梯级水电站智慧调度的建设浅析——以三峡梯级水电站实时调度为例

庞树森，张玉松，王 冕，段 萌

（三峡梯级调度通信中心，湖北 宜昌443100）

1 引言

2009 年，“智慧地球”（Smart Earth）这一概念问世。这一概念建立在IT技术及物理科学的发展上，通过云计算与计算机实现数字地球与人类社会和物理系统有机结合起来形成“物联网”系统[1]。随着科技的发展，人工智能、大数据、云计算、未来仿真技术、VR虚拟现实技术、遥测技术、通信技术等得到不断的应用，智慧城市[2-3]、智慧流域[4-5]等概念相继提出并开始智能化建设。当前，随着梯级水电站的流域化、市场化、综合化的不断发展，赵云发等提出了具备智慧特征的梯级水电站调度业务新形态——智慧梯调[6]，智慧梯调将是未来梯级水电站运行管理的发展趋势。而水电站智慧调度作为智慧梯调的一部分，智慧调度的研究和建设对流域梯级水电站调度运行管理具有重要意义。

水电站实时调度作为梯级水电站运行管理的重要组成部分，通过合理安排梯级水电站的运行方式和调整梯级水库的水位及出库流量，使梯级水电站及其接入的电网得到最大的经济效益。三峡—葛洲坝梯级水电站实时调度建立在长江流域统一调度的基础上，基于防洪、航运、发电、水资源调度等为一体的调度模式下，发挥梯级水库的综合效益。本文从三峡—葛洲坝梯级水电站实时调度出发，分析智慧调度在运行调度上的应用构想，更好的为今后梯级水电站实时调度工作服务。

2 智慧调度需要具备“水电合一”调度能力的全能值班员

智慧调度的建设首先是人的建设，人是调度经验的集成者也是调度方案执行的决策者，具备水电知识的全能值班员是智慧调度建设的关键因素。

当前，三峡梯级水电站实时调度全面推进“水电合一”调度管理模式，这一模式的优势在于培养一批既懂水又懂电、还熟悉电力市场交易的全能值班员，这类全能值班员既要有“水电合一”调度思维，又要有电力市场改革意识，还要有流域整体性的视野，由全能调度员组成的经验知识库，可以有效地结合调度系统做出最优调度决策。通过“水电合一”调度的推进，三峡梯级调度实时调度能力将处于国内实时调度领先水平。智慧调度要求下的全能值班员除了具备扎实的调度业务能力外，还需要提升应急事故处理能力，建立良好的沟通和表达能力，熟悉自动化与通信技术，有较强的事前预测、事中控制和事后总结能力。

表1 全能值班员应具备能力

3 智慧调度需要先进的智慧调度系统

智慧调度系统是集“大数据、云计算、仿真技术”为一体的全部调度业务管理系统。为探索三峡梯级水电站调度的新路径，需要打造具备“状态感知、实时分析、自主决策、学习提升”等功能的智慧调度系统。智慧调度系统的应用一方面能够减少调度人员实时调度压力，为调度员提供准确的调度决策信息，另一方面通过实时出力经济最优控制，提高梯级水库水能利用率，减少水库弃水水量。智慧调度系统结构如图1所示。

图1 三峡梯级水电站智慧调度系统结构

3.1 调度决策支持系统

3.1.1 全流域梯级水库调度自动化系统

三峡梯级水库自动化系统是获取长江流域梯级水电站实时运行信息的有效渠道，能为调度员提供实时水雨情、枢纽运行信息、气象水文预报信息等，当前三峡梯级调度自动化系统正在进行升级改造，改造后的调度自动化系统将具备智能化、可视化、数字化的特点，为实时调度决策提供数据支持。随着梯级业务的不断延伸开展，需建立全流域梯级水库调度系统，系统提供长江中上游及各支流水库群调度所有信息。

3.1.2 实时监控系统

实时监控系统是调度员的眼睛，可实现实时、准确、可靠的对各电厂及线路所有控制对象的安全监视和控制。实时监控系统以统一信息化为基础，可与水库调度自动化系统进行数据交互，具备实时数据采集显示、调节与控制、安全运行及事故追忆等基本功能。

3.1.3 智慧调度决策系统

葛洲坝水库是三峡水库的航运反调节水库，调节能力弱，三峡和葛洲坝水库具备联合调度控制的条件，三峡—葛洲坝智慧调度决策系统将通过设定调度控制策略，实现梯级水电站联合优化调度，同时该系统能够快速准确地提供调度决策信息，保障电网系统及水库调度安全，实现电站负荷实时经济最优，实现调度决策从“自动化”到“智能化”的跨越。智慧调度系统包括模型决策支持系统和专家经验支持系统，结合模型与专家知识库手段对决策进行支持，利用模型与专家的定性与定量分析，通过综合计算得到方案结果。决策系统还可根据三峡水库蓄水期-消落期-汛期等不同时期的调度需求，提供长、中、短期调度方案。

