智能水电厂技术标准体系研究及标准现状

芮 钧，徐 洁，王梅枝，马军建，郑健兵，刘成俊

（南瑞集团公司/国网电力科学研究院，江苏省南京市 211106）

智能水电厂技术标准体系研究及标准现状

芮 钧，徐 洁，王梅枝，马军建，郑健兵，刘成俊

（南瑞集团公司/国网电力科学研究院，江苏省南京市 211106）

当前我国智能水电厂开始进入大规模产业化推广应用，但缺乏相应的技术标准体系，影响了推广速度和效果。本文介绍了智能水电厂主要技术内容，提出了智能水电厂技术标准体系框架，分析了当前智能水电厂技术标准体系存在的问题并提出针对性措施。

水电工程；智能水电厂；自动化；技术标准

0 引言

水电是最主要、最成熟并且能源效率最高的可再生能源，在能源结构优化、水资源综合利用等方面作用显著。我国水电装机规模居全球之首，拥有世界上最大的水电站和水电机组。然而，由于长期重建设轻运行管理，传统自动化系统技术与水电整体发展水平不相适应。传统水电厂各自动化系统之间缺乏有效互动，水资源利用水平及水电协同能力不足，机组调节性能难以满足源网协调要求，无法准确评估主设备健康状态，发生事故易造成生命和财产重大损失，无法有效保障大型水电工程安全高效运行。

为此，我国自2010年起提出“智能水电厂”理念。智能水电厂是适应智能电网源网协调要求，以信息数字化、通信网络化、集成标准化、运管一体化、业务互动化、运行最优化、决策智能化为特征，采用智能电子装置（IED）及智能设备，自动完成采集、测量、控制、保护等基本功能，具备基于一体化平台的经济运行、在线分析评估决策支持、安全防护多系统联动等智能应用组件，实现生产运行安全可靠、经济高效、友好互动的目标的水电厂。目前国家电网、南方电网、五大发电集团均正在全力推行水电智能化建设。

现行水电自动化技术标准多针对孤立的设备或系统，且主要集中在基本的测控功能方面的技术要求，各自动化、信息化系统之间难以友好互动，分析评估及决策支持能力不足，无法满足水电厂生产运行管理一体化、标准化和智能化的要求，难以适应我国“互联网+”智慧能源的发展战略，亟待建立智能水电厂技术标准体系。

1 智能水电厂技术内容

智能水电厂可划分为过程层、单元层和厂站层。过程层主要部署合并单元、智能终端、辅控单元等智能电子装置（IED）或智能设备，单元层主要部署现地控制、继电保护、稳定控制、振摆保护，厂站层主要部署一体化平台以及智能应用组件。调速、励磁可部署在单元层，也可部署在单元层和过程层。

（1）智能电子装置及智能设备。智能电子装置是指基于微处理器技术的，具备数据采集、处理、传输以及控制指令传输与执行功能的电子装置，包括合并单元、智能终端、智能组件等。智能设备是水电厂内各种机电设备本体与相应智能组件的有机结合体。

（2）一体化管控平台。基于水电公共信息模型（HCIM）、插件式应用组件等技术，由数据中心、基础服务、基础应用构成，实现水电厂生产运行一体化管控的软件平台，实现各业务系统数据的有效融合，为各类智能应用组件提供统一的数据和服务接口。

（3）经济运行系统。基于水库调度与电力运行耦合的机理，重构并优化了水电厂、流域水电站群洪水预报、中长期来水预报、中长期发电优化调度、短期发电优化调度、洪水优化调度、调度风险分析、调度效益评价技术体系，形成完整的闭环调度系统。

（4）主设备状态检修决策支持。包括水电厂主设备统一建模、监测预警、状态分析、状态评估、风险评估、故障诊断、检修决策等相关技术，实现基于在线监测、运行巡检、试验、缺陷、台账等多元信息耦合的设备状态评估及检修决策。

（5）防汛决策支持与指挥调度。实现防汛信息整合、处理、查询、分析和防汛决策指挥调度管理，全面覆盖汛前检查、汛中指挥、汛后总结等防汛业务流程，实现基于GIS的防汛人员及物资调配方案及路径优化，以及基于工作流的可视化防汛指挥平台。

（6）大坝安全分析评估与决策支持。对大坝安全监测数据进行分析处理，判定监测结果和巡视检查结果，诊断所有监测或检查部位是否正常，综合评价整个大坝的安全稳定状况，并通过智能分析评估给出决策建议。

