水電廠自動化系統的智能化改造研究

南寧交通資產管理有限責任公司 蒙 靜

在信息化時代背景下，我國水電廠智能化改造工程全面啟動，水電廠自動化系統運行功能將會得到全面優化，為水電廠進一步發展奠定良好基礎。目前我國水電廠自動化系統已經逐漸完善，但為滿足時代的發展與社會的需求，還需進一步加強智能化水電廠建設力度，但為避免影響到水電廠運行效率與運行質量，智能化建設不可脫離水電廠自動化系統，只能夠通過對現有系統的基礎上對自動化系統進行智能化改造，促使水電廠自動化系統運行逐漸邁向智能化發展道路，優化水電廠系統功能，為水電廠進一步的發展奠定下良好基礎[1]。

1 水電廠自動化系統的智能化改造原則

1.1 安全性

要想保障水電廠自動化系統智能改造質量提升，就需要保障改造工作的安全性：在系統智能化改造時，技術人員所使用的技術、智能化設備都需達到智能改造標準，避免因技術人員操作問題對智能化改造質量造成影響，甚至對原有自動化系統功能造成影響，減少系統運行安全問題，提高系統運行穩定性與可靠性；保障智能改造內容的安全性。由于水電廠自動化系統運行過程中所涉及的調控內容相對較多，為避免影響系統運行安全，在前期改造工作實施過程中應對改造安全提高重視程度，并在安全原則下提高系統設計改造性能，確保系統智能運行的可靠性。

1.2 開放性

在自動化系統智能改造過程中具備一定的開放性，可實現系統全面升級與更新：對智能改造現有標準加以明確。在智能化改造工作開展中，應滿足國際與國內標準要求，達到行業智能化規范改造要求，從而體現出智能化改造開放性；水電廠自動化系統智能改造需提前預留出系統升級接口，由于自動化系統本身具備一定的兼容性，所以在系統運行升級中可保障系統的穩定性與可靠性[2]。

1.3 先進性

在系統改造期間內要保障系統功能改造的先進性，提高水電廠運行效率。在改造中，技術人員操作技術要在滿足安全性原則下保障技術操作的智能化，避免對系統改造中會存在風險，同時對二次設備故障問題進行有效處理，以此提高系統運行性能。

經濟性。在智能化改造工作開展中還需要滿足經濟性原則：由于在原有自動化系統中實施智能化改造需投入智能化系統與設備，且在系統實現智能化期間內要保障系統升級安全，對智能改造性價比進行具體分析，盡可能減少智能化改造經濟成本；在系統智能化改造結束后還需對系統后期維護經濟性進行綜合性考慮，確保在維護工作開展中制定好工作計劃，確定維護周期以及維護任務，從而避免加大成本支出。

2 智能化改造現狀

目前我國已有部分水電廠開展了自動化系統智能化改造工作，為智能化系統的實現開展了初步探究工作，并取得了良好的成績。水電廠都是根據自身的實際發展情況對智能化改造制定了相應的規劃，且不同水電廠智能化改造側重點存在不同，但總體改造都是在避免自動化系統受到影響的基礎上構建了智能化數據平臺，以此對水電廠自動化系統運行進行數據收集與管理，從而實現系統智能運行[3]。

2.1 站控層

在對自動化系統智能化改造中站控層設備保持不變，但要構建獨立的一體化數據收集管理平臺，通過對IEC61850通信協議將系統數據信息輸送到平臺當中，以此對水電廠系統運行輸數據進行儲存，在一體化平臺中開設多個應用功能，其中包含了系統聯動功能及數據綜合報表記錄功能。一體化數據平臺可安裝在站控層安全I 區與II 區中，其中安全I區系統具備系統監控性能，可對信息系統加以保護。部分水電廠為保障系統的安全運行、保障系統運行的可靠性，分別在安全I 區與II 區中構建了一體化數據平臺。

