基于智能水电厂架构的白山防汛决策支持系统设计及应用

张金华，李继功，蔡 杰

（1.国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市 210003；2.白山发电厂，吉林省吉林市 132400）

基于智能水电厂架构的白山防汛决策支持系统设计及应用

张金华1，李继功2，蔡 杰1

（1.国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市 210003；2.白山发电厂，吉林省吉林市 132400）

为扩大白山发电厂数据信息的应用和共享范围，正确分析防汛形势，科学预测和预报其发展趋势，结合白山发电厂水库特性及防汛业务需求，在智能水电厂统一规划及设计的基础上建设了白山发电厂防汛决策支持系统，系统应用效果证明全面提升了防汛抢险应急指挥决策能力和效率，显著提高了防汛指挥调度水平。

智能水电厂；防汛决策支持系统；系统设计及应用

0 引言

我国洪水灾害频繁，损失严重，21世纪的防洪减灾面临着巨大的挑战，防洪减灾是一项长期而艰巨的任务。针对传统水电厂的地位和现状，黄其励提出了建设智能水电厂的必要性和可行性，描述了智能水电厂的内涵和特征[1]。根据智能水电厂建设的目标，刘观标等提出了智能水电厂的体系结构[2]。针对传统水电厂各自动化系统之间耦合关系不良等问题[3]，发展以信息化、数字化、标准化、一体化为主要特征的智能化水电厂已经成为了技术潮流。目前，国内多个水电厂及集控中心已经从自身的生产需求出发，建设了智能化水电厂或者开展了智能化水电厂规划设计。

智能水电厂防汛决策支持系统是智能水电厂专家决策支持系统的重要内容之一，是面向防汛决策指挥的防洪减灾非工程措施，利用计算机技术、管理科学与工程、系统工程以及防汛等领域的科学技术等，在计算机网络环境下建立的协助决策者完成决策的一个计算机应用软件系统[3]。系统的实施将扩大数据信息的应用和共享范围，为正确分析防汛形势、科学预测和预报其发展趋势，提高防汛指挥调度水平打下良好的基础，从而达到全面提升防汛抢险应急指挥决策能力和效率的目的。

1 电厂概况及防汛任务

白山发电厂位于吉林省桦甸市，集控中心位于吉林市，由一厂、两坝、四站构成，工程以发电为主，兼有防洪、养殖等综合效益，总装机容量200万kW，其中白山电站常规机组容量150万kW，抽水蓄能机组容量30万kW，红石电站装机容量20万kW，为东北电网的大型骨干电站，系统中主要承担调峰、调频和事故备用任务。流域地处高寒山区，属温带大陆性季风气候，冬季漫长、寒冷、干燥，夏季短暂、炎热、多雨，上源主要分两支，头道松花江和二道松花江皆发源于长白山主峰白头山，其中以二道松花江源头长白山天池为正源。

白山水库位于第二松花江干流，坝址控制流域面积19000km2，总库容59.21亿m3，调节库容29.43亿m3，为一不完全多年调节水库。红石水库位于第二松花江干流上，上游距白山水电站38km，坝址以上控制流域面积20300km2，总库容为2.28亿m3（校核洪水位），有效库容0.134亿m3，为一日调节水库，流域水系图如图1所示。

图1 白山发电厂流域水系图Fig. 1 Drainage system map of Baishan hydropower plant

白山、红石水库是第二松花江干流上重要的控制性工程，也是松花江流域防洪工程体系的重要组成部分，在流域防洪中具有举足轻重的作用。白山防汛任务的要点是“三保”“二不”，即保大坝安全、保人身安全、保发电效益，下游不人造洪峰、上游不人造水位。白山水电站是高坝大库，大坝的安全不仅直接关系到丰满大坝及下游地区千百万人民生命财产的安全和国民经济的发展，而且对保证东北电网的安全运行和创造良好的经济效益具有十分重要的意义。

2 系统设计及应用

防汛决策支持系统运用先进的信息技术、水文技术、防汛调度与管理技术，对防汛相关信息进行全面汇聚整合，并完成相关防汛信息的处理、查询、分析和防汛决策指挥调度管理，为防汛指挥决策提供有力的技术支持和保障的信息自动化系统。

