清江梯级智能对象化水电调平台系统设计

黄天东，贺　徽，黄　帆，宋远超，吴　刚

（1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010；2.湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000）

清江梯级智能对象化水电调平台系统设计

黄天东1，贺徽1，黄帆2，宋远超1，吴刚1

（1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010；2.湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000）

摘要：文章简要介绍了湖北清江水电开发有限责任公司梯级调度中心自动化系统的现状及存在的主要问题，针对系统反映出的问题，设计了基于统一平台开发的智能对象化水电调平台系统，并详细介绍了新系统的系统结构、软件设计、硬件配置以及新、老系统交替的具体实施方案。希望能够对梯级调度系统的智能化设计提供有益借鉴。

关键词：清江梯调；智能对象化；水电调平台

0　引言

清江梯调中心负责对所属的水布垭、隔河岩、高坝洲3个水电站的统一调度控制，主要包括有电调自动化系统、水调自动化系统及水文预报系统等。

清江梯调中心现有的自动化系统目前主要存在如下几方面的问题：

（1）统一性缺乏

梯调中心现有的电调自动化系统、水调自动化系统及水文预报系统等由不同的设备厂家供货且均自成一体，少有考虑为其他操作系统或业务平台预留接口，使得系统的整体性和协调性存在不足，各类业务应用之间数据信息共享困难，业务流程之间无法形成有效互动，也限制了梯级水电站群水、电一体化协调优化调度的客观需求。

（2）可靠性降低

计算机监控系统投运时间（2000年投运，2006年进行了部分升级）较长，设备不断老化、备件供应困难，系统的可靠性降低。系统功能和界面友好性还存在不足，整体功能还有较大的提升空间。

（3）系统落后

梯调中心现有水调作业、水务计算、WEB服务等系统投运时间（2002年投运）较长，部分应用已无法在主流软硬件平台运行，存在安全隐患；水调作业、水务计算、会商、洪水预报、GIS演示、报表等系统分别由不同厂家或自主研发，平台多样化、接口不一致、采用的技术落后于现主流水平；缺乏水库调度、系统软件监视等预警功能，优化调度工具不足，制约了清江流域梯级水电统一调度和值班运行水平的进一步提高。

从流域水电站群优化运行的全局角度考虑，采用统一、开放的国际通信标准和信息建模标准，设计建造一套智能对象化水电调平台系统，将原来分散的电调和水调的监视、控制、预警和作业系统进行优化设计和基于统一平台开发，利用先进的面对对象的方法对数据库组态，对监视、报警和预警进行智能的优化，形成高度一体化且开放的智能调度与控制系统是可行的且必要的。

1　系统总体设计

1.1系统总体框架

清江梯级智能对象化平台系统设计采用先进的、科学的信息技术搭建系统总体框架，系统逻辑构成包括应用服务、应用支撑平台、基础硬件平台、系统保障环境和系统运行环境等5部分，系统总体框架如图1所示。

（1）应用服务

应用服务是用户直接使用的与业务有关的各服务集合，主要包括：流域远程集中监控与经济运行应用、水库调度与经济优化应用、决策支持与信息发布应用等相关服务组件，相关服务组件需提供服务接口供其他应用调用。

图1系统总体框架

（2）应用支撑平台

应用支撑平台是以应用服务器、中间件技术为核心的基础软件技术支撑平台，其作用是实现资源的有效共享和应用服务的互连互通，为应用系统的功能实现提供技术支持、多种服务及运行环境，是实现应用系统之间、应用系统与其他平台之间进行信息交换、传输、共享的核心。

应用支撑平台主要功能包括：完成系统实时、历史数据存储和管理，并对相关服务提供根据对象进行索引的数据存储、访问接口；完成数据的跨区同步；提供统一的智能报警平台；提供统一软件接口规范和软件管理规范，为相关服务软件提供松耦合的运行环境；完成控制、调节指令管理和传输等。

