水调自动化系统在梯级电站流域调度中的应用

唐晓剑

（湖南省永州盛湘电力开发有限公司潇湘水电站，湖南 永州 425000）

水调自动化系统在梯级电站流域调度中的应用

唐晓剑

（湖南省永州盛湘电力开发有限公司潇湘水电站，湖南 永州 425000）

以潇湘水电站为例，详尽介绍了水调自动化系统的基本构造和工作原理，分析了水调自动化系统在梯级电站流域调度应用中的重要作用和意义，为类似应用提供有益借鉴。

水调系统；基本构造；工作原理；调度应用

1 引言

潇湘水电站位于湖南境内潇水和湘江两河交汇处，为湘江干流流域规划中的第二个梯级水电站，地处永州市城市中心。设计安装4台13 MW灯泡贯流式机组，首台机组于2002年5月并网发电。

潇湘水电站投运的前些年，水库调度主要是根据水库和机组的有关特性及设计参数，凭借积累的运行经验开展，对上游水情的了解也是通过与上游电站有限的短信、电话联系实现，准确性、及时性、完整性都相对较差，不利于充分利用水源发电和防汛抗洪，也不利于整个流域的统一调度。随着湘江流域各梯级水电站的建成和电力行业技术信息化、自动化和大数据时代的不断推进，仅凭经验和电话、短信开展水库调度的方式已越来越不适应时代的要求。2014年11月，按照电网调度机构的要求，潇湘水电站配置投运了水调自动化系统，提高了水库调度的科学化和自动化水平。通过几年的运行证明，该系统对梯级电站流域水库调度具有重要意义，在水电站防汛抗洪和提高发电效益方面取得了很好的效用。

2 水调自动化系统的基本构造和工作原理

潇湘水电站水调自动化系统采用南京南瑞集团水利水电技术分公司产品，与湖南省电力公司永州地调水调系统中心站进行网络连接，电站设分中心站和工作站，分中心站设置在专门的机房，工作站设置在电站的运行中控室。

2.1 系统总体结构

（1）系统网络结构见图1。

图1 系统网络结构图

（2）系统软件结构图见图2。

图2 系统软件结构图

（3）数据流程图见图3。

图3 数据流程图

2.2 系统介绍

潇湘水电站的水调自动化系统主要由水情遥测采集系统和水调平台系统组成:

（1）水情遥测采集系统主要负责实时采集各类水位、流量数据和机组、闸门运行数据，包括4部分：①通过遥测装置采集上游潇水支流双牌电站尾水和湘江东安绿埠头的水位流量信息（遥测通信采用移动短信方式）；②由永州地调水调系统中心站从地调EMS系统中采集并转发水电站的机组出力数据；③通过水电站的水位测量装置采集电站的上、下游水位；④通过与大坝闸门监控系统的联网，自动采集闸门开度数据（也可手工录入）。

（2）水调平台系统主要由计算机网络系统、基本应用软件平台和高级应用软件等3个部分组成。潇湘水电站的水调自动化系统采用南瑞开发的WDS9002应用软件平台，由网络数据服务、数据采集、数据处理、水务计算、数据库管理、通信传输、人机界面、系统维护、人机界面编辑、web浏览系统、越限报警等十多个子系统组成，配置有遥测数据采集、数据处理、数据通信、水务计算、数据库管理等多个程序模块。

2.3 主要工作原理

（1）水调自动化装置通过水情遥测采集系统按设定的时间间隔采集到上游潇水双牌电站尾水和湘江东安绿埠头的水位、潇湘水电站的坝上、坝下水位、闸门开度和机组出力等原始数据。

（2）把采集到的原始数据根据不同的应用需求进行合理性校验，并进行分类、分层处理，包括实时数据处理和历史数据处理，实时数据处理软件实现将实时数据整理成时段、小时、日、旬、月数据，并支持手工重算功能。其中历史数据将数据统一整编为整点值、平均值、最大值、最大值时间、最小值、最小值时间，为系统提取数据提供了快速可靠的基础。

（3）通过水务计算程序自动计算出各类流量数据和机组运行数据。水务计算是将数据处理形成的时段水情数据和机组、闸门数据按照编辑好的算法，以水量平衡原理进行连续稳定计算，有自动计算和手动计算两种操作方式。这里必需事先将上游潇水双牌电站尾水和湘江东安绿埠头的水位流量曲线、潇湘水电站水位库容曲线、闸门开度泄流量曲线、水头出力流量曲线等特征图表编入水调系统数据库。其中潇湘水电站的坝前入库流量是根据出库流量和上游水位变化值反算得出，即Q入=Q出+△Q=Q发+ Q泄+△Q（△Q是根据水位库容变化的速度算出的流量差值）。

