恩施集控跨流域多系統(tǒng)一體化管控平臺設(shè)計

廖煥華，何 婷

（1.國家能源集團(tuán)長源電力股份有限公司，湖北 武漢 430062；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

國電恩施水電開發(fā)有限公司位于湖北省恩施市，目前管理在運水電站40座，遍布恩施州八縣市8條主要流域，其中水庫電站17座，裝機(jī)106臺，總裝機(jī)容量60.75萬kW，多年平均發(fā)電量20.5億kW·h。目前各電站的發(fā)電運行管理模式仍然為傳統(tǒng)的值班管理，各電站地理分布廣、位置偏遠(yuǎn)，電站的管理、運行、檢修都有較大的難度，且較為耗費人力物力。文中通過探討中小水電站群智能遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計恩施集控中心水電調(diào)智能一體化平臺，并在一體化平臺上實現(xiàn)監(jiān)控、水調(diào)自動化、梯級流域經(jīng)濟(jì)運行、大壩安全監(jiān)測等面向業(yè)務(wù)應(yīng)用的自動化系統(tǒng)。

恩施集控中心電調(diào)自動化方面擬接入的多個流域中小水電站，在監(jiān)控系統(tǒng)上有較大的差異，不同監(jiān)控廠家的設(shè)備及數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的規(guī)劃；水調(diào)自動化方面要從多個水情遙測站、第三方水情、水文、氣象等部門實時收集水調(diào)應(yīng)用的數(shù)據(jù)，來進(jìn)行全面監(jiān)視、分析、管理，數(shù)據(jù)也較為復(fù)雜和多樣性。與電力調(diào)度自動化相比，傳統(tǒng)的水調(diào)自動化系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)來源、實時性、安全性要求不一樣，水調(diào)自動化系統(tǒng)和電調(diào)自動化系統(tǒng)往往是兩套獨立運行的自動化系統(tǒng)，設(shè)計上相互獨立，兩套系統(tǒng)不僅在信息交互上存在一定困難，也給運維人員帶來很多復(fù)雜的操作和不便[1]。為了解決上述困難，恩施集控中心采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司自主研發(fā)的iP9000智能一體化平臺，在設(shè)計和功能上將電調(diào)和水調(diào)的業(yè)務(wù)有機(jī)結(jié)合，并通過各種開放的接口及高級應(yīng)用來實現(xiàn)跨流域多系統(tǒng)一體化管控的目的。

1 平臺的結(jié)構(gòu)與設(shè)計

1.1 平臺的結(jié)構(gòu)

iP9000智能一體化平臺遵循面向服務(wù)的軟件體系架構(gòu)（SOA），采用分布式的服務(wù)組件模式，基于服務(wù)總線進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸[2]，具有良好的開放性，能較好地滿足水電廠多業(yè)務(wù)的集成和應(yīng)用不斷發(fā)展的需要。結(jié)構(gòu)層級可分為環(huán)境層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、基礎(chǔ)應(yīng)用層及電廠應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 iP9000平臺架構(gòu)示意圖

恩施集控在環(huán)境層全部采用國產(chǎn)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和安防設(shè)備，服務(wù)器均安裝國產(chǎn)化Linux安全操作系統(tǒng)，完全自主可控。數(shù)據(jù)層完成實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等元數(shù)據(jù)的匯聚，主要負(fù)責(zé)水電廠數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)和維護(hù)。服務(wù)層是畫面訪問、數(shù)據(jù)訪問、日志、報警、郵件、工作流等基本服務(wù)的實現(xiàn)層，并提供服務(wù)的查找、定位和代理功能?；A(chǔ)應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)采集、模型維護(hù)、人機(jī)界面、斷面管理、權(quán)限管理等。電廠應(yīng)用層包含了集控中心的多種應(yīng)用，包括：實時監(jiān)控、水調(diào)自動化、經(jīng)濟(jì)運行、大壩監(jiān)測、綜合展示、智能報警等。

1.2 業(yè)務(wù)部署

iP9000智能對象一體化平臺采用一套平臺，多個應(yīng)用的部署方案。即在集控中心系統(tǒng)安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)中，都統(tǒng)一部署一體化基礎(chǔ)平臺，只是在不同的安全區(qū)，加載不同的應(yīng)用，如圖2所示。區(qū)域之間通過安防設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和傳輸，在統(tǒng)一的運行支撐平臺上實現(xiàn)跨安全區(qū)的自動信息雙向同步，為操作員提供一致性的操作界面，并降低系統(tǒng)維護(hù)的難度和工作量。

