要保持在較為成熟的層次，不建議將不成熟的技術、設備融入系統改造中，可減少系統成熟度引起的安全問題，提升系統本身的可靠性。

②設計內容的安全性，水電廠自動化系統工作期間需要調控的內容繁多，在前期改造設計時，需要將安全性放在首位，在安全規范的框架內提升設計效率，提高分析結果的可靠性。

（2）開放性。

在系統智能化改造處理期間，需要具備較強的開放性，是系統可持續更新、升級的基礎條件。

①明確現有推行標準，包括國內推行標準、國際推行標準、行業規范要求，改造系統需要滿足以上規范要求，滿足系統開放性要求。

②在系統改造過程中，提前預留用于系統升級的接口，提高系統本身的兼容性，為系統的持續升級提供可靠的應用條件。

（3）先進性。

系統改進期間，確保改進內容的先進性，推進企業經濟可持續發展。

在具體應用中，需要保障技術內容的超前性，滿足安全性的基礎要求。在實際應用過程中，針對系統進行改造時存在較大的應用風險，在改造過程中，應綜合處理二次設備存在故障內容，提高系統運行過程的可靠性。

（4）經濟性。

實際應用中需要滿足經濟性應用原則。

①改造時投入設備、技術確保經濟性。系統進行改造時，應關注系統升級的安全性，在此基礎上需要綜合考量各類內容的性價比，選擇經濟價值高的內容，減少前期經濟成本的支出量。

②后期養護過程的經濟性。大部分因素均與前期選擇的技術合規性有關，后期養護計劃中養護周期、養護任務等內容的合理性，會影響養護成本的支出情況，干擾最終的養護成本。

2 水電廠自動化系統的智能化改造要點

2.1 確定總體設計框架

（1）站控層。

對系統進行改造處理時，優化站控層內容屬于較為重要的工作內容。在實際應用中，無須更換原有站控層設備，在系統中增加一體化數據平臺，利用IP/TCP協議將已有數據直接牽引到一體化平臺中，再對數據進行集中存儲和展示。在平臺應用中可推行部分高級應用，常見應用內容包括系統聯動報表、系統決策要求、綜合數據匯總表格等。在一體化數據平臺部署處理的過程中，會對其進行分開布置，設置不同的安全區域對系統運行狀態進行保護，同步系統運行過程中的相關信息，提升系統運行過程的安全性。

（2）間隔層。

進行系統改造時，需要合理設置間隔層，在不同自動化系統中設置子系統過程中，需要建立單獨運行的信息交互通道，依托現有協議完成數據信息的上傳、接收。在間隔層的設置過程中，需要依托相互間關聯性對其進行分類，將相應數據對應到系統中，使其可成為單獨的管理模塊。在一體化平臺下達控制命令后，應將其直接轉發到相關單元，由對應單元完成指定操作，已有的模塊結構在設置過程中，其建立的通信體系保持不變的狀態，不斷提高間隔層運行狀態的穩定性。

（3）過程層。

基于現有的運行管理經驗，水電站自動化系統的應用基礎可在電纜節點的基礎條件下，使用可靠的通信方式完成數據采集，采集數據可通過通信工程傳輸到間隔層、站控層，輔助系統進行下一步應用決策。在傳統自動化控制系統中，缺少動態監控、狀態監控，使用的智能化儀表存在滯后性。在對過程層進行改造過程中，應從開關層開始改造，更深層次的設備暫時不進行調整，或對整體系統進行一次性更換，確保過程層改造過程的合規性。

（4）系統層。

在水電站自動化系統改造過程中，應注意系統層的改造處理。

①對系統模塊進行分類，可將其劃分為若干個應用模塊，如信息采集系統、傳輸系統、反饋系統等，每類系統可借助通信工程進行關聯，確保共享信息的傳輸速度。

②系統層中需要增加云存儲平臺，對系統運行參數進行云平臺存儲，也可建立緊湊型數據平臺。在該平臺的應用過程中，可將已經劃分好的應用系統作為獨立運行單位，并對單元模塊進行梳理分析，不斷提升系統運行期間的可靠性。