（7）安全防护系统联动管理。合理规划相关设备及系统的联动模式及联动策略，监视安全防护设备实时状态，根据联动策略自动触发安全防护设备联动操作，为运行人员快速事件处理和关联设备操作提供支持的管理系统。

2 标准体系框架及主要内容

2.1 研究原则和方法

智能水电厂综合运用了自动测报、自动控制、计算机、通信网络、数据库、数值分析、数理统计、专业模型、专家系统、人工智能等技术，涉及计算机监控、继电保护、稳定控制、水情测报、工程安全监测等具体专业领域，是覆盖范围广、多学科交叉、技术复杂的系统工程，由此决定了其技术标准体系的复杂性。智能水电厂技术标准体系研究时，除了要遵循“科学性、完整性、系统性、先进性、预见性和可扩充性”等基本原则以外，还需要特别注意以下几点：

（1）注重与国际标准接轨。IEC TC 57针对电力系统自动化出版了IEC 61850标准，对电力自动化系统建模与通信进行了规定。尤其是针对水电厂自动化系统，专门出版了IEC 61850-7-410和IEC 61850-7-510两个文件，详细规定了IEC 61850标准应用于水电厂时额外的公用数据类、逻辑节点以及数据对象以及应用方法。应该注重与国际标准接轨，有利于推进我国水电工程国际化输出。

（2）应全面覆盖技术内容。智能水电厂涉及设备、网络和软件系统，且涵盖业务领域众多，因此标准体系应将智能水电厂相关的各类自动化系统及决策支持系统均纳入其中，全面反映智能水电厂的各项内容及应达到的功能、性能要求，并明确提出了各系统调试和验收环节的规范化要求。

（3）应注意我国的适用性。我国水电自动化、信息化技术与国外存在一定的差异性，且相关的技术发展十分快，应在确保与国际标准兼容的前提下，针对我国主流自动化系统及决策支持系统技术水平、相关电力调度机构及智能电网对水电厂的技术要求进行完善，确保标准体系在我国现阶段的适用性。

2.2 标准体系框架

图1 智能水电厂技术标准体系Fig. 1 Standard system of smart hydroelectric power plants

智能水电厂技术标准体系共分为基础类、设备类、平台类、应用类和试验类五部分，见图1。其中，基础类标准包括智能水电厂技术导则、智能水电厂公共信息模型技术规范、智能水电厂设备编码体系应用技术规范、智能水电厂设备缺陷分类与编码标准；设备类包括智能水电厂智能测控装置技术规范、智能水电厂智能调速系统技术规范、智能水电厂智能励磁系统技术规范；平台类包括智能水电厂一体化管控平台技术规范，应用类包括智能水电厂经济运行系统技术条件、智能水电厂设备状态检修决策支持系统技术导则、智能水电厂防汛应急指挥系统技术规范、智能水电厂大坝安全分析评估系统技术规范、智能水电厂安全防护系统联动技术规范、智能水电厂运行风险评估与应用技术规范、智能水电厂生产管理系统技术规范、智能水电厂报价决策支持系统技术规范、智能水电厂培训仿真系统技术规范、智能水电厂运维综合监管技术规范、智能水电厂生产数据综合分析技术规范；试验类包括智能水电厂远程集控接入验收技术规范。

2.3 技术标准现状

目前，我国已经于2016年发布了DL/T 1547《智能水电厂技术导则》、DL/T 860.7410《电力自动化通信网络和系统 第7-410部分：基本通信结构 水力发电厂 监视与控制用通信》和DL/T 860.7510《电力自动化通信网络和系统 第7-510部分：基本通信结构水力发电厂 建模原理与应用指南》共三项电力行业技术标准。其中，DL/T 860.7410标准等同采用了IEC 61850-7-410标准，DL/T 860.7510标准等同采用了IEC 61850-7-510标准。此外，我国正组织编写《智能水电厂公共信息模型技术规范》《智能水电厂一体化管控平台技术规范》《智能水电厂主设备状态检修决策支持系统技术导则》等六项国家标准。

2014年，南瑞集团公司向IEEE（美国电气和电子工程师协会）国际标准组织提交了“Technical Guide for Smart Hydroelectric Power Plant” PAR（项目授权请求）。此后，南瑞集团公司与IEEE进行了多次深入交流讨论。206年底，IEEE正式同意了该国际标准立项，成立了智能水电工作组（P2775）。目前，来自中国的多家IEEE会员单位，以及美国GE、法国施耐德等单位均参加了该国际标准编写。