2.1 与智能水电厂关系

白山防汛决策支持系统建立在智能一体化平台基础上，在智能水电厂建设的体系架构中属于专家系统部分，具备汛期对汛情的分析、诊断、决策建议功能，采用B/S架构[5]，并通过统一平台接入实时和历史水雨情、空间数据、工情等数据，由业务支撑层、业务应用层提供上述信息的统计、分析、查询、模拟仿真、后台计算等逻辑处理。

防汛系统总体上部署于安全Ⅲ区，从一体化管控平台Ⅲ区获取所需水雨情数据，同时从气象系统中获取云图及气象会商信息，同时向省防汛部门收发水情电报，防汛系统与智能水电厂其他各部分的关联关系及数据流程如图2所示。

图2 白山发电厂防汛决策支持系统数据流程图Fig. 2 Data flow diagram of flood control decision support system for Baishan hydropower plant

2.2 系统设计

根据白山发电厂的水库特性和承担的防汛任务，并结合智能化水电厂统一规划要求，进行了防汛决策支持系统各项功能设计，主要功能如下。

2.2.1 防汛指挥

为保障水电厂防汛工作的有序开展，并提高防汛工作开展的效率，从国家到地方直至水电厂均会制定一些跟防汛工作相关的法律、法规、规程、防汛预案、防汛办公文等文件，如《中华人民共和国防洪法》、国务院颁布的《中华人民共和国防汛条例》、松花江防汛指挥部发布的《白山、丰满水库联合调度规程》、白山发电厂审定的《白山发电厂防汛工作手册》及各项预案、检查大纲等，此外还有一些经过审定的防汛静态资料和防汛值班表，这些文件是开展防汛调度工作的依据文件，各级用户在工作中经常需要查阅，同时部分资料如防汛值班表、防汛组织结构等每年随着水电厂组织结构的变化发生一些调整。因此，防汛指挥部分的功能需要支持用户对防汛系统相关文件进行归类，并支持灵活调整或更新，需要将一些常见的文件格式如word或pdf直接通过网页打开浏览。

2.2.2 水雨情信息监视及查询

水雨情信息的监视及查询是防汛决策支持系统的基本功能，该部分功能结合地理信息系统技术，实现了信息显示和信息定位功能，并支持用户对一些关键水雨情信息设置特定的阈值，当达到一定条件时进行高亮度显示及越限屏幕告警，以便快速定位，同时支持用户进行流域雨情的等值线面和雨强分析，水雨情信息查询功能包括实时数据查询和历史数据查询，查询方式包括单点查询及条件查询。

2.2.3 防汛应急预案管理

防汛应急预案系统根据设定的条件，自动启动数字化预案，开启防汛设施，按计划进行抢险救灾。主要功能包括应急预案管理（查询、增、删、改）、信息监视、信息预警、应急预案启动等，系统将传统基于文本的纸质预案经过数字化抽象，解决传统纸质预案的存储、管理、升级和使用不便等问题，构建一个包括所有已编及未编的防洪应急预案相关信息的预案库，实现预案的查找、统计和汇总。

依据已经制定的重要防汛抢险应急预案的规定，在水雨情满足各种应急响应条件时，立即自动提示报警，并给出相应的应急预案响应等级与响应措施，当给予相关需求条件时，能自动从预案库中组合出辅助决策、调度参考提示的处置方案。

2.2.4 防汛物质及队伍管理

为保障防汛抢险工作的需要，水电厂防汛需要在靠近防汛抢险地点附近合适的位置建设防汛物质仓库，有些电厂由于抢险地点多、存储的物质种类繁多，通常需要建设多个防汛仓库，仓库中有些物质还有存放的时效，如何对这些物质的存放地点、库存数量、有效期、出入库情况等信息进行管理，同时对低于一定数量的物质进行库存告警是防汛物质管理需要解决的问题，同时当险情发生时，根据险情发生的位置及防汛物质的需求，支持用户以最短的路径调拨防汛物质。

防汛队伍管理主要是根据防汛统一指挥、分级、分部门负责的原则，明确各级防汛机构的职责，保证工作的连续性，做到及时反映本地区的防汛情况，果断地执行防汛抢险调度指令。防汛队伍管理是把洪水灾害的影响和损失减少到最低程度，夺取抗洪抢险工作胜利的重要基础和保障，防汛队伍管理主要包括人员管理、队伍位置管理、人员调配等功能。