一體化數據平臺數據信息的輸出方式主要包含以下方式：將各個自動化系統作為整體與一體化數據平臺進行連接，而該方式只需要在自動化系統中加入對外IEC61850通信接口，其余無需進行改動；設置獨立的網絡與各個自動化單元之間實現通信，實現數據信息傳輸，并將IEC61850通信系統安裝在系統單元當中，從而對自動化系統單元進行智能化改造[4]。

2.2 間隔層

如果在采用設置獨立網絡進行智能化改造，需要設置間隔層，在自動化系統的現有單元中，需要安裝IEC61850協議轉換器，同時還需要在系統子單元中安裝通信通道，從而數據信息直接通過IEC61850協議轉換器，將數據信息傳輸到一體化平臺當中。而在間隔層設置時，通過利用系統與平臺的關聯性，成為獨立管理模塊，并可通過一體化平臺直接操作，將數據信息傳輸自動化系統單元當中，從而實現系統智能運行。

2.3 過程層

針對水電廠自動化系統的運行實際情況，在智能化改造中，需要在電纜節點的基礎上，利用智能化通信方式實現數據信息收集與管理，并將數據信息傳輸到通信工程當中，并在間隔層、站控層的作用下實現智能化運行。為避免在智能化改造后造成系統出現滯后性，所以在過程層中進行智能改造時需對開關層進行改造，而其余設備則不需要進行調整，或對自動化系統設備進行全面更換，保障智能化改造的合理性。

2.4 系統層

要想保障自動化系統智能化改造質量得到提高，需對系統層改造工作進行全面處理：做好系統模塊分類工作，將系統進行合理劃分，應用在若干個應用模塊當中。如，可將數據信息采集系統與傳輸系統通過利用智能化通信工程實現信息關聯，以此保障系統信息傳輸速度；在自動化系統層中需要構建云儲存平臺，將系統運行所產生的數據信息全部傳輸到云平臺當中。在云平臺構建前，將運行系統作為獨立運行單位，對系統單元模塊進行有效整理，以此提高系統運行的穩定性。

3 智能化改造要點及步驟

3.1 數據描述對象化

水電廠自動化系統種類相對較多，且每一個系統運行方式及功能存在一定的差異性。每一個系統在運行中缺乏中心管理，只有進行系統轉化才能實現通信交互功能。為此，通過利用建模技術，以面向對象的形式對數據信息進行描述，則可實現數據自我描述功能，而其余自動化系統在接收數據信息后，則不需在對數據信息進行交互轉換，促使系統數據管理與維護功能得到了優化，解決了自動化系統之間所存在的信息互通問題。水電廠自動化系統的實現，主要是應以IEC61850標準為基，實現數據建模，根據水電廠運行情況對數據信息模型進行完善與拓展，促使水電廠自動化系統信息模型達到良好的規范性，同時在電力系統的應用下實現IEC61970標準支持，從而滿足水電廠應用需求。

3.2 數據交互標準化

自動化系統在運行的過程中，所產生的數據信息要想實現交互傳輸則需采用IEC61850通信協議，以此提高自動化系統之間的交互性能，發揮出數據模塊的實際應用優勢。但鑒于水電廠由于缺乏IEC61850通信協議的支持，所以在智能改造中可采用其余標準通信協議，將其作為自動化系統數據傳輸過渡模塊。目前在對水電廠自動化系統相應設備進行智能改造的過程中，應滿足與現代化系統數字化功能，改變系統數據信息傳輸方式，盡可能使用對外網絡通信結構相關智能化設備，將傳統數字化設備進行全面拓展，以此實現數據化收集與管理，從而保障系統通信實現智能化功能[5]。

