黃一晟

（中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司廣西分公司（紅水河）集控中心，廣西 南寧 530028）

目前，國(guó)內(nèi)外水電站流域集控智能化應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，如梯級(jí)水電智能調(diào)度、AGC/AVC 智能控制優(yōu)化、智能協(xié)調(diào)防御等。隨著電網(wǎng)智能化建設(shè)以及間歇性新能源的大規(guī)模接入，傳統(tǒng)水電廠機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)能力、業(yè)務(wù)互動(dòng)能力及智能決策能力不足的問題日益突出，在很大程度上制約了智能電網(wǎng)的發(fā)展。

智慧集控中心是智慧電廠的融合與延伸，有人認(rèn)為智慧集控中心的建設(shè)就是提高集控受控電廠的自動(dòng)化水平，也有人認(rèn)為應(yīng)該在受控電廠建設(shè)的基礎(chǔ)上增加一套智能系統(tǒng)?；诖?，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要，本文規(guī)劃了智慧集控中心的整體架構(gòu)，設(shè)想了相關(guān)功能，并對(duì)功能實(shí)施進(jìn)行了闡釋。

1 智慧集控中心設(shè)計(jì)思路

大唐廣西分公司（紅水河）集控中心自2017年3月投產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了受控廠監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)全采全送、遠(yuǎn)程監(jiān)控和廠站工業(yè)電視監(jiān)視，但監(jiān)控手段不智能，與原來(lái)單一廠監(jiān)控區(qū)別不大，過多依賴值班人員人為監(jiān)視、判斷分析和操作控制，導(dǎo)致出現(xiàn)監(jiān)控信息處理工作量大、運(yùn)行分析效率低下等問題。同時(shí)，水電“靠天吃飯”的管理弊端仍未改善。由于對(duì)于雨情、水情信息無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷和靈敏感知，影響了水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性，因此，有必要繼續(xù)轉(zhuǎn)型為更為智能的智慧集控中心。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，智慧集控中心將圍繞調(diào)度監(jiān)控、發(fā)電調(diào)度、水庫(kù)調(diào)庫(kù)、防洪防汛調(diào)度、協(xié)同調(diào)度決策、運(yùn)行調(diào)度評(píng)價(jià)等，通過云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的深入應(yīng)用，依托水電站集中控制技術(shù)的進(jìn)步，構(gòu)筑面向未來(lái)的智能化決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全流域梯級(jí)水電站發(fā)電調(diào)度和防洪調(diào)度過程中的實(shí)時(shí)感知、精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、智能調(diào)控、科學(xué)決策，使流域集控運(yùn)行系統(tǒng)成為具備自我感知、判斷、分析、選擇和自適應(yīng)能力的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電調(diào)度計(jì)劃制定、防洪調(diào)度方案制定、發(fā)電優(yōu)化調(diào)度方案制定等相關(guān)功能，并研發(fā)多流域智慧電廠協(xié)同優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)洪水雨情、水文水情、區(qū)間來(lái)水的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，綜合多能互補(bǔ)、水庫(kù)蓄水、電力市場(chǎng)等影響因素和調(diào)度期望，實(shí)現(xiàn)跨域多能源電廠智能分析，得出最優(yōu)調(diào)度策略，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和安全效益。

2 智慧集控運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能組成

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智慧集控運(yùn)行系統(tǒng)包含智能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、智能防汛調(diào)度、智能設(shè)備狀態(tài)分析診斷、多維決策單元和評(píng)價(jià)單元等模型，在優(yōu)化調(diào)度策略實(shí)施后，根據(jù)實(shí)施效果對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度決策模型進(jìn)行更新和修正，從而使整個(gè)數(shù)據(jù)鏈和信息鏈成為環(huán)路，數(shù)據(jù)、信息、模型和決策之間相互融合。集控中心與受控廠站采用網(wǎng)絡(luò)化分布式結(jié)構(gòu)，受控廠站的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、綜合、邏輯處理后上送集控中心，根據(jù)生產(chǎn)需要制定符合集控智能監(jiān)控的判斷邏輯，用智能多維決策系統(tǒng)替代人工判斷，實(shí)現(xiàn)智能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和設(shè)備診斷分析。智慧集控運(yùn)行系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧集控運(yùn)行系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)功能組成

