水電自動化改造中智能技術的科學運用

江書樵

（中國華電集團有限公司衢州烏溪江分公司，浙江 衢州 324000）

現階段水電站面臨著水電系統調度大幅度轉變問題，對水電站綜合防御水平提出了更高要求。通過分析當前電力網絡平臺運營特征，發現水電智能化改造工作應當整體趨向于安全防范化發展。配合使用智能技術手段，分析存在于水電站電力設施運營過程中的各類問題，制定智能技術安全標準。

1 智能技術應用趨勢

水電站自動化系統是現階段水電廠生產經營建設期間的重要組成部分，對保障水電廠運營質量及效率意義重大。在水利發電工作發展期間，魯棒性控制技術應用范圍日漸廣闊，但依然無法滿足現階段水電站電氣設備安全運行要求。

智能技術理念首次提出于20世紀60年代，主要就是為達成某種預期目標，配合使用各類方式與技術手段，產生出一種與人類智能相似的處理問題效果，做好管控集成化工作。

在將智能技術應用在水電站時，主要就是借助智能系統完成指定智能行為操作。具體而言，在系統內輸入一個具有激勵性質的問題，系統通過信息處理及找尋，能夠給予相應回答，并具備較強的學習組織功能。

當前水電站智能控制系統還處于發展初期，相應的理論體系尚未建立健全，還需要在水電智能化改造過程中著重使用智能技術，不斷優化水電智能化平臺。

2 水電站自動化改造要求

在將智能技術應用在水電站自動化改造過程中，還需要相關明確水電自動化改造要求，確保制定出的智能技術應用方案具備較強的技術可行性與經濟適用性，使智能技術能夠在水電站智能化改造分析環節發揮出重要作用，從根本上提高智能技術應用質量效率，確保水電站能夠切實滿足地區經濟發展的電力需求。

2.1 水電站自動化改造基礎設施

通過分析現有水電站工作要求，需要在自動化改造過程中，著重關注轉換設備、動力設備的改造工作。傳統水電站在運行過程中主要依賴水輪機或水輪發電機組，此些基礎內還配備了調速器與油壓裝置。為確保水電站電力資源供應平穩，實際運行期間的各類參數數值能夠得到有效調控，還需要在原設施中配備智能化控制軟件和控制設施，以從根本上提升電站自動化改造水平。

2.2 智能水電站基本特征

通過將智能技術應用在水電站自動化改造過程中，需要著重關注水電站日常運營期間的數據采集與處理工作。配合使用計算機裝置，對時電站內各電氣設備的運行狀態進行閉環監管以及在線監測分析。確保設備運行能夠實現全過程、全方位監管目標。

3 水電站自動化改造存在問題

3.1 水電站二次系統標準化及規范化程度不足

在原水電站運行過程中，二次系統或IED之間的數據交換通信接口與通信協議尚未形成統一標準。導致大量現場總線通信電站在開展數據交換工作期間的時效較低，運行管理極易出現信息孤島情況，無法實現全廠內信息公開，共享目標。同時，由于二次系統缺失標準化及規范化管控機制，導致二次系統與IED時間也無法實現有效互動，存在于電氣設備運行過程中的各類問題無法被及時發現，站內基礎自動化采集數據向高級應用層的傳遞難度較大，信息利用效果與預期目標相比存在較大差異。

3.2 水電站自動化系統的基礎信息采集方式單一

在原水電站自動化系統運行過程中，信息數據的采集工作主要通過鋪設電纜等方式采集模擬與硬節點，導致水電站接線較為復雜，后期電力設備更易出現故障問題，嚴重影響到水電站自動化建設水平與管控效果。同時，大量電纜設備還會在實際運行過程中受到電磁干擾以及主設備過電壓等因素影響，導致設備運行故障問題經常出現，難以從根本上保障水電站自動化系統安全運行目標。