3 存在的问题及技术措施

3.1 存在的问题

智能水电厂是随着IEC 61850、云计算、大数据、人工智能等新兴技术而发展起来的，各项技术本身处于快速发展过程中，还需要不断持续探索各项新技术在水电自动化、信息化中的应用领域及业务结合点，已发布的和在编的标准较少，具体问题包括：

（1）在水电国际标准方面话语权较弱。目前我国水电自动化领域普遍对IEC 61850的掌握程度不足，在IEC、IEEE水电自动化标准编制方面参与较少，与我国水电产业整体技术水平和国际地位严重不符，制约了我国水电“走出去”的步伐。

（2）基础技术研究及应用不足。随着物联网、移动互联网、云计算、大数据、等各类新兴技术快速发展及人工智能的广泛应用，给传统的水电自动化技术带来了新的发展机遇。但目前在各类技术的基础研究及在水电厂中的应用研究不足，制约了水电自动化技术快速发展。

3.2 主要技术措施

（1）积极参与水电自动化国际标准编制工作。应积极采用IEC 61850等国际标准，通过工程应用持续改进相关国际标准。依托正在编制的IEEE国际标准，加强与IEC组织的技术交流，与IEC、IEEE等国际组织建立起常态的技术交流机制。积极参与国际标准化组织活动，申请智能水电厂相关的其他国际标准提案，争取在3～5年内实现水电自动化国际标准突破。

（2）进一步加大新兴信息技术、人工智能的研究和应用。智能水电厂专业面广、技术领域多，需要大量运行专业数学模型、数理统计方法、数值分析方法、人工神经网络、专家知识库，并且与具体业务有效结合，才能真正实现智能化。需要我国标准化部门、科研机构、高等院校、发电企业以及系统集成商之间紧密合作，加强产学研合作，共同完善标准体系框架。

4 结束语

当前，智能水电厂理念已经得到了广泛认同，国家电网、南方电网以及五大发电集团均积极参与了智能水电厂试点工程建设及技术标准编制工作。由于水电工程相互之间差异比较大，需要结合工程特点针对性完善。因此，急需编制完整的技术标准体系，进一步统一国内对智能水电厂的共识，推动我国水电产业技术升级改造，提高我国水电国际标准话语权。

[1] 王益民. 坚强智能电网技术标准体系研究框架. 电力系统自动化，2010，34（22）：1-5.WANG Yimin. Research Framework of Technical Standard System of Strong & Smart Grid[J]. Automation of Electric Power Systems，2010，34（22）：1-5.

[2] 刘文，杨慧霞，祝斌. 智能电网技术标准体系研究综述[J]. 电力系统保护与控制，2012，40（10）：120-126.LIU Wen，YANG Huixia，ZHU Bin. Review of Research on Smart Grid Technical Standard System[J]. Power System Protection and Control，2012，40（10）：120-126.

[3] 黄兢业，季慧玉，等. 智能电网用户端技术标准体系探讨[J].低压电器，2012（17）： 59-63.HUANG Jingye，JI Huiyu，ZHANG Yang，CHAI Yi. Study on Technical Standard System of Smart Grid User Side[J]. Low Voltage Apparatus，2012（17）：59-63.

[4] 黄百顺. 对水土保持技术标准体系建设的思考[J]. 中国水土保持，2011（7）：34-36.HUANG Baishun. Thinking of Standard System of Water and Soil Conservation[J]. Soil and Water Conservation In China，2011（7）：34-36.

[5] 王贤琳，张华，宋佳佳. 绿色制造技术标准体系研究[J]. 标准科学，2009（9）： 9-13.WANG Xianlin，ZHANG Hua，SONG Jiajia，Research on Standard of Green Manufacturing Technology[J]. Standard Science，2009（9）： 9-13.

2016-06-12

2017-05-24

芮 钧（1978—），男，博士，高级工程师，主要研究方向：水库调度及自动发电控制。E-mail：ruijun@sgepri.sgcc.com.cn

Research on Technical Standard System of Smart Hydropower Plants

RUI Jun，XU Jie，WANG Meizhi，MA Junjian，ZHENG Jianbing，LIU Chengjun
（NARI Group Corporation/State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 211106，China）

Smart hydropower plant has started large-scale industrialization in China. Because of no appropriate technical standards system，the industrialization speed and results are affected. Based on the content of smart hydropower plant technology，the framework of technical standard system has been proposed. Also，the problems of technical standard system have been analyzed and suggestions have been supposed.

hydropower engineering； smart hydropower plant；automation system； technical standard

TK71

A学科代码：480.6030

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.03.004