圖2 一體化管控平臺系統(tǒng)業(yè)務(wù)部署方案

集控中心在安全Ⅰ區(qū)一體化管控平臺中部署遠(yuǎn)程集中監(jiān)控應(yīng)用組件，構(gòu)建集控中心電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)。電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)是通過與下屬各水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，采集各水電站發(fā)電過程相關(guān)的實時運行數(shù)據(jù)，對水電站運行情況進(jìn)行遠(yuǎn)方集中監(jiān)視及控制，并負(fù)責(zé)向上級調(diào)度部門傳送電力調(diào)度所需要的各水電站主要設(shè)備運行信息，同時統(tǒng)一接受上級調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)的水電站日發(fā)電計劃等調(diào)度指令，按照經(jīng)濟(jì)、安全、高效的原則對各流域水電站進(jìn)行有效地監(jiān)視、調(diào)度、控制及管理。電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能模塊包括：數(shù)據(jù)采集及處理、安全監(jiān)視與智能報警、實時控制與調(diào)節(jié)、人機(jī)接口、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)診斷等功能模塊。平臺具有調(diào)度值班操作一體化、人機(jī)界面對象化、監(jiān)視報警智能化的特點。

集控中心在安全Ⅱ區(qū)一體化管控平臺中部署水調(diào)自動化應(yīng)用組件，構(gòu)建集控中心流域水調(diào)自動化系統(tǒng)。流域水調(diào)自動化系統(tǒng)的任務(wù)是準(zhǔn)確、及時地采集所轄流域水情測報信息，通過與外部系統(tǒng)通信獲取所轄區(qū)域外的水情信息、氣象信息以及防汛指揮部門的防洪調(diào)度信息、電力調(diào)度部門的電力調(diào)度信息，對收集的信息進(jìn)行全面監(jiān)視、分析、管理，為各流域水電站進(jìn)行合理的水庫調(diào)度應(yīng)用和決策提供理論依據(jù)。安全Ⅱ區(qū)還負(fù)責(zé)與各廠站的電能計量系統(tǒng)通信，采集非實時數(shù)據(jù)，用于電調(diào)系統(tǒng)的統(tǒng)計分析等。

集控中心在安全Ⅲ區(qū)一體化管控平臺中部署決策支持和信息發(fā)布模塊，構(gòu)建管理信息大區(qū)功能系統(tǒng)。該區(qū)的任務(wù)是對電站調(diào)度運行中所需的報表進(jìn)行自動統(tǒng)計計算及相關(guān)文檔生成，通過Web等多種方式將電調(diào)水調(diào)信息發(fā)布到網(wǎng)頁、微信平臺等，并提供查詢、統(tǒng)計、分析功能，因地制宜、整合資源，綜合展示集控中心各層面的生產(chǎn)、調(diào)度、規(guī)劃等豐富的信息。管理信息大區(qū)功能模塊還設(shè)計和多系統(tǒng)進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)交互，突破傳統(tǒng)的水電廠生產(chǎn)運行控制與管理的思路，合理規(guī)劃聯(lián)動模式、聯(lián)動策略，由一體化管控平臺以及各需要聯(lián)動的子系統(tǒng)間通過聯(lián)動信息的交互解析實現(xiàn)生產(chǎn)實時監(jiān)控及調(diào)度、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、工業(yè)電視、火災(zāi)報警、門禁等系統(tǒng)的智能聯(lián)動，綜合運用各類信息輔助決策，提高操作的可靠性、安全性以及工作效率。同時，在水調(diào)應(yīng)用方面部署水情遙測數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，用于接收遙測站網(wǎng)數(shù)據(jù)或從遙測接收數(shù)據(jù)庫提取水情數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、診斷信息等，部署水文數(shù)據(jù)交換與報汛服務(wù)模塊，用于接收水文交換網(wǎng)數(shù)據(jù)，并按對象方式把數(shù)據(jù)通過API接口寫入系統(tǒng)平臺，由系統(tǒng)平臺完成數(shù)據(jù)同步、入歷史庫，并根據(jù)報警策略生成報警。

