智能化水电站设计关键技术研究

李彦

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

智能化水电站设计关键技术研究

李彦

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

随着近几年智能变电站的推广和普及，智能化水电站的建设也在逐步发展。文章对智能化水电站建设中的关键技术进行分析和讨论，包括智能化水电站的纵向架构和具体实施中亟待解决的问题。

智能化水电站 智能电网 网络化

自2009年构建以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网的目标提出，作为智能电网的节点，智能化变电站的建设便慢慢提上进程。经历了1年的研究试点阶段，5年的全面建设阶段。智能化新技术在智能变电站的运用中得到了更优的改进和提升。借鉴智能化变电站积累的宝贵经验，随着水轮发电机调速器、励磁等水电站辅助设备数据的网络传输标准化，智能化新技术的优化推动，智能化水电站的建设也在逐步开展中。

1 智能化电站的总体方案

传统常规水电站系统的纵向架构一般分为完成全站集中监控任务的电站级控制层和完成机组、开关站和公用设备等监控任务的现地控制单元层两层。现地控制层负责通过二次电缆收集各自范围内设备的数据信号和状态信号，利用光缆传输至电站级控制层。电站级控制层收集和分析各现地控制层上送的信号，实时监测和传递下达各种命令。电站系统的横向架构则将电站的生产管理分为了面向运行人员的控制生产大区（安全I区和安全II区）和面向管理人员的管理信息大区（安全III/IV区）。

智能化水电站系统的纵向架构则是基于水电公共信息模型，网络化传输方式，分区构建了一个具有全局模型访问功能的智能一体化平台。将传统常规水电站系统横向架构的每个区域均设置一个智能一体化平台，同时将各部分网络有机结合起来，构成了全站统一的一个智能一体化平台。智能一体化平台的数据信息由电站间隔层通过统一的数字化网络传输，并遵循IEC61850标准。智能化水电站系统纵向架构由负责协调和管理各现地单元层工作、收集有关信息并作处理和存储的站控层，负责数据采集、安全运行监测和传输信息的间隔层以及负责接受一次设备传输信息量（包括电气量、非电气量和开关量）并同步处理的过程层三层构成。过程层数据需符合标准协议，并通过通信总线传送到间隔层及站控层。

由智能化水电站纵向架构可看出，区别于传统常规水电站，智能化水电站将电站各个分散独立运行的厂家信息收集标准化，通信规约统一化，全站信息共享化了，各类厂家的系统不再存在以往传统模式的孤岛化运行，同时通过网络可以直接采集到所需的多样化数据，大大提高了电站运行的可靠性和高效性。

2 智能化电站的实施方案

从电站智能化总体方案可看出，智能化水电站完全区别于传统常规水电站。具体实施起来亟待解决的问题主要有以下几个方面：

首先，过程层设备数据的收集问题，传统的水电站通常利用二次电缆直接现地采集和传输从电磁互感器变换后的电气量。而智能化水电站却无法直接在现地一次设备上采集数字信号并传输，目前常规的解决方案是在设备现地加装一个信号处理装置，一方面能接受一次设备传送过来的电气量，同时又能将之处理成数字信号后，再按特定格式转送入电站间隔层网络。

区别于智能变电站，智能化水电站过程层中最重要的设备是励磁设备和调速器设备。目前大部分已投产和正在运行的励磁设备、调速器设备均未考虑过电站智能化的特殊要求，即在配置网络接口和同步对时接口等方面未作长远考虑。基于此种原因，我们通常对于无法直接接入电站智能一体化平台的这部分未完全改造设备，设备数据在经过现场统一传输后，暂按IEC61970规约标准，但最终仍以遵循IEC61850协议传输的方式，送至电站智能一体化平台数据中心，由智能一体化平台数据中心统一对外发布各种共享数据和进行综合决策分析。据笔者了解到的某些励磁厂家，最新设备的升级已经由以前需要单独增配智能电子装置来协调信息量数据的网络传输方式，转变到了直接将此功能集成于设备芯片之内，设备数据输出同常规方式一样，可以直接将转换后的数据传输到电站智能一体化平台上的方式。

其次的问题在于常规水电站现地控制单元对于数据的采集是电缆传输，直接收集。点对点带来的好处在于每个设备的信号输出端子都直接接至现地控制单元信息点表模块上，这对于电站运行人员来说，直观明了，便于运行操作和设备维修维护。而智能化水电站的全站数据抛弃了常规电站数据传输的模式，大部分采用网络化传输，虽然节省了大量二次电缆，但同时也带来了新的问题。大量数据汇合到智能一体化平台，均无相对应的硬件地址和定义，如何处理全站如此庞大的数据信息，监控系统厂家提出了虚端子的概念。对应于常规的实端子，将智能化水电站所有网络采集到的遥测、遥信、遥调数据及一部分遥控数据，装置内部软信号数据等分别配置相对应的虚端子地址。由监控厂家编制统一的信息点表，将过程层设备名称，装置背板开入，工程信号描述，过程层设备虚端子描述，数据流向示意，间隔层装置虚端子描述，间隔层设备名称等信息均在后台系统中依次对应建立起来，便于后台的汇总整理和操作。然而笔者个人认为全站实时产生的数据不仅规模上庞大，同时网络化传输带来的数据的稳定性、随机性、可靠性等问题仍值得进一步探讨，怎么样能够获得精确和精准的数据信息，仍将成为今后智能化水电站亟待解决的又一新问题。

区别于传统水电站的设计思路，智能化水电站采用新型物联网技术，将多个系统统一和联合起来，用以实现全站工业电视、消防、防误、巡检等系统的联动。工业电视系统、消防系统、防误系统、巡检系统分别将各自信息送到电站管理信息大区中安全Ⅲ区的智能一体化平台上，并同时接受智能一体化平台的联动信息。电站发生事故时，工业电视系统自动切换至所需的画面，门禁系统联动关闭相应防火门并开放逃生通道，同时联动消防系统开启雨淋阀及相应设施并发出报警。每个系统都需要提供准确的基本数据，并随时接受智能一体化平台下达的联动命令。这不仅大大提高了电站运行的可靠性和工作效率，同时对联动系统中每个厂家的设备数据接口稳定性、命令执行响应的快速性要求更加严苛。

电站智能化建设带来了不同于传统电站的多方面的改进和创新，具体实施起来仍有很多细节问题需要解决。除了上面提出的几点，还包括智能化水电站的一体化管控支撑技术、全站安全预警技术、状态监测及状态检修智能决策评估技术、电站运行、站网协调控制仿真技术等等。

3 结 语

随着信息技术不断的进步，水电站智能化将逐渐成为继变电站智能化后又一发展趋势。拥有一次设备智能化、二次设备网络化、信息管理标准化、运行效率最优化等优点的智能化电站的推广建设将促成水电站设计、建设的全面升级。不仅提升了电站整体的运行效益和社会效益，也为进一步发展建设智能电网，打下了强有力的支撑基础。

[1]蔡卫江，等.数字化水电站中智能水轮机调速器的设计思路[J].电气技术，2010，（8）：43-46.

[2]冯汗夫，等.智能水电站建设的思考[J].计算机监控技术，2010，34(6)：1-5.

[3]张毅.水电厂智能化技术发展趋势与应用[J].水电站机电技术，2013，36(3)：1-5.

2017-01-07）

李彦（1983-），女，湖南长沙人，在职研究生，工程师，目前从事电气二次设计工作。