恩施集控跨流域多系统一体化管控平台设计

廖焕华，何 婷

（1.国家能源集团长源电力股份有限公司，湖北 武汉 430062；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

国电恩施水电开发有限公司位于湖北省恩施市，目前管理在运水电站40座，遍布恩施州八县市8条主要流域，其中水库电站17座，装机106台，总装机容量60.75万kW，多年平均发电量20.5亿kW·h。目前各电站的发电运行管理模式仍然为传统的值班管理，各电站地理分布广、位置偏远，电站的管理、运行、检修都有较大的难度，且较为耗费人力物力。文中通过探讨中小水电站群智能远程集控系统关键技术，设计恩施集控中心水电调智能一体化平台，并在一体化平台上实现监控、水调自动化、梯级流域经济运行、大坝安全监测等面向业务应用的自动化系统。

恩施集控中心电调自动化方面拟接入的多个流域中小水电站，在监控系统上有较大的差异，不同监控厂家的设备及数据没有统一的规划；水调自动化方面要从多个水情遥测站、第三方水情、水文、气象等部门实时收集水调应用的数据，来进行全面监视、分析、管理，数据也较为复杂和多样性。与电力调度自动化相比，传统的水调自动化系统由于数据来源、实时性、安全性要求不一样，水调自动化系统和电调自动化系统往往是两套独立运行的自动化系统，设计上相互独立，两套系统不仅在信息交互上存在一定困难，也给运维人员带来很多复杂的操作和不便[1]。为了解决上述困难，恩施集控中心采用北京中水科水电科技开发有限公司自主研发的iP9000智能一体化平台，在设计和功能上将电调和水调的业务有机结合，并通过各种开放的接口及高级应用来实现跨流域多系统一体化管控的目的。

1 平台的结构与设计

1.1 平台的结构

iP9000智能一体化平台遵循面向服务的软件体系架构（SOA），采用分布式的服务组件模式，基于服务总线进行统一数据传输[2]，具有良好的开放性，能较好地满足水电厂多业务的集成和应用不断发展的需要。结构层级可分为环境层、数据层、服务层、基础应用层及电厂应用层，如图1所示。

图1 iP9000平台架构示意图

恩施集控在环境层全部采用国产服务器、网络设备和安防设备，服务器均安装国产化Linux安全操作系统，完全自主可控。数据层完成实时数据库、历史数据库、文件系统非结构化数据等元数据的汇聚，主要负责水电厂数据模型实现和维护。服务层是画面访问、数据访问、日志、报警、邮件、工作流等基本服务的实现层，并提供服务的查找、定位和代理功能。基础应用层包括数据采集、模型维护、人机界面、断面管理、权限管理等。电厂应用层包含了集控中心的多种应用，包括：实时监控、水调自动化、经济运行、大坝监测、综合展示、智能报警等。

1.2 业务部署

iP9000智能对象一体化平台采用一套平台，多个应用的部署方案。即在集控中心系统安全Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区中，都统一部署一体化基础平台，只是在不同的安全区，加载不同的应用，如图2所示。区域之间通过安防设备进行数据的交互和传输，在统一的运行支撑平台上实现跨安全区的自动信息双向同步，为操作员提供一致性的操作界面，并降低系统维护的难度和工作量。

图2 一体化管控平台系统业务部署方案

集控中心在安全Ⅰ区一体化管控平台中部署远程集中监控应用组件，构建集控中心电调监控系统。电调监控系统的任务是通过与下属各水电站计算机监控系统通信，采集各水电站发电过程相关的实时运行数据，对水电站运行情况进行远方集中监视及控制，并负责向上级调度部门传送电力调度所需要的各水电站主要设备运行信息，同时统一接受上级调度系统下达的水电站日发电计划等调度指令，按照经济、安全、高效的原则对各流域水电站进行有效地监视、调度、控制及管理。电调监控系统主要功能模块包括：数据采集及处理、安全监视与智能报警、实时控制与调节、人机接口、系统通信、系统诊断等功能模块。平台具有调度值班操作一体化、人机界面对象化、监视报警智能化的特点。

集控中心在安全Ⅱ区一体化管控平台中部署水调自动化应用组件，构建集控中心流域水调自动化系统。流域水调自动化系统的任务是准确、及时地采集所辖流域水情测报信息，通过与外部系统通信获取所辖区域外的水情信息、气象信息以及防汛指挥部门的防洪调度信息、电力调度部门的电力调度信息，对收集的信息进行全面监视、分析、管理，为各流域水电站进行合理的水库调度应用和决策提供理论依据。安全Ⅱ区还负责与各厂站的电能计量系统通信，采集非实时数据，用于电调系统的统计分析等。