3.3 管控應用一體化

在自動化系統站控層基礎上，應當在系統統一數據模型以及通信交互功能的基礎上，實現對系統的檢測與安全控制，對水電廠每一個自動化系統進行全面控制與管理，從而實現統一管控系統平臺，實現智能化控制中心。在管控系統平臺中應構建統一的數據傳輸方式，提供標準的消息總線與服務總線，以此滿足各個自動化系統運行管理需求。管控系統平臺在構建中主要將自動化系統數據信息進行全面收集，為實現智能化提供優質的服務環境。

在綜合管控平臺中，需對站控層安全I 區、Ⅱ區、Ⅲ區安裝防火墻，以此加強防護性能。在I 區系統中主要包含了輔機控制系統及測控系統等，需對自動化系統日常運行進行全面檢測，以此為水電廠生產運行管理提供更加優質的管理服務，而且對水電廠智能化應用提供相應的智能服務，同時促使系統外數據交互，如水文氣象以及MIS 系統數據協同交互。

3.4 高級應用智能化

通過實現管控平臺對水電廠自動化運行智能化功能進行全面開發，在系統統一協調管理下實現智能應用系統。智能應用系統在運行的過程中主要是以管控平臺作為數據支撐，通過對數據進行分析建設云計算數據庫，以此對水電廠運行進行全面監控并實現智能化預警功能[2]。

在智能應用系統的運行下，可根據水電廠自動化系統設備的運行情況構建數據分析模型，通過大數據技術分析技術及集成技術進行有效運用，可對水電廠自動化系統設備的運行狀態進行全面分析。此外，通過構建關聯診斷數據庫，通過智能技術的應用可對水電廠運行設備的安全情況進行全面分析，并對設備故障進行診斷，從而實現智能化檢測以及智能化故障診斷功能。

在水電廠智能化改造工作中，通過對水庫優化調度制定防汛決策，實現自動化系統監管維護等應用功能，可提高水電廠自動化運行管理水平，減少水電廠自動化設備運行維護工作量，減少設備維護難度，可提高設備運行效率與運行穩定性，為水電廠的發電經濟效益提升起到了一定的促進作用，為水電廠進一步發展奠定了良好基礎，從而也實現了水電廠自動化系統智能化改造的最終目的。

3.5 智能化改造步驟

根據水電廠自動化系統的運行實際情況，對自動化系統設備元件進行具體分析，認為在智能化改造工作實施時應當逐步開展改造工作，從以下幾方面進行逐步改造。

針對水電站自動化系統常規監控站控層部分，應通過利用管控平臺將其代替，以此提高系統監控能力。不過在管控平臺的基礎上，需得到IEC61850通信協議的支持，或可采取常規通信協議，保障該部分智能化改造得到有效落實；針對智能化開關站改造情況，應通過對IEC61850通信協議替換常規的開關站，由管控平臺直接對自動化系統開關站進行有效控制，并對系統運行進行智能化監控檢測；通過使用公用LCU 作為試點，由IEC61850通信協議CPU 對公用LCU 進行替換，插入IEC61850通信協議plc 通訊模塊，避免在協議轉換器中產生故障點，影響到系統運行性能。

根據水電廠自動化系統實際運行情況，應當對公用系統進行智能化改造，通過利用智能化網絡通信系統與管控平臺進行連接，以此減少水電廠自動化電纜數量，同時也能夠保障數據信息收集的完整性，提高系統新能。根據水電廠自動化系統的實際運行情況，對智能化綜合應用功能加大開發力度，構建智能化應用系統，對自動化系統性能進行全面優化；在具備成熟的智能化改造方案下，可對自動化元件以及測控設備進行全面改造，以此實現水電廠智能化運行與管理[3]。

綜上，水電廠在未來的發展中自動化系統無法滿足時代的發展需求，會全面實現水電廠智能化系統。雖然目前智能化改造依舊處于初級探索階段，但隨著智能化技術的不斷成熟，水電廠自動化系統智能化改造也會越加完善，提高水電廠智能化運行水平，提高系統運行效率與運行質量，為水電廠創造更多的經濟效益，為水電廠進一步發展奠定良好基礎。