2.2.1 智能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（Economic Dispatching Control，簡(jiǎn)稱EDC）主要完成流域水電站實(shí)時(shí)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度與在線控制功能，目標(biāo)是在完成上級(jí)調(diào)度部門下達(dá)的負(fù)荷指令的同時(shí)，始終維持梯級(jí)水電站在最小耗能狀態(tài)。流域EDC模塊組成及接口如圖2所示。

智慧集控優(yōu)化調(diào)度控制是由流域發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化制定、廠站間及站內(nèi)負(fù)荷優(yōu)化分配、流域電站水位動(dòng)態(tài)控制等一系列的優(yōu)化調(diào)度決策共同組成的。流域水電站優(yōu)化調(diào)度控制中主要采用三個(gè)優(yōu)化準(zhǔn)則：最大發(fā)電量準(zhǔn)則、最大蓄能量準(zhǔn)則及庫(kù)水位越限程度最小準(zhǔn)則[1]。據(jù)此需對(duì)傳統(tǒng)的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、短期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度等軟件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)適合流域特點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC）軟件，構(gòu)建完整的“調(diào)度-執(zhí)行-反饋-修正-再調(diào)度-再執(zhí)行”在線閉環(huán)調(diào)度與控制體系[2]，提高水能利用率，減少棄水量，增加發(fā)電量。通過水文聯(lián)合補(bǔ)償和電力補(bǔ)償，提高流域水電站的聯(lián)合發(fā)電能力和調(diào)峰調(diào)頻能力；通過水庫(kù)調(diào)度和電力運(yùn)行的耦合，提高實(shí)際調(diào)度過程與預(yù)想調(diào)度過程的一致性，促使電力運(yùn)行更加平穩(wěn)。

集控中心可根據(jù)調(diào)度負(fù)荷指令或水情自動(dòng)測(cè)算負(fù)荷給定流域總負(fù)荷，并根據(jù)最大發(fā)電量準(zhǔn)則、最大蓄能量準(zhǔn)則及庫(kù)水位越限程度最小準(zhǔn)則分配至各電廠執(zhí)行，按AGC確定廠站開機(jī)臺(tái)數(shù)與優(yōu)先級(jí)別，自動(dòng)分配各機(jī)組負(fù)荷，根據(jù)水情、機(jī)組診斷情況、廠站主接線等影響優(yōu)化開機(jī)策略，進(jìn)行自動(dòng)開停機(jī)、自動(dòng)負(fù)荷調(diào)整，并根據(jù)操作指令，自動(dòng)生成操作步驟，條件允許下自動(dòng)按步驟操作。

2.2.2 智能防汛調(diào)度

圖2 流域EDC模塊組成圖

水電站防洪防汛調(diào)度主要解決入庫(kù)洪水的優(yōu)化蓄泄問題，在確保水電站自身安全的前提下，盡可能減輕洪水對(duì)下游的危害作用，并適當(dāng)考慮洪水的資源化利用。大唐廣西集控智能防汛調(diào)度功能主要由方案計(jì)算、會(huì)商、洪水分析、基礎(chǔ)資料分析和設(shè)置、方案管理和方案輸出六部分組成。功能組成如圖3所示。

智慧集控依據(jù)水電站當(dāng)前及洪水期內(nèi)運(yùn)行特性，動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)面臨洪水過程，預(yù)判其相應(yīng)于水庫(kù)當(dāng)前運(yùn)行狀況的洪水風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，結(jié)合現(xiàn)有的削峰、預(yù)泄、錯(cuò)峰等洪水調(diào)度方法，進(jìn)行自適應(yīng)洪水分級(jí)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)完成防洪任務(wù)前提下的水資源合理利用[3]。在此基礎(chǔ)上，考慮閘門允許開度、閘門操作水位、閘門啟閉順序、閘門開度組合等限制條件，建立基于可變規(guī)則的閘門群實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型及實(shí)時(shí)求解算法，根據(jù)預(yù)報(bào)入庫(kù)洪水過程自動(dòng)制定閘門優(yōu)化操作過程方案，同時(shí)，根據(jù)相關(guān)水情數(shù)據(jù)的變化，準(zhǔn)確判斷汛前和汛尾到來(lái)的時(shí)間，并自動(dòng)提醒運(yùn)行人員與上級(jí)調(diào)度及時(shí)溝通，以便做好相應(yīng)的騰庫(kù)及攔尾工作。

