水力发电自动化系统中存在的问题及对策探析

胡波

摘 要： 水电作为清洁、易于开发、具有多种效益的资源，在水利、能源、电力事业中都占有重要地位，因此水力发电工程必须得到重视。笔者浅要分析了水力发电自动化系统中存在的问题，并针对这些问题提出了一些可行性建议。

关键词： 水力发电系统；自动化；问题

水利水电枢纽工程一般是综合利用的，往往同时承担着发电、防洪、航运、灌溉、渔业等多项任务，是一个复杂的大系统。要完成这样一个复杂系统，并使系统的综合效益最优，仅靠人工来进行控制，其困难是可想而之，即使是采用一些基于现场的设备的分散控制也很难达到目的，在这样的一个复杂系统中引入基于数据中心的集散控制势在必行。因此在水力发电工程中自动化系统则应该受到相应重视。

一、水力发电系统中存在的问题

在水力发电系统中，存在着如下几个问题。

1.控制、维护、管理三个技术领域发展极不平衡。

控制领域的自动化与信息化的发展相对最早，但是现有的管理自动化系统大多只处理财务管理、人事管理、物料管理等，很少涉及技术管理。维护领域的自动化与信息化发展时间最晚，目前只停留在计划维修和事后维修阶段，也即只处于手工化阶段。只是在90年代中期以来，国外才开始研究状态维修、预知维修、远程维修等技术，而在我国，则仅处于开始阶段。

2.控制、维护、管理三个技术领域互相分离。

即组织结构上三者属三个不同的部门，信息互不交流或很少交流，决策互不联系。实际上，各个领域的决策均有赖于其他两个领域的状况及信息。显然，三个领域相互分离是不合理的。

3.环境问题。

做任何事情都必须付出代价，同样水电工程也是如此，因此一些水力工程导致的环境问题可以归纳为以下两个方面：

（1）自然环境方面，工程兴建，对水文条件的改变，对水域床底形态的冲淤变化，对水质、小气候、地震、土壤和地下水的影响，对动植物、对水域中细菌藻类、对鱼类及其水生物的影响，对景观和上、中、下游及河口的影响等。

（2）社会环境方面，工程兴建对人口迁移，土地利用，人群的健康和文物古迹的影响以及因防洪、发电、航运、灌溉、旅游等产生的环境效益等。

二、解决水力发电自动化系统问题的一些建议

水力发电过程自动化的发展趋势正沿着为解决上述几个问题的方向发展，即一方面将控制、维护、管理三个领域提高到同一个智能化、信息化、自动化的水平；另一方面将三者集成为一个统一的信息系统，即智能控制-维护-管理集成系统。最后还要关注环境问题使得水力工程系统得到综合的最优利用。

1.集成化

集成化包括以下几层含义。功能集成即把控制、维护、管理三个功能集成为一个整体。今后，随着生产技术的发展，还可能把更多的功能集成起来。

目标集成即把性能、可靠性、效益等子目标集成为统一的目标，使企业整体最优、整体效益最大。

信息集成即把整个企业的各种信息有机地组成一个统一的系统。自然，在一个信息集成系统中，必须保证信息的统一性、协同性、互操作性，妥善解决信息的矛盾与冲突。

系统集成即从硬件角度而言，系统能根据本身需要，集各家之所长，采用不同供货商的产品，自然，这里要解决不同设备的互操作性问题；从软件角度而言，采用用户友好的基于图形的可视化组态软件构筑系统，既可用于仿真，亦可用于实时应用软件。

2.智能化

为使系统达到上述的目标，必须提高整个系統及其各个组成部分的智能度，即要实现检测智能化、操作智能化、决策智能化。所谓智能化，即整个系统、各个领域（控制、维护、管理）、与生产过程直接相连的检测装置、执行装置等，均具有目标分析、状态及故障分析、行为及态势分析、决策分析的能力。

3.分布化

在一个庞大的集成系统中，部署分布必须合理，包括任务分布化、智能分布化。集成与分布相结合才能使各个部分尽职尽责、保质保量、安全可靠，整个系统分工明确、信息互通、运行有序，从而使整个系统在整体上获得最优的性能（质量）、可靠性（可利用率）和效益（经济效益和社会效益）。

4.开放性

开放性包括如下几重含义：一个系统能博采众长，即选用不同供货单位且性能/价格比最合理的设备；根据发展的需要，在硬件上可以增加新的设备或子系统，在软件上可以增设新的功能，而且后者能与原来的系统构成完整的整体。这样，就大大提高了系统的可利用率，延长了使用周期或寿命。

5.促进水力发电系统的优化调度，实现可持续发展

水力发电自动化系统要结合发电、防洪、灌溉、航运、渔业等的优化调度，以达到综合效益最优。关键是为了使水力发电自动控制适应水资源的综合利用。例如可以进行：

（1）鱼道设置、大坝对上、下游生物的影响、景观设计等。

（2）自动化系统设计从基于DDC的现场自动控制发展到基于数据库的管理中心集散控制，并结合发电、防洪、灌溉、航运、渔业等的优化调度，以达到综合效益最优。

因此结合具体水利工程进行探讨研究是十分必要的，这样有利于我国水力发电自动化系统的设计与建设。更有利于我国水利工程与环境持续、稳定、健康的发展。因此，在系统规划设计阶段，必须全面了解其对环境影响的各个方面和影响的大小，以便有针对性的对系统进行设计修改并且对环境面临的问题提出防治的措施。

水力发电站是保证电网供电质量的最佳选择，发展前景广阔。中国的水电建设方兴未艾，水电装机容量已居世界首位，三峡、龙滩、小湾等一大批巨型和大型水力发电站也在作出巨大贡献。随着社会与经济的发展，水力发电作为一种可再生的清洁能源必将日益得到重视和开发。因其重要性所致，水力发电过程自动化学科必将进一步获得发展。其主要特征将呈现：集水力发电、控制理论、智能科学、自动化技术、信息科学与技术于一体的跨学科的学科分支。其内容可归结为：以控制理论、可靠性理论、智能科学为理论基础；以计算机技术、网络技术、信息技术为主要手段；以实现水力发电过程控制、维护、管理综合自动化，达到优质、可靠、高效的目标。因此笔者希望借此文让广大电力工作者重视水力发电自动化系统存在的问题。树立人与自然协调发展的观念，打好能源攻坚战，做好国家建设的后盾。

参考文献

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[2]龙云.浅析水力发电自动化[J].科技创新与应用，2015（09）：133.