3.1.4 调度实时控制及滚动预测系统

三峡及葛洲坝水库调度难点就是控制枢纽上、下游水位以及葛洲坝水库出库流量。调度实时控制与滚动预测系统推演未来水库调度运行的水位、流量、出力、泥沙变化过程，实时感知最新的水雨情信息变化、调度运行数据信息实时输入唤醒系统滚动计算预测变化趋势，对可能出现的调度风险给出警示及相应建议方案。通过与历史库典型调度案例对比分析，利用可视化技术实现画面多样化展示，实现信息共享与提取、实时处理与反馈相结合。

3.1.5 调度质量后评价系统

调度质量后评价系统结合梯级水电站智慧调度系统在实时性、稳定性、安全性等方面的要求，设计适用于水电站实时调度质量评价平台及评价方法，结合人工干预，减少质量评价的主观性，提高实时调度评价质量，为梯级水电站调度运行的安全稳定和可靠运行提供反馈信息。三峡—葛洲坝梯级水电站调度质量后评价系统依据确定的评价目标和约束条件，以调度水位控制、发电计划修改、设备检修控制以及电网系统安全为主要评价因子，根据实际运行资料，对调度全过程进行综合评价。此外还需要建立调度风险管理模型，量化风险评估，评价调度过程风险因素，提高实时调度风险管控能力。

3.2 调度辅助系统

3.2.1 报警和预警系统

由于三峡—葛洲坝水库调度的复杂性，特别是葛洲坝水库调度对水位控制要求的精度高，同时两坝区间来水随机性和电网负荷需求的不确定性，导致水电站实际运行与计划时常出现偏差。所以必须建设报警及预警系统，该系统可在水库水位运行出现偏差及水位预测将会超过限定或设定值时及时通过短信、语音、图像、网络媒介等反馈给调度员。报警和预警系统将为预防调度事故和水库无故弃水赢得宝贵时间，其中报警限制和预警时间都可以根据需要进行设置。

3.2.2 生产信息发布及报送系统

调度报表和电力生产信息的传输和发布需要建立一套完整的生产信息发布及报送系统，该系统可按照既定模板实时提取生产信息，向指定群组或人员发送短信息、邮件和传真。同时该系统与上述其他系统实现数据共享和系统集成，可直接在其他系统上进行信息配置并发布。

3.2.3 自动化通信辅助系统

自动化通信辅助系统包括发电计划下发系统、枢纽信息及生产信息展示平台、电力生产信息管理系统、数据交换平台系统。智能化的自动化通信辅助系统是调度决策系统的重要补充，是完成调度任务的重要辅助工具。

3.2.4 调度会商平台

调度会商是为调度关键期提供全方位决策支持的会议机制，三峡水库调度会商根据三峡水库在防洪、发电、航运等调度关键时期提供水雨情预报会商、航运协调会商、实时调度会商等机制。水电站科学运行必须建立完善的调度会商机制，为综合上下游梯级水库调度目标和水雨情调度实况，提供调度最优决策。

4 面向电力市场的水电站智慧优化调度

电力市场的改革不断深化，水电站逐步参与电力市场交易，梯级水电站在电力市场环境下构建符合电网系统运行规律、水库调度规则，并遵循电力市场交易的崭新模式，使梯级水电站发电量最优，是智慧调度研究的一个新方向。三峡梯级水电站智慧调度建设需要兼顾电力市场交易所带来的水库调度风险因素，将三峡及葛洲坝水库调度目标和水位控制要求与电力市场下经济效益最大化相结合，建立复杂调度条件下，集防洪调度、航运调度、生态调度、应急调度和电力市场下的电力调度于一体的调度模型，达到水资源优化配置的目的。此外应强化流域水情、市场供需形势和市场电价等方面预测工作，加大业务研究深度，建立相互协调、补偿机制，更好地服务于智慧调度决策，提高调度决策的科学性。

5 总结

智慧调度建设是实现水电站现代化管理的趋势。智能决策系统和智能辅助系统的搭建，将提高水电站调度管理水平，优化调度方式和实时调度工作流程，协调调度目标和任务，增加发电效益，从而提高企业核心竞争力。

本文依据三峡—葛洲坝梯级水电站调度及智慧梯调建设现状，并结合电力市场改革的发展探讨智慧调度建设的思路。提出智慧梯调的建设首先是人的建设，需要培训技术能力强的全能调度员，其次需要智能调度支持系统，为实时调度提供信息、决策服务。