2.2.3 智能趨勢(shì)分析

智能運(yùn)行趨勢(shì)分析系統(tǒng)用于流域電廠的設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器中的歷史數(shù)據(jù)來(lái)學(xué)習(xí)水輪發(fā)電機(jī)組的水頭、出力、軸承溫度等數(shù)據(jù)特點(diǎn)，橫向?qū)Ρ认嗤r多臺(tái)機(jī)組參數(shù)，縱向分析單機(jī)參數(shù)的變化趨勢(shì)，來(lái)完成油泵/水泵運(yùn)行時(shí)間和啟停間隔、集水井來(lái)水量、油箱滲漏量等各設(shè)備的運(yùn)行情況趨勢(shì)分析，對(duì)廠用電率、耗水率、設(shè)備運(yùn)行頻率及運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和比較，并分析出現(xiàn)問題和可能的原因，同時(shí)給出檢查方向或優(yōu)化運(yùn)行的建議。

2.2.4 智能預(yù)警

目前，大唐廣西分公司（紅水河）集控中心受控廠站的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過“全采全送”的方式送至集控中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，共計(jì)約10萬(wàn)個(gè)測(cè)點(diǎn)，如果不經(jīng)處理，勢(shì)必會(huì)造成監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)報(bào)頻繁刷屏、告警信息紊亂、光字錯(cuò)報(bào)誤報(bào)、監(jiān)盤人員漏信號(hào)等一系列混亂的情況，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。

圖3 水電站防汛調(diào)度組成圖

大唐廣西集控中心智能預(yù)警系統(tǒng)將采用南瑞集團(tuán)IMC 平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)及相應(yīng)的光字系統(tǒng)，以一體化平臺(tái)為核心，建立智能水電廠架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、高級(jí)應(yīng)用互動(dòng)化、運(yùn)行管理一體化以及輔助決策智能化，保證系統(tǒng)的可靠性、高效性、穩(wěn)定性、互動(dòng)性、開放性[4]。智能預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合受控電廠實(shí)際運(yùn)行情況，按事故、故障、越復(fù)限不同級(jí)別展示報(bào)警信息，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)或手動(dòng)操作進(jìn)行報(bào)警信息的屏蔽和確認(rèn)。預(yù)警系統(tǒng)將故障點(diǎn)以設(shè)備故障樹的形式進(jìn)行分類，逐條細(xì)分至最后的樹葉，以不同顏色區(qū)分故障等級(jí)和重要程度，并進(jìn)行延時(shí)濾波和關(guān)聯(lián)報(bào)警，設(shè)備異常故障將以模擬量曲線、智能簡(jiǎn)報(bào)推送以及三級(jí)綜合光字的方式自動(dòng)推送至決策模塊進(jìn)行分析并處理。

2.2.5 智能巡檢系統(tǒng)

流域集控中心最終將解放廠站運(yùn)行監(jiān)盤人員的生產(chǎn)力，使得“無(wú)人值班，少人值守”成為現(xiàn)實(shí)。根據(jù)智能電廠的理念，智能巡檢系統(tǒng)將逐步代替人工巡檢，通過先進(jìn)的定位技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)等先進(jìn)手段，提高廠站設(shè)備巡檢的安全性和可靠性[5]，搭載無(wú)線傳感技術(shù)和智能分析系統(tǒng)的有軌機(jī)器人將布置在廠站設(shè)備周圍，通過預(yù)設(shè)程序進(jìn)行定期巡檢工作，也能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備異常情況迅速到達(dá)附近進(jìn)行巡視，實(shí)時(shí)上傳測(cè)量參數(shù)，聯(lián)合智能預(yù)警和趨勢(shì)分析系統(tǒng)，最后供決策系統(tǒng)判斷分析。