（3）基础硬件平台

基础硬件平台由相互独立的分布在安全I区、安全II区和信息管理大区(安全III区)的3套计算机基础平台组成，每套计算机基础平台由服务器、工作站、网络设备等组成。

（4）系统安全保障

严格按照《电力二次系统安全防护规定》的要求，对清江梯级智能对象化平台系统进行安全区的划分工作，安全区之间进行安全隔离。针对不同安全区的特点采取不同的技术及管理手段，构建一整套有针对性的安全防护体系。

（5）系统实体环境

系统实体环境负责为信息采集、传输、存储、管理、应用系统提供高效、安全、稳定、可靠的实体环境保障。

1.2系统业务部署

在安全I区、安全II区和管理信息大区均部署智能对象化水电调平台，实现统一的运行支撑平台，以及跨不同安全区的自动信息双向同步，为操作员提供一致性的操作界面，并降低系统维护的难度和工作量。

（1）在安全I区的智能对象化水电调平台基础上，部署流域远程集中监控应用，完成流域水电站群远程集中监控系统的所有功能。在此基础上，部署自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、经济调度控制(EDC)、智能诊断、智能设备运行监视等智能应用组件，实现计算机监控系统的各类高级应用功能，作为流域经济运行系统的组成部分。

（2）在安全II区的智能对象化水电调平台基础上，部署水调自动化应用。在此基础上，部署洪水预报、中长期水文预报、洪水调度、发电调度、水库水情智能预警、智能诊断等智能应用组件，实现水调自动化系统的各类高级应用功能，也作为流域经济运行系统的组成部分。

（3）在管理信息大区的智能对象化水电调平台基础上，部署WEB发布、流域水情测报系统、水文数据交换与报汛服务、智能诊断应用组件，在此基础上，部署洪水预报、中长期水文预报、洪水调度、发电调度等智能应用组件，实现水调自动化系统的高级应用功能，支持采用WEB方式完成会商决策和优化调度作业。

清江梯级智能对象化水电调平台系统业务部署方案如图2所示。

图2清江梯级智能对象化水电调平台系统业务部署方案

1.3系统外部接口

安全I区的远程集中监控系统主要完成梯级电站运行信息的采集、传输，并与华中网调电调自动化系统通信，上送梯级电站发电信息，并接收其调度及控制指令。安全II区的水调自动化系统需要采集水情、水文、气象信息，并与华中网调水调自动化系统通信，完成发电计划上送等功能。其中水情、水文、气象信息通过信息管理大区平台接入。清江梯级智能对象化平台系统与这些外接系统分别通过安全I区、安全II区和信息管理大区平台接口。

安全I区电调自动化系统将和以下外部系统接口：

（1）华中网调电调自动化系统；

（2）水布垭电站计算机监控系统；

（3）隔河岩电站计算机监控系统；

（4）高坝洲电站计算机监控系统。

安全II区水调自动化系统将和以下外部系统接口：

（1）华中网调水调自动化系统；

信息管理大区将和以下外部系统接口：

（1）水情遥测子系统；

（2）水情交换子系统；

（3）气象子系统。

2　系统软件设计

2.1应用支撑平台软件设计

应用支撑平台软件设计分为面向对象平台和服务总线两部分。

（1）面向对象平台设计的内容包括：采用面向对象的方法组织整合实时数据、历史数据、报警、调节与控制操作，确保各工作站界面信息完全一致；提供相应的本地API接口，通过对象可索引得到该对象的数据属性、报警属性和操作属性，根据需要提供相应的服务接口，用于软件管理和给其他应用提供服务。

面向对象平台完成数据、报警在各节点间的同步与传输（含II、III区同步），向应用提供透明数据访问，各应用不再关心数据来源、存储位置。此外，面向对象平台还具备硬件资源监视模块，负责监视各硬件资源并具有在异常时报警的功能。

（2）服务总线需规定各服务所采用的接口规范，提供服务注册、索引等服务管理服务。各软件模块需提供服务接口，并注册相应服务到注册管理器，其中必须通过服务软件管理接口，主要提供启、停和配置管理与装载功能；根据需要对外提供相应应用服务接口。