3.3 水電站計算機監控系統的局限性較強

水電站計算機監控系統主要包括故障分析、專家處理、自動發電管控、設備在線監測等功能。雖然實際檢測期間的全面性較強，但由于沒有做好后續系統整合與信息傳輸等工作，導致信息共享水平受計算機監控系統的影響局限性較強。

4 水電站自動化改造智能技術具體應用

4.1 水電站自動化改造智能技術應用原則

為確保智能技術能夠被更好應用在水電站智能化改造過程中，還需要明確水電站自動化改造原則，著重分析智能技術應用要點。

在水電站智能化改造技術應用過程中，信息采集方式需要在原有基礎上進行數字化、全面化、網絡化方向轉變。切實優化水電站上層分析與控制管理系統功能，確保基礎信息數據能夠得到全面收集。

要求智能化技術還需滿足水電站自動化改造期間的智能決策與綜合分析功能，實現自動化系統高級應用目標。在實際改造過程中設立統一的標準通信、系統建模以及數據定義，組建水電廠高速標準網絡，正好實現水電廠無縫通信、數據共享目標。

在水電站自動化改造過程中使用智能技術，還需要在傳統水電站計算機控制系統基礎上設置以上位機為基礎的中控室集中控制模式，使水電廠智能控制中心能夠整體趨向于高度集中化、一體化方向發展，形成綜合數據共享平臺，滿足系統運行期間的智能決策管理要求。

4.2 水電站自動化改造智能技術應用方向

（1）對水電站內電氣通信系統進行智能化改造，將水電站自動化改造的應用重點放置在實現電氣全通性控制目標方面，進一步滿足水力發電廠單元爐機組運行管控要求。注重采用合理方式解決水電站自動化改造間隔熱工藝連鎖問題，進一步增強電氣自動化系統后臺運行水平。

（2）在水電站自動化改造過程中，做好開關邏輯控制改造工作，借助可編程邏輯控制裝置，加強電氣設備內部繼電氣管理力度。注重對發電系統機組、電磁控制裝置進行自動化控制改造，確保工作人員能夠時刻關注水電站內部電氣設備狀態，及時發現存在于電氣設備運行期間的各類不穩定因素，不斷優化電氣設備運維管控方案。

（3）為確保經過自動化改造后的水電站能夠實現高效可靠運行目標，還需要構建其通用網絡結構，使相關工作人員能夠對自動化改造設備運行參數數據進行實時監控，降低電氣設備故障問題發生幾率。在建立通用網絡結構體系過程中，還需要注重加快辦公自動化升級改造工作，確保通用網絡能夠覆蓋到辦公自動化總體系中，切實提升水電站自動化改造生產經營建設水平。

4.3 水電站自動化改造智能技術種類

4.3.1 專家控制智能技術

專家智能控制技術在水電站自動化改造過程中的應用時間較長，技術體系較為成熟。現有專家智能控制技術可分為數學分析預計以及數值計算兩種方式。在專家控制過程中，需要利用機器單獨控制系統，使系統運行狀態能夠被直觀展示出來。在專家控制智能技術應用時，由于沒有形成準確執行控制記錄，因此被主要應用在非結構化問題處理過程中。

4.3.2 模糊控制智能技術

模糊控制智能技術主要就是應用模糊集合理論開展具體控制工作，主要用于描述控制規則。在模糊控制技術使用期間，可以將人工操作系統經驗借助較為模糊的方式表達并傳遞，使復雜控制目標及對象能夠得到統一管控。同時，模糊控制智能技術不會對被控模型具有較強依賴，使其能夠被更好應用在使電站運行期間的隨機系統以及不確定系統內。現階段模糊處理芯片等裝置日漸成熟，為模糊控制智能技術在水電站智能化改造中的具體應用奠定了堅實基礎。

但就目前來看，由于模糊控制智能技術的研發時間較短，在實際應用期間依然存在較多不足之處，相應的學習能力亟待提升。

4.3.3 神經網絡智能技術

隨動態系統理論日漸成熟，線性系統設計與應用也已成為水電站智能化改造重要方向。受各因素影響，非線性系統發展較為緩慢，實用理論及應用復雜性較強，還需要配合使用神經網絡智能技術，加強數值計算及符號推理水平。神經網絡智能技術并不依托具體模型，而是通過將信息數據輸入到系統內，對數據進行非線性映射處理。