2.2 數據對象化處理

水電廠自動化系統在運行過程中，一次生產設備數量較多，且各類自動化系統在應用期間，應用的表述方式存在較多的差異性，若未對相關數據內容進行統一整理，其他系統將無法共享該系統數據，降低了信息的共享性。在系統改造過程中，需要對此類情況進行調整，建立特定系統，完成數據信息的轉換處理。使用建模技術時，可采用對象化應用模式，對現有數據信息進行描述，并將其與物理量、標度進行轉換處理，簡化了數據維護管理過程，有效解決了數據無法互通的問題，提升數據本身的共享價值。在系統改造過程中，需要建立特定的信息管理模型，提高系統應用過程的流暢性。

2.3 優化數據交互內容

完成數據對象化處理后，自動化系統在工作過程中，可保證系統間信息的有序交互，同時利用建立的標準協議，完成數據信息的有效交流。

在改造中使用較多的標準化協議為IEC61850協議，此類協議在應用中需要搭配相應的IED設備，此類設備在水電廠中并未進行采購，需要做好系統過渡處理。在具體的改造處理中，需要對現有設備運行情況進行數字化處理，并合理調整系統的傳輸線路，使其可處于較穩定的傳輸狀態，網絡通信接口適合選擇智能設備，此類設備的接口兼容性較強，可有效滿足系統的應用要求。除此之外，設備運行過程需要拓寬到現場作業領域，逐漸實現全過程自動化管控，提升通信過程的標準化。

2.4 提升一體化水平

進行智能化改造可持續性優化系統，使其可更好地服務于水電廠運行管理。

（1）需要建立統一的數據信息管理模型，進行運行信息的采集、整理、交互、存儲等，且需要在信息整理過程中做好潛在價值數據的挖掘工作，使其可具備良好的應用價值。

（2）不斷完善綜合管理平臺，優化信息管控平臺，在管理過程中需要對總線任務進行梳理?？蓪⒖偩€任務分為服務類任務、傳輸類任務、存儲類任務等，滿足不同條件下的運行要求，提升系統運行期間的可靠性。

（3）根據實際情況做好安全部署工作，參考站控層的管理方式，將系統劃分為若干個安全管理分區，做好監控任務的細化處理，及時采集相應的安全運行數據，為安全系統的不斷完善奠定可靠基礎[1]。

2.5 高級智能化應用

進行自動化系統改造處理時，可應用高級智能化技術，充分發揮系統高級功能。在系統運行過程中，需要在綜合管控平臺上進行使用，借助海量數據完成支撐服務，以滿足系統穩定運行的基礎要求。在對數據進行綜合性分析處理后，需要對潛在的價值數據進行深入挖掘，得到有價值的數據。在此基礎上建立專家系統庫，庫內會對系統生產過程的基礎狀態進行智能監測，及時發出預警，并借助數據模型完成狀態數據分析。可補充相應的高級應用，以減少維護工作的工作量，降低機組非故障停機頻率，提升機組運行帶來的經濟價值[2]。

2.6 智能調度系統設計

進行水電廠自動化系統改造時，需要做好智能調度系統的設計工作，提升資源利用率。水電廠在運行期間，易出現空載的情況，造成資源浪費。智能調度系統的設計，可對水電廠平均工作效率進行統計，將水輪機組劃分為若干個工作模塊，根據實際需求調度水輪機組數量，確保發電過程的穩定性，減少空載情況。在智能調度過程中，若機組出現故障時，應安排其他機組進行補償做功，減少系統故障帶來的經濟影響[3]。

3 結語

綜上所述，智能化是水電廠自動化系統的必然發展方向，智能化改造的具體措施，仍需要繼續進行探索。隨著相關技術的逐漸成熟和實用化，水電廠自動化系統智能化改造將逐步推進和完善，并取得了較好的效果。在未來發展過程中，應不斷提升水電廠的智能化水平，為系統的持續優化提供了參考依據。