2.2应用系统软件设计

应用系统包括：

（1）人机界面

人机界面采用面向对象的信息组织和展示方式，界面应简单清晰，操作方便。

（2）服务管理

主要实现服务管理、注册、检索、启停等功能。

（3）智能维护

系统平台和各服务软件具备智能维护和版本控制功能，包括智能管理相关数据修改。

（4）智能诊断

具备智能诊断功能，所有的硬件、软件均建立相应的诊断模型，诊断数据作为系统基础数据采集，供智能诊断的软件获取状态信息，进行诊断和分析，在相关模块运行异常时进行报警。

（5）电站、系统设备通信

通信服务通过IEC104、CORBA、SNMP等通信协议与外部系统通信，获取外部系统数据并通过API接口写入系统平台，由系统平台完成数据同步、入历史库、并根据报警策略生成报警。

（6）AGC服务

AGC需具备常规策略所有功能，如躲振动区、电网和机组安全策略、优化分配等。AGC软件具备自诊断功能，构建自诊断模型并实时更新自诊断数据。

（7）AVC服务

AVC需具备常规策略所有功能，如电网和机组安全策略等。具备相关评价和分析功能，具备智能参数优化功能。软件具备自诊断功能，构建自诊断模型并实时更新自诊断数据。

（8）EDC服务

EDC服务包括：EDC软件优化功能；EDC策略的执行复核、预警、设备安全运行、经济运行评价功能；电网潮流的影响以及相关功能设计。

（9）水情遥测数据服务（管理信息大区）

接收遥测站网数据或从遥测接收数据库提取水情数据、设备数据、诊断信息等，对数据进行处理。

（10）水文数据交换与报汛服务（管理信息大区）

接收水文交换网数据，对数据进行处理。

按照水文规范向上级防汛部门报送流域及梯级枢纽水情、工情。

（11）与电网调度水调平台D5000水调主站通信

按照电网规范向电网报送流域及梯级枢纽水情、工情；接收电网数据，对数据进行处理。

（12）水务计算与水调作业

对流域梯级水库的发电、降雨、水位、出入库流量等水务信息进行自动计算处理，完成流域水库的水务计算。

（13）智能设备运行监视

智能设备运行监视服务是一个开放的设备监视智能策略实现平台，根据设备特点开发相关设备对象（如轴承、水轮机等）智能设备监视策略，实现对设备的运行状况进行监视。具备反演功能。

（14）报表（III区）

根据需要自动生成电力和水库调度报表，并提供WEBservice接口进行人机交互。

（15）防洪调度（II区和III区）

以实时洪水预报成果为基础，根据水库特征、工程与电网情况以及上级防汛部门的要求等，制定水库防洪调度方案、风险分析以及提供防洪形势分析与防洪决策的辅助计算，为水库防洪调度会商提供支持，并利用图形报表向用户提供实时防洪调度方案信息。

具备洪水调度过程演算、仿真功能，具备预评估、敏感性分析和后评价功能。

（16）发电优化调度（II区和III区）

根据流域梯级水电站的运行及来水预测情况，根据经济调度原则，在满足安全生产及枢纽工程调节性、水电站水力电力联系等约束条件下，制作短、中、长期（也可以自行灵活设定计算日期）发电计划或水库调度方案，在梯级水电站之间进行发电流量或负荷的合理分配，使得梯级总发电量最大、总发电效益最大或者耗水量最小。