相較于其他智能技術而言，神經網絡智能技術能夠更好開展實例學習工作，提高水電站自動化系統運行期間的信息處理水平。神經網絡智能技術還可以借助非線性映射功能，更好好分析并解決存在于水電站自動化設備運行期間的各類復雜問題，對保障水電站電氣設備安全高效運行意義重大。

5 水電站自動化改造智能技術應用案例

5.1 水電站智能化改造工程概況

本文以某市一水電站為例，該水電站主要采用了FX2N-64MT PLC控制系統、數模轉換模塊。系統運行多年，PLC與導葉反饋裝置均為單配制，無法及時滿足現有水電站遠程疾控、少人維護目標。在水電站自動化改造過程中，配合使用調速器電氣控制柜電源、導葉開度冗余裝置、側屏模塊冗余裝置、主用回路故障自動切換備用回路裝置，對調速器進行智能化改造。

5.2 水電站智能化發展趨勢

水電站作為我國電網工程建設要點，可直接影響到區域整體發電水平。現有水電站呈現出多元化發展趨勢，通過使用智能網絡中心，設計出功能完善的水電站智能操作平臺。通過將智能技術應用在水電站自動化改造過程中，可以開展人機結構層綜合轉型工作，降低水電站運行期間安全隱患問題，實現水電站遠程集中管控目標。

5.3 水電站智能化改造流程

在案例水電站中，自動化改造工作主要涉及母線回路變更、機主出口調整等工作，需要明確實際改造流程，著重應用智能技術安全系統。

構建起水電站自動化設備監管平臺，及時發現存在于系統運行過程中的故障問題，建立起科學調動控制模式。

配合使用自動發電控制系統功能模塊，對機組的有功功率進行自動化管控。借助調速系統對電網頻率進行自動調節，從根本上提升電網中電能傳輸質量。著重關注自動化系統執行狀態檢測工作，利用地理信息系統建立起一體化設備監控與調度平臺，進一步降低電力設備運行過程中的故障隱患問題發生幾率，從根本上提升水電站運行期間的安全性。

5.4 水電站智能化改造管控要點

在水電站自動化改造期間使用智能技術，需要在具體管理過程中著重關注設備維護環節，避免設備出現故障問題影響到電力資源供應效果。注重對水電站自動化改造進行整體規劃部署，制定出更加專項可行的設備運營維護方案，更好實現自動化改造設備自動化管控目標。具體而言，線路運行水平可直接影響到電氣設備運營綜合效果，因此需要在設備管理創新的過程中，加強線路設備管理創新力度。借助編排好的程序有效控制電氣設備運行技術參數，使電氣設備能夠更好實現自動化、一體化目標。

在水電站自動化改造應用過程中，為確保自動化工作高質高效開展，還需要注重日常管理及時的完善。結合水電站電氣設備運行實際要求，制定可靠的電氣設備故障運維方案，進一步控制設備運維期間的各項成本。加強人員管理水平，定期在從業人員群體中開展專業技能與職業素養的培訓工作，確保其能夠正確操作電氣自動化管控系統，使智能技術能夠被更好的應用在日常工作中。

6 結語

社會經濟的快速發展使各領域生產經營建設電力需求量日漸增長，對水電站自動化、智能化改造水平提出了更高要求。相較于發達國家而言，我國水電自動化改造上尚且處于起步階段，在智能技術應用期間一般存在較多問題。因此為平穩推動水電自動化改造進程，充分發揮出智能技術應用優勢，還需要明確水電站智能化改造要點，結合水電站運營特征及要求，制定出專項可行的智能化改造技術方案。積極引進先進智能技術，分析并找尋出存在于水電自動化設施運行中的各類隱患問題，確保水電站能夠始終處于安全可靠的運行狀態。