王新永 刘进涛 贺家维
华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南省大理州南涧县675702
摘要：随着科技的不断创新，我国当前的智能电网战略已全面启动，智能电网建设在变电环节取得了长足进展，智能变电站建设已进入普及应用阶段。然而，智能电网的相关研究和建设工作更多地关注电网的输、输、配、耗，而在发电环节，尤其是水电站的智能建设方面相对滞后，尚处于初步探索阶段。关于什么是智能水电站，如何建设智能水电站，目前还没有明确的共识，更没有具体的运行标准和规范。
关键词：水电厂自动化；智能化改造
引言
目前，我国智能电网战略已经全面启动，智能电网建设在过渡阶段得到了迅猛发展。智能变电站的建设进入了测试和应用阶段。然而，智能电网的研究和开发更多地集中在输电、配电和能源消耗方面。尤其是水电站的智能设计，尚处于初步探索阶段。因此，就水电站自动化系统智能化改造的认识和技术过程进行了探讨。
1智能化改造现状
1.1站控层
原有各生产自动化系统的站控层设备保持不变，独立建设一套一体化数据平台，采用IEC61850通信协议将各自动化系统的数据引入一体化平台，提供全厂生产数据的集中存储和展示，并在平台上开展一些高级应用，如综合报表、系统联动、防汛决策等功能。一体化数据平台可分别部署在安全I区、II区和III区，其中安全I区的系统具备了监控系统和保护管理信息系统的功能。部分电厂出于安全和可靠性的考虑，只在安全II区和III区进行了部署。一体化数据平台的数据接入方式通常分为两种：一种是各自动化系统作为一个整体接入，这种方式只需要各自动化系统的系统层面提供对外的IEC61850通信接口即可，现地层无需改动；一种是设置单独的网络，与各自动化系统的现地单元或子系统进行IEC61850通信，实现数据上传和命令的下发，相当于将IEC61850通信下移至现地单元部分，这种方式需要对现地单元进行改造。
1.2间隔层
在第二种接入方式下，各自动化系统的现地单元或子系统需要部署IEC61850协议转换器和单独的通信通道，将现地单元汇集的现场数据通过IEC61850协议上送到一体化平台，也将平台下发的控制命令转发至现地单元。原有的现地单元与厂站层系统的通信仍保持不变。
1.3过程层
目前水电站自动化系统的基础信息层仍是大量通过电缆硬节点和采用传统通信方式进行数据采集，缺少适合水电站的监控、励磁、调速、辅控、状态监测、水情、安防等系统的一次智能设备和满足标准规范的智能化仪表。要按照智能变电站的标准进行过程层的改造，难度和成本非常大。目前尚没有对水电站自动化系统的过程层进行成功改造的先例，只有个别水电厂开始参照智能变电站的标准对开关站进行二次设备的改造。
尽管全国已有一些水电厂先后开展了智能化改造探索工作，并在实施智能化改造的道路上取得了不同程度的进展，但限于当前的技术条件和现实因素，均存在不足之处：（1）对智能化的内涵缺乏深入的理解和消化，存在将IEC61850等同于智能化的看法，容易使智能化建设流于表面形式；（2）目前应用的智能化系统基本上只是一个数据集中平台，局限于对各系统数据的集中存储和展示，在对大生产数据进行深度分析和挖掘、为生产运行提供有力的指导等高级应用支持方面明显不足，无法体现“智能”；（3）在现地层与站控层之间通过插入协议转换器以实现IEC61850通信，增加了系统复杂度和维护工作量，降低了系统的实时性和可靠性；（4）一体化平台虽然实现了安全I区的监控功能，但没有完全替代原有系统，其监控功能有待长期运行的验证；（5）IEC61850在对数据进行处理时所消耗的CPU资源和传输时所消耗的网络带宽高于传统的自动化系统，目前的硬件资源条件能否满足大中型机组的实际需要还有待验证；（6）由于缺少满足水电厂需要的关键智能设备，过程层的缺失使得IEC61850标准的技术优势无法全面发挥，智能化改造实施难以达到预期效果。
2水电厂智能化改造方案
2.1设计数据对象
在没有集成数据模型的情况下，水力发电厂各种自动化系统不能共享其他系统的数据，必须设计特殊传输协议。使用面向对象的建模技术以对象的形式实现数据共享时，接收数据后，其他系统不需要匹配物理大小和数据范围转换，从而更容易管理和维护数据，并在不同智能或半智能设备之间进行有效通信，从而解决了数据问题。
2.2数据交换接口的整合
不同操作系统之间的交互数据传输应作为一种统一的通信协议。统一通信协议是基于IEC61850的协议，可以统合系统间的差异，并从集成数据模型的优点中获益。然而，鉴于设备的当前状态，对不支持IEC61850的设备应允许使用其他的标准通信协议，以增加必要传输形式。现有地面设备的标准化和调整应以第一台设备的输入输出数据的数字化、网络数据的接收、测量和控制网络和总线连接的逐步转换以及智能网络接口的推广为基础。为实现采集和控制网络的数字化，需要将数字化扩展到水电厂智能化系统的所有设备，有助于通信的标准化。
2.3加强自动控制应用的管理
对于管理层面，水情、监控及安全等自动化系统之间的集成与交互应以集成的目标信息模型和标准的数据通信交互为基础，逐步实现各自动化系统的集成与交互，并最终形成一个高度综合的管理控制平台。平台应提供标准的内置数据总线、消息总线及服务总线，以满足各种应用系统的运行要求。综合管理平台为整个企业自动化系统提供完整的数据，为智能应用提供支持环境。综合管理和控制平台使用防火墙或物理隔离来保护Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ区域之间的安全。Ⅰ区系统主要由监控、安全测控、闸门及辅机等自动化控制子系统的数据组成，负责正常生产控制功能的执行和改进管理。Ⅱ区主要依赖Ⅰ区数据，提供对自动化子系统的访问，如水调、在线监测等，可以为多数生产应用和整个厂的高级运行管理提供支持服务环境。Ⅲ区对整个厂的分析和决策起作用。高级应用程序提供支持服务，并负责与外部系统进行协调。
2.4高级智能应用
基于综合管理与控制平台，为水电站的应用与生产建立了智能化的应用系统。智能应用系统运行一个综合的管理和控制系统。这是基于集成管理和控制平台的广泛数据服务和支持服务。通过全面的数据分析、挖掘和优化，建立了水电厂生产过程智能分析和预警的专业系统库。智能应用系统的结果可以传输到集成的管理和控制平台，以创建相关任务、采取预防措施或提供操作指导。水电站实例数据分析模型的建立、数据分析方法的引入、相关分析方法、综合分析方法以及不同的速度是最重要的状态间关系，构成了基于相关诊断的知识库，具有智能的逻辑机制，可实时评估水电设备的健康状况和故障诊断，并提供智能在线监测、故障报警和维护、优化水库规划、阀门联动、防洪决策及视频通信，对提高生产管理自动化、减少操作和维护困难、减少维护负担及改进维护设备起到重要作用，以减少意外停机。研究开发智能化水电厂控制系统在应用中的可靠性，优化发电维护计划，提高生产的经济效益，从而达到建设智能水电站的主要目标。
结语
水电厂智能化是自动化系统发展的必然方向，但要实现智能化的变革仍需继续研究。IEC61850在标准水电站的合理改造中发挥着理想而直接的作用，但这是实现智能化的基础和手段，而不是其目标。随着系列成熟度和相关技术的实际应用，水电站自动化系统的智能化改造将逐步向前推进和完善，并取得更好的效果。
参考文献
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