（17）信息发布与查询（III区）

提供信息发布、会商、优化调度、防洪调度等WEB作业平台，III区相关作业人机交互和业务流程采用B/S技术实现，即人机交互在WEB上进行。

（18）手机数据服务和短信服务

开发手机应用客户端软件和服务器端软件，客户端软件必须支持IOS、Android、WP等平台，支持用户分级权限管理。具备短信接口，用于报警和信息查询。

（19）水库水情智能预警

根据拟定的策略，充分考虑发电、水情、气象预报和其他各限制条件等相关因素，对水位过程线、水位、雨量及流量进行监视、演算，异常时立即报警。

（20）网络监视和二次安防监视服务

对系统平台和系统与外部通信网络进行监视，采集二次安防设备日志和报警信息，在异常时及时报警。

（21）商用数据库平台

数据库具备完全独立双机冗余功能。数据库应能在双机之间自动同步，故障时自动完成双机切换。监控系统平台具备数据库软、硬件监视和诊断功能。

3　系统硬件配置

为了确保系统长期运行的可靠性和稳定性，基础硬件平台采用全开放的分布式体系结构，系统功能分布在不同的节点计算机中，各服务器、工作站实现功能分担及数据分散处理，对于重要的功能节点，计算机采用冗余化配置。

安全I区、安全II区内计算机局域网按冗余结构设计，管理信息大区内计算机局域网按单网结构设计，网络介质采用光纤或双绞线，通信规约采用TCP/IP协议，遵循IEEE 802.3标准，网络的传输速率不小于1 000Mb/s。安全区之间按照《电力二次系统安全防护规定》的要求，通过隔离装置相连接。基础硬件平台总体结构图参见图3。

3.1安全I区基础硬件平台配置

安全I区基础硬件平台采用2台千兆以太网交换机构成冗余主干网络，各功能节点计算机通过网络互连，计算机节点及网络设备具体配置如下：

2台应用服务器；

2台历史数据库服务器；

3台操作员工作站；

1台智能诊断与智能监视服务器；

1台工程师工作站；

6台电厂通信服务器；

2台调度通信服务器；

1套GPS对时装置；

2台主干网交换机。

3.2安全II区基础硬件平台配置

安全II区基础硬件平台采用2台千兆以太网交换机构成冗余主干网络，各功能节点计算机通过网络互连，计算机节点具体配置如下：

2套数据库服务器（含磁盘阵列2套）；

2台应用服务器；

2台水调工作站；

1台会商工作站；

2台华中水情通信服务器；

2台信息管理大区通信服务器；

2台主干网交换机。

3.3管理信息大区基础硬件平台配置

管理信息大区基础硬件平台采用1台千兆以太网交换机构成主干网络，各功能节点计算机通过网络互连，计算机节点具体配置如下：

2台数据库服务器；

2台应用程序服务器；

2台WEB发布服务器；

1台水情遥测系统通信机；

图3基础硬件平台总体结构图

1台水情交换系统通信机；

1台气象系统通信机；

2台安全II区通信服务器；

1台主干网交换机。

4　系统改造实施方案

在清江梯级智能对象化水电调平台系统改造过程中，在新系统的网络设备和服务器投入运行后，将形成新、老系统共同运行的过渡期。为了新、老系统安全、平稳过渡，可采用以下过渡方案：

过渡期内，新、老系统同时运行，彼此独立。依次对3个梯级电站进行接入，将电站侧梯级电站与梯调中心通信接口由原来的1套增加为2套，以便梯级电站能同时向新、老两个系统同时传送数据，此时对梯级电站的控制以及与上级电力调度的通信仍由老系统完成，新系统对3个梯级电站只能监视不能控制，但可在新系统平台上测试对3个梯级电站的控制调节功能，充分验证新系统的运行稳定性。待新系统所有功能全部测试完成后，再将3个梯级电站的监控功能移至新系统上，由新系统对梯级电站进行监控，同时，梯级电站侧关闭对老系统通信接口，老系统退出运行。

5　结语

本文在设计方面以“安全可靠、经济高效、友好互动、绿色环保”的先进理念为指导，紧密结合清江梯调中心自动化系统的客观业务需求，从流域水电站群优化运行的全局角度重构自动化系统整体架构，科学、合理地规划各项建设内容及相关功能，采用统一、开放的国际通信标准和信息建模标准，设计建造一套使用方便、技术领先、功能完善、运行可靠的集操作、调节、监视、预警功能于一体的智能对象化水电调平台系统。

中图分类号：TV736

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）07-0005-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.002

收稿日期：2015-04-30

作者简介：黄天东（1966-），女，高级工程师，从事水电站机电二次专业设计工作。