（4）将经数据处理和水务计算出的各类数据进行数据库管理，实现数据在线修改、数据统计、数据查询等功能。

（5）通过与永州地调水调系统中心站的网络连接（通过光纤通道连接，采用通信中间件ComIcServer和ComApp进行通信），向永州地调中心站上传数据，地调中心站通过电力调度数据网与省调中心站进行数据通信。数据通信系统分为通信客户端和通信服务端，其中通信客户端在水电站分中心通信服务器上运行，通信服务端在地调中心通信服务器上运行。

（6）通过人机界面子系统以图形、报表等方式展示电站水情、水务计算以及发电信息等，还可对水位、流量、闸门开度、机组出力、电量等实时和历史数据进行查询。

（7）通过系统维护子系统可以实现对实时、历史错误数据的修改，对缺项数据的补数，还可对水库、机组的静态特性曲线进行设置和编制。

3 水调自动化系统在梯级电站流域调度应用中的重要意义和产生的效益

潇湘水电站水调自动化系统自2014年11月正式投运以来，产生了可观的效益，对整个湘江流域调度具有重要意义。

3.1 对水电站水库调度的重要作用和产生的效益

（1）提高了对上游水情了解的及时性、准确性和完整性

潇湘水电站处在潇水与湘江两河交汇后的干流上，水源来自两条河流。电站水调自动化系统分别在上游潇水75km处的双牌电站尾水和上游湘江68km处的东安绿埠头设置了流量遥测站，每小时传送一次流量数据，流量从这两个遥测站所处河段到达潇湘水电站一般都需要8 h。这样通过水调自动化系统的遥测采集，可提前8 h掌握上游来水情况及其动态变化趋势。

（2）提高了电站的发电效益

通过水调自动化系统，电站可以及时准确掌握上游水情信息，优化水库调度，充分利用电站有效库容，在汛期尽量减少弃水，提高水能利用率，在来水偏少的枯水期，尽可能保持高水头运行，减少发电耗水率，从而获得最大的经济效益。

1）汛期减少弃水损失增加的发电效益

①汛期涨洪水时（流量超过电站全部机组发电流量且继续增加），通过水调系统的水情遥测掌握上游来水情况后，可提前8 h增开机组腾库，取得较好的腾库效益。每次涨洪水可提前增开机组腾库降低库水位0.3～0.7 m，取平均降低水位0.5 m计算，根据潇湘水电站的水位库容曲线，提前腾库容量为630万m3，按历年汛期平均发电耗水率65 m3/kW·h,计算，腾库增发电量为630/65=9.69万kW·h，经统计，2015年和2016年潇湘水电站汛期腾库增发电量见表1。

表1 2015、2016年汛期腾库增发电量

②针对潇湘水电站水库和机组特性，当洪水流量超过4 500 m3/s时，因开闸泄洪会造成停机，洪峰过后退水时，又可通过水调自动化系统及时了解来水减小趋势，及时蓄水开机发电，取得较好的拦尾峰效益。因水头低，按潇湘水电站每台机组退水时段只带0.4万kW的出力，4台机组共1.6万kW，若提前8 h蓄水发电，每次大洪水退水时拦尾峰增发电量为1.6×8＝12.8万kW·h。经统计，2015年和2016年汛期拦尾峰增发电量见表2。

表2 2015、2016年汛期拦尾峰增发电量

2）枯水期，通过降低发电耗水率增加的发电效益

枯水期，来水较小，通过水调系统可以实时掌握上游水情，合理安排机组运行方式，保持高水位运行，降低发电平均耗水率，增加发电量。经统计，投入水调自动化系统后，潇湘水电站2015年和2016年枯水期通过抬高水头，降低发电平均耗水率，节水增发电量见表3。

表3 2015、2016年枯水期增发电量

（3）保证了水电站的防洪安全

水电站投入水调自动化系统后，通过水情遥测采集系统可及时掌握上游洪水流量信息，提前泄洪腾库，降低库水位，有效保证防洪安全。如潇湘水电站2015年11月13日遇到了自1961年以来的最大冬汛，洪峰流量12 000 m3/s，电站通过水调系统掌握上游来水信息后，提前腾库降低了1 m多水位，从而确保了洪峰到达时上游水位控制在安全范围，洪水安全渡过电站大坝。2016年汛期潇湘水电站出现了20次3 000 m3/s以上，13次4 000 m3/s以上和2次6 500 m3/s的洪水，均通过水调系统平台及时掌握水情，提前腾库，确保了防汛安全。