集控中心在安全Ⅲ区一体化管控平台中部署决策支持和信息发布模块，构建管理信息大区功能系统。该区的任务是对电站调度运行中所需的报表进行自动统计计算及相关文档生成，通过Web等多种方式将电调水调信息发布到网页、微信平台等，并提供查询、统计、分析功能，因地制宜、整合资源，综合展示集控中心各层面的生产、调度、规划等丰富的信息。管理信息大区功能模块还设计和多系统进行通信与数据交互，突破传统的水电厂生产运行控制与管理的思路，合理规划联动模式、联动策略，由一体化管控平台以及各需要联动的子系统间通过联动信息的交互解析实现生产实时监控及调度、生产管理信息系统、工业电视、火灾报警、门禁等系统的智能联动，综合运用各类信息辅助决策，提高操作的可靠性、安全性以及工作效率。同时，在水调应用方面部署水情遥测数据服务模块，用于接收遥测站网数据或从遥测接收数据库提取水情数据、设备数据、诊断信息等，部署水文数据交换与报汛服务模块，用于接收水文交换网数据，并按对象方式把数据通过API接口写入系统平台，由系统平台完成数据同步、入历史库，并根据报警策略生成报警。

2 系统集成设计

集控中心计划第一期接入11个电站，均为中小型水电站，监控系统的厂家也各不相同，各电厂的画面风格和点表特征多种多样。集控中心在画面设计上采用统一的风格，将各厂的典型特点糅合一起，以统一的样式对监控数据进行展示和控制。在数据建模方面，采用提前规划好的数据编码和对象树层次，利用iP9000面向对象的特点对各电厂的设备进行归类划分，完成一套统一、全面、科学的建模方案。

系统集成实现各个应用系统拥有风格统一的门户界面、拥有全线统一的身份认证体系，从而最终使各个应用系统的在界面展现、业务应用、功能实现、数据集成等多个方面形成一个符合总体设计规范标准的一个有机整体，充分满足系统在整体表现效能方面的要求，并能较大程度地提高监盘效率，减轻运维人员负担。

3 高级功能设计

3.1 经济调度控制

经济调度控制（EDC）的任务就是按照给定的流域发电目标综合考虑电力系统负荷平衡要求、各水电站机组特性等众多因素，进行梯级水电站联合优化调度和实时负荷分配，其目标是在完成省/州调下达的梯级流域发电总有功指令的同时，制定水库优化运行策略，始终维持梯级水电站在最小耗能状态，提高水电站水库的水能利用率[3]，达到经济调度控制的目的。

对于处于同一流域上的多级水电站，且电站之间存在水的联系的情况，梯级水库具有一定的防洪库容，则考虑省/州调按梯级流域给定总发电有功功率（调度曲线或给定值）的模式。恩施集控中心接入的郁江流域的电站具备经济调度控制的条件，因此设计在iP9000智能一体化平台的基础上，实现郁江流域的经济调度控制试点应用，对处于郁江流域的龙桥、云口、长顺3个电站实时分配流域负荷并动态控制梯级水位，对各电站进行自动发电控制（AGC）来调整负荷。

图3 恩施集控郁江流域EDC系统结构

3.2 多厂站系统数据智能同步

在厂站侧具备IEC104扩展单边点表功能的情况下，监控系统可智能、自动实现与厂站侧配置信息文件的快速同步。厂站侧如有修改数据库、点表等信息时，可快速便捷地通过单边点表的传输方式送到集控中心，完成数据的智能同步和自动对点。

3.3 视频联动

电调监控系统在重要信号动作时发出联动信号，如机组开停机，联动应用模块在收到通知后启动视频联动流程，视频子系统通过服务接口转动摄像头聚焦至预设位置。iP9000智能一体化平台对视频服务平台提供的API接口进行二次开发，将管理信息大区的视频监视功能与生产安全I区的控制与调节功能紧密结合起来，让命令的反馈可以更清晰明确传达运行人员，不仅能够通过报警信息模块提示返送的信号，也能更直观地看到设备的实际动作，对各设备运行安全监视也达到了时时关注的状态，可以提前预知不良情况。

4 结论

国电恩施水电开发有限公司建设的集控中心采用iP9000智能一体化平台实现Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区的统一部署，电调、水调等多系统统一管控，是我国中小型水电站集群跨流域远程监视和控制的一次较大规模的建设，促进了水电领域多系统智能管控一体化技术的发展。