2.2.5 水情拍报系统

白山水库是具有一定洪水调节能力的水库，其在松花江流域防汛体系中承担了比较重要的任务，因此白山发电厂的水情报文拍发的可靠性及失效性要求比一般的水库要求高，目前跟省水文局之间采用光纤通信，水情拍报采用报文自动生成、定时拍发的机制。同时白山流域面积较大，虽然电厂自身建设了比较完备的水情测报站网，但流域内水文部门设置的大量的报汛站点信息对于开展流域的汛情预报及与水情测报站网形成信息比对有比较重要的意义，因此防汛系统中设计了自动收报及译报功能。

2.2.6 系统权限管理

由于防汛系统是一个分级的指挥系统，不同层级的人员在防汛工作中承担了不同的任务，相应地对于防汛系统中的各项信息或者决策信息的查阅权限也是分层级的，不同的用户应拥有不同的权限，部分页面的访问权限也会根据业务的需要授予不同的角色。系统权限管理主要通过用户管理、用户组管理、角色管理、功能管理等实现整个防汛决策支持系统的有序使用。

2.3 系统应用

基于智能水电厂架构的白山防汛决策支持系统建立在对白山发电厂水库特性及防汛业务需求深度分析的基础上，综合应用了水文、地理信息系统、管理决策等多个学科的知识进行了系统设计及软件开发，系统于2012年8月完成设备采购、软件联合开发及应用部署，期间经过两年多的试运行，逐步与用户习惯磨合、调整及业务应用，于2014年9月完成最终的工程验收。

3 结论

随着水电厂业务整合及信息共享程度的不断提高，建设智能水电厂是自动化系统发展的必然趋势，防汛决策支持系统作为智能水电厂建设的重要专业应用子系统，需要在智能水电厂的体系架构下进行统一的规划和设计。

（1）针对白山发电厂的水库特性和防汛业务需求，基于智能化水电厂基础技术架构的白山防汛决策支持系统很好地完成了水电厂防汛决策的相关业务，全面提升了防汛抢险应急指挥决策能力和效率，显著提高了防汛指挥调度水平。

（2）防汛系统可以与地理信息技术更进一步地结合，根据经济模型，实现灾情分析及洪涝灾害损失评估功能。

（3）防汛系统的建设与电厂的防汛业务流程、防汛指挥体系有比较紧密的联系，与流程绑定越紧密，系统越实用。

[1] 黄其励.对智能化水电厂的认识与实践[J].能源技术经济，2011，23（6）：1-8.HUANG Qili，Understanding and Practice on Smart Hydropower Plant[J]. Energy Technology and Economics，2011，23（6）：1-8.

[2] 刘观标，李晓斌，李永红，等.智能水电厂的体系结构[J].水电自动化与大坝监测，2011，35（1）：1-4.LIU Guanbiao，LI Xiaobing，LI Yonghong，The Architecture of Smart Hydropower Plant[J]. Hydropower Automation and Dam Monitoring，2011，35（1）：1-4.

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2017-02-25

2017-05-20

张金华（1976—），男，高级工程师，信息系统项目管理师，主要研究方向：智能水电厂研究及应用，水调自动化系统研究、设计、及应用等。E-mail：zhangjinhua@sgepri.sgcc.com.cn

李继功（1970—），男，高级工程师，主要研究方向，水库调度及水电厂防汛。E-mail：lijigong@126.com

蔡 杰（1983—），男，工程师，主要研究方向，智能水电厂研究及开发，水电厂自动化及经济运行。E-mail：caijie@sgepri.sgcc.com.cn

Design and Realization for Baishan Flood Control Decision Support System Based on Smart Hydropower Plant

ZHANG Jinhua1，LI Jigong2，CAI Jie1
（1.State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 210003，China；2.Baishan hydropower plant，Jilin 132000，China）

In order to expand the information and application sharing of of Baishan hydropower plant，analysis the situation of flood control Correctly，and predict and forecast its development trend scientific，combined with the reservoir characteristics and flood control requirements of Baishan hydropower plant，the flood control decision support system of Baishan hydropower plant has been constructed on the foundation of smart hydropower plant unified planning，the system application effect proved that，which enhanced fully the decision-making ability and efficiency in flood control emergency command，and improved the flood control level significantly.

smart hydropower plant；flood control decision support system；design and realization of system

TK71

A学科代码：570.6520

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.03.003