（4）有利于水电站的生产精益化管理

①通过充分利用水调自动化系统的水文预报软件，结合天气预报进行电站来水预报，及时准确了解上游水情，并根据上游电站的下泄流量对水量进行分析，准确预报和及时修改发电计划，提高了电站的日计划执行率。

②水调自动化系统具有实时运行过程线、发电出力与计划分析对比、入库流量年比较、总电量年比较等图形、曲线展示功能，为定期开展发电运行分析和研讨工作提供了非常全面的技术支持。

③水调自动化系统具有水位、流量、出力等实时和历史数据查询功能，而且还能自动生成各类生产日报表、月报表、旬报表和年报表，有利于水文和发电生产统计工作

3.2 对整个流域调度的重要意义和产生的效用

潇湘水电站为湘江干流流域规化中的第二个梯级水电站，在永州范围内，上游潇水依次建有涔天河、双牌、五里牌、南津渡等水电站，上游湘江依次建有湘江和太洲水电站，下游依次建有祁阳、相祁等水电站，这些水电站现基本都投入了水调自动化系统，均与永州地调水调系统中心站进行了网络连接，这样通过水调自动化系统这个平台，提高了电网调度机构和政府防汛部门对整个流域电站统一调度的效率，取得了很好的效果。

（1）便于电网调度机构对同流域各梯级电站的发电统一调度

通过与整个流域各梯级电站水调自动化系统的联网，电网调度机构可以及时掌握流域各电站的水情、发电信息，从而制定科学的调度方案，合理安排各电站的发电计划，汛期还实现有效错峰，减少同一流域各电站的弃水损失。这样既提高了整个流域各级电站的发电效益，又通过水调自动化系统，让电网调度机构对小水电管理实现了可知、可控，改变小水电无序发电带来的不利影响，提高了电网安全运行水平。

（2）便于政府防汛部门对同流域各梯级电站的防汛联合调度

湘江流域各梯级电站已基本建成，每级电站都存在下游电站对上游电站尾水顶托的现象，在汛期涨洪水时，如果下游电站还保持较高水位发电,势必影响上游电站的泄洪，所以必须要联合调度，统一开闸泄洪，才能保证整个流域的防汛安全。通过水调自动化系统,政府防汛部门可及时掌握流域各级电站的库水位、流量情况，实现对各级电站的统一指挥，联合调度。如2015年永州市防汛抗旱指挥部就出台了一个流域联合调度方案，针对不同的洪水流量对各级电站的水位控制、提前开闸泄洪的时间等制定了明确规定，从而确保湘江流域2015年11月遇到的特大冬汛洪峰安全通过永州区域各梯级电站，保证了上、下游人民的生命财产安全。

（3）有利于同流域各梯级电站的水文信息共享

通过同流域各梯级水电站水调自动化系统的联网，可实现流域水情、发电信息共享，使各梯级电站及时掌握上、下游电站的机组运行方式和开闸泄洪情况以及水位、流量信息，从而及时调整本站的机组运行方式，调节好闸门，控制好水位，实现全流域各梯级电站的协同调度，互利共赢。

4 结语和建议

（1）水调自动化系统是一项涉及水文、通信、计算机及网络技术的系统工程，是水电站和电网水库调度自动化的重要组成部分，主要进行与水库运行有关的监视、预报、调度和管理。潇湘水电站水调自动化系统投入运行两年多的实践证明，该系统在保证水电站的防洪安全和提高发电效益，保证电网安全经济运行等方面发挥了重要作用，为充分利用清洁可再生能源，为国家节能减排、绿色发展做出了贡献。

（2）随着水调自动化系统在水电站的逐步推广应用，今后水调自动化系统将成为电网调度机构和政府气象、水文及防汛部门与水电站进行信息沟通的重要平台，是实行梯级电站流域防汛抗洪和发电生产联合调度的重要渠道，并将逐步推广短、中、长期水文预报和发电计划预报等高级应用。

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TV736

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1672-5387（2017）08-0037-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.012

2017-03-16

唐晓剑（1973-），男，工程师，从事水电站运行生产、水库发电调度等管理工作。