水电站辅助系统智能一体化平台的设计

徐卫中，戴建军，陈 勤

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200)

1 问题的提出

近年来，随着全球能源趋紧和生态问题的日益突出，许多国家都在探讨绿色可再生能源的开发与利用.作为极具开发价值的清洁能源，水利资源的高效利用对于填补世界范围内的能源缺口意义重大.根据2011年美国国家能源信息管理局发布的能源展望报告，预计从2008-2035年，全世界可再生能源发电量将达到4.6亿kW·h，而水利发电更是贡献了其中的一半以上.

随着水电站规模的不断扩大以及信息技术突飞猛进的发展，越来越多的自动化、信息化系统被应用到电站当中，水电站系统的内部结构也变得日益复杂.由于传统水电站中各个子系统的结构和功能相对独立，存在着软硬件结构异构、网络传输协议不一致及数据库不兼容等问题，无法直接完成系统之间数据的传输和交换，互操作性很差，信息共享度很低，造成众多“信息孤岛”的产生，严重影响了电站的整体运行效率，也增加了工作人员日常维护的工作量和难度.经过实地调查分析，文章总结出水电站信息化系统主要存在以下几个方面的问题：

(1)各辅助子系统之间的数据传输和信息交互困难，互操作性很差.

(2)第三方软件接入困难，必须通过专用的接口才能实现第三方软件的接入.

(3)各子系统之间的功能存在冗余现象，造成了相当程度的资源浪费.

因此，提高各子系统之间信息交互的自由度，实现整个发电站系统的智能一体化成为了当前亟待解决的问题.随着计算机领域的组件技术、跨平台技术、虚拟主机等新技术的发展，关于自动化系统标准化、一体化、开放化的研究也日渐深入，很多技术成果在电力系统领域已得到了广泛的应用.辅助系统智能一体化平台使不同厂商、不同型号的数字化设备实现无缝通信对接，完成信息交换及协同操作功能，以统一标准分方式实现站内外信息交互和共享，优化电站调度，从而提高了电站的运行效率.

2 一体化平台的总体结构

辅助系统智能一体化平台构建的目的是为了解决电站内各信息化子系统之间的集成问题，不仅为电站的管理提供了新的手段，而且对电站运行的安全性和可靠性提供了全方位的支持.平台采用B/S架构搭建了统一的数据平台，将电站内各个独立系统的数据进行整合并集成，实现控制的联动及信息的共享，完成对信息化设备全方位的监控管理.一体化平台可以统一处理各个子系统的监测和报警信号，实现视频系统与SCADA系统间的操作联动，改变了以往辅助系统之间独立设置、独立运行、监测信息不共享的状况，提高了电站的智能化运行管理水平，使电站的整体运行更为安全可靠.

智能辅助系统一体化平台在结构上分为三层，分别为数据库层、数据采集层和应用系统层.数据库层用于存储并处理数据.数据采集层利用协议映射模型，将所有数据转换成符合TCP/IP协议标准的格式，构建一个统一的数据平台，将监测数据上传至传输通道，通过智能电子设备的透明转发，将数据包送入应用系统层.应用系统层可以灵活地从一体化平台中读取数据并进行统计和分析，输出相应的实时数据、报表等信息，由Web服务器进行发布.

各层之间的关系(见图1).

图1 总体结构图

3 一体化平台的硬件设计

结合水电站运行维护的实际需求以及智能辅助系统一体化平台的总体设计思路，该平台的硬件配置主要包括以下几部分：工作站(2套)、服务器(2套)、Web发布服务器(1套)、网络存储设备(1套)、以太网交换机(2套)、环境监测前端采集控制装置(4套)、地下厂房水淹系统(1套)、电源状态监视系统(1套)、网络高清球形摄像机(2套).硬件结构(见图2).

图2 硬件结构图

智能一体化平台集成了各个子系统的重要数据，并在一体化主机上进行统一显示.主要集成闸门监控系统、图像监控系统、水淹厂房监测系统、环境监测系统、消防监控和火灾报警系统、DTS系统、水情测报系统等.通过一体化平台实现各个独立子系统之间的功能联动，达到图像智能分析、多系统报警联动、多形式可视化展示等功能，为电站安全生产提供直观、高效、智能的辅助管理手段.

4 一体化平台的软件设计

一体化平台采用多任务的Windows操作系统，通过GE的Cimplicity工控组态软件完成电站内各辅助系统主机之间的数据连接和交换，同时将监控数据存储至数据库服务器，并通过该工具软件生成人机交互界面.综合数据库采用Microsoft SQL sever，通过数据库软件的开发，实现数据录入、查询、检索、报表生成等功能.

一体化平台软件功能框图(见图3).

图3 软件功能图

4.1 虚拟主机技术

随着电站里的各个子系统分批次、分阶段的建设，电站所使用的计算机越来越多，操作系统也各不相同，如Windows2000、Windows xp、Windows7系统等，不同的计算机不同的操作系统大大增加了管理和维护的难度.因此，计算机集中式管理显得尤为重要.虚拟主机又被称为虚拟服务器，是一种能够在一个服务器上运行多个网站或者应用的计算机技术.虚拟主机技术主要应用于Http、Ftp、Email等多种网络服务，能够将服务器的服务内容在逻辑上划分为多个服务单元，将服务端等效为多个外部服务器，因此可以较大幅度地降低服务器的硬件开销、通讯服务费用以及网络维护成本.利用虚拟化主机技术，多个虚拟机可以在同一台物理主机上运行，改变了“一台服务器、一个应用”的固有形式，减少了电站物理主机的数量，保证了电站机组运行的高可靠性，同时管理效率也大大提升.

4.2 Web发布功能

通过开放的J2ee技术，采用Oracle开源的Glassfash软件平台实现Web信息发布.Web浏览器的使用是基于Http超文本协议的Html超文本模式语言，其标准化的界面表达独立于客户端软硬件平台，可以极大地节省客户端人机界面维护工作和使用人员的培训费用.因此，电站工作人员可以方便地使用浏览器对各信息系统的数据进行浏览、查询和管理，打通了过去各个独立子系统之间的“信息孤岛”，实现了设备之间的信息交互与共享，提高了数据监控的效率和实时性，大大减轻了电站管理人员的工作强度.

4.3 Troubleshooter的应用

Troubleshooter强大的数据分析能力能够帮助用户获得控制过程可能的原因和变化，自动从数据中获取规则，辅助分析变量之间的相互关系，将各种信息有机融合起来，充分挖掘数据的内在联系，建立起可靠的模型，这对于提高电站发电效率，提升电站的经济效益潜力巨大.

5 结 语

辅助系统智能一体化平台秉持先进、安全、开放、易维护的设计原则，实现了电站内各种信息的融合与共享.软硬件平台采用通用化、系列化的标准产品及标准的接口，方便系统的二次开发，符合电站系统智能一体化的发展思路，加速了电站的自动化改造进程，这对于电站的高效运行、优化调度、科学管理都具有非常重要的意义.

本文所提出的的一体化平台设计方案，已经应用于桐柏抽水蓄能电站，而且也达到了预期的设计目标.当然，该平台还有待在电站自动化工程实施中不断扩展和完善，进一步提高电站的运行效率，使得科技的创新真正造福于民.

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