2 系統(tǒng)集成設(shè)計

集控中心計劃第一期接入11個電站，均為中小型水電站，監(jiān)控系統(tǒng)的廠家也各不相同，各電廠的畫面風(fēng)格和點表特征多種多樣。集控中心在畫面設(shè)計上采用統(tǒng)一的風(fēng)格，將各廠的典型特點糅合一起，以統(tǒng)一的樣式對監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和控制。在數(shù)據(jù)建模方面，采用提前規(guī)劃好的數(shù)據(jù)編碼和對象樹層次，利用iP9000面向?qū)ο蟮奶攸c對各電廠的設(shè)備進(jìn)行歸類劃分，完成一套統(tǒng)一、全面、科學(xué)的建模方案。

系統(tǒng)集成實現(xiàn)各個應(yīng)用系統(tǒng)擁有風(fēng)格統(tǒng)一的門戶界面、擁有全線統(tǒng)一的身份認(rèn)證體系，從而最終使各個應(yīng)用系統(tǒng)的在界面展現(xiàn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、功能實現(xiàn)、數(shù)據(jù)集成等多個方面形成一個符合總體設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的一個有機(jī)整體，充分滿足系統(tǒng)在整體表現(xiàn)效能方面的要求，并能較大程度地提高監(jiān)盤效率，減輕運維人員負(fù)擔(dān)。

3 高級功能設(shè)計

3.1 經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制

經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC）的任務(wù)就是按照給定的流域發(fā)電目標(biāo)綜合考慮電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡要求、各水電站機(jī)組特性等眾多因素，進(jìn)行梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度和實時負(fù)荷分配，其目標(biāo)是在完成省/州調(diào)下達(dá)的梯級流域發(fā)電總有功指令的同時，制定水庫優(yōu)化運行策略，始終維持梯級水電站在最小耗能狀態(tài)，提高水電站水庫的水能利用率[3]，達(dá)到經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制的目的。

對于處于同一流域上的多級水電站，且電站之間存在水的聯(lián)系的情況，梯級水庫具有一定的防洪庫容，則考慮省/州調(diào)按梯級流域給定總發(fā)電有功功率（調(diào)度曲線或給定值）的模式。恩施集控中心接入的郁江流域的電站具備經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制的條件，因此設(shè)計在iP9000智能一體化平臺的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)郁江流域的經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制試點應(yīng)用，對處于郁江流域的龍橋、云口、長順3個電站實時分配流域負(fù)荷并動態(tài)控制梯級水位，對各電站進(jìn)行自動發(fā)電控制（AGC）來調(diào)整負(fù)荷。

圖3 恩施集控郁江流域EDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 多廠站系統(tǒng)數(shù)據(jù)智能同步

在廠站側(cè)具備IEC104擴(kuò)展單邊點表功能的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)可智能、自動實現(xiàn)與廠站側(cè)配置信息文件的快速同步。廠站側(cè)如有修改數(shù)據(jù)庫、點表等信息時，可快速便捷地通過單邊點表的傳輸方式送到集控中心，完成數(shù)據(jù)的智能同步和自動對點。

3.3 視頻聯(lián)動

電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)在重要信號動作時發(fā)出聯(lián)動信號，如機(jī)組開停機(jī)，聯(lián)動應(yīng)用模塊在收到通知后啟動視頻聯(lián)動流程，視頻子系統(tǒng)通過服務(wù)接口轉(zhuǎn)動攝像頭聚焦至預(yù)設(shè)位置。iP9000智能一體化平臺對視頻服務(wù)平臺提供的API接口進(jìn)行二次開發(fā)，將管理信息大區(qū)的視頻監(jiān)視功能與生產(chǎn)安全I(xiàn)區(qū)的控制與調(diào)節(jié)功能緊密結(jié)合起來，讓命令的反饋可以更清晰明確傳達(dá)運行人員，不僅能夠通過報警信息模塊提示返送的信號，也能更直觀地看到設(shè)備的實際動作，對各設(shè)備運行安全監(jiān)視也達(dá)到了時時關(guān)注的狀態(tài)，可以提前預(yù)知不良情況。

4 結(jié)論

國電恩施水電開發(fā)有限公司建設(shè)的集控中心采用iP9000智能一體化平臺實現(xiàn)Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)的統(tǒng)一部署，電調(diào)、水調(diào)等多系統(tǒng)統(tǒng)一管控，是我國中小型水電站集群跨流域遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制的一次較大規(guī)模的建設(shè)，促進(jìn)了水電領(lǐng)域多系統(tǒng)智能管控一體化技術(shù)的發(fā)展。