2.2.6 多維決策單元

智慧集控的智能化，體現(xiàn)在如“人腦”的分析決策能力和自我進(jìn)化能力?！岸嗑S決策模型”正是智慧集控的“大腦”，推動(dòng)智慧集控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和思考。通過各種算法，準(zhǔn)確根據(jù)各種外部條件的變化自動(dòng)匹配市場(chǎng)用電需求、水庫(kù)水位與機(jī)組發(fā)電設(shè)備實(shí)況的關(guān)系。

2.2.7 智能運(yùn)行調(diào)度評(píng)價(jià)

根據(jù)自動(dòng)采集的發(fā)電運(yùn)行、水庫(kù)水情、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行水平三方面的核心指標(biāo)，以智能系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對(duì)比決策的期望和實(shí)際結(jié)果，自動(dòng)生成運(yùn)行評(píng)價(jià)結(jié)果。

3 實(shí)施建議

由于流域各電廠所在網(wǎng)區(qū)不同設(shè)備軟硬件功能水平參差不齊，要完全實(shí)現(xiàn)智慧集控運(yùn)行系統(tǒng)的功能仍有一定距離。根據(jù)目前集控中心建設(shè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出以下實(shí)施建議。

3.1 智能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面：由于流域梯級(jí)調(diào)度的復(fù)雜性、安全性等因素，尤其涉及所在網(wǎng)區(qū)系統(tǒng)潮流問題，目前還未能實(shí)現(xiàn)根據(jù)上級(jí)調(diào)度下發(fā)的總負(fù)荷進(jìn)行全流域電廠自主分配，特別是流域電廠中有電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰主力電廠的。但建議與上級(jí)調(diào)度溝通，對(duì)部分有直接上下游關(guān)系、滿足潮流分布條件的兩個(gè)或多個(gè)電廠給定總負(fù)荷自主分配，先對(duì)局部進(jìn)行試點(diǎn)，為今后智能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 智能防汛調(diào)度方面：應(yīng)考慮流域山谷與山脊河段水文水情預(yù)測(cè)受地貌割裂影響的情況，有利于提高水文預(yù)報(bào)的精確性。

3.3 智能巡檢系統(tǒng)方面：從廠站廠房布局和安全性上考慮，建議使用有軌機(jī)器人更為安全，軌道布置不能影響設(shè)備正常的操作、檢修，根據(jù)使用環(huán)境具備防水、防塵、防電磁干擾功能。

3.4 智能預(yù)警與趨勢(shì)分析方面：建議采用數(shù)據(jù)時(shí)空組合關(guān)聯(lián)特性的生產(chǎn)數(shù)據(jù)過濾方法，對(duì)于趨勢(shì)分析的縱、橫向?qū)Ρ忍峁┛煽恳罁?jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清潔獲取、挖掘和有效利用。

3.5 多維決策單元以及智能運(yùn)行調(diào)度評(píng)價(jià)方面：建設(shè)初期應(yīng)結(jié)合各廠發(fā)電能力，同時(shí)考慮企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃建設(shè)一體化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，并能與后期模糊智能決策模塊對(duì)接形成一個(gè)完整的決策、評(píng)價(jià)體系。

4 應(yīng)用前景

隨著科技的進(jìn)步，智慧集控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越多，以大唐廣西分公司（紅水河）集控中心為例，目前已成功實(shí)現(xiàn)流域氣象與水情耦合、水情耦合發(fā)電的雙聯(lián)動(dòng)模式，使調(diào)度決策向?qū)嵸|(zhì)“多維化”邁進(jìn)，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2018年大唐廣西分公司集控中心的10個(gè)水電廠平均水能利用提高率達(dá)3.88%，全年增發(fā)電量12.02億kWh，比原設(shè)計(jì)值（3.47%）提高了0.41個(gè)百分點(diǎn)，減少了碳排量。開發(fā)了水、火、風(fēng)互濟(jì)及發(fā)電權(quán)交易模糊智能決策模塊，根據(jù)季節(jié)、天氣和電力市場(chǎng)交易情況進(jìn)行水、火、風(fēng)電的發(fā)電權(quán)置換，突出了清潔能源的作用，合理利用資源，節(jié)能減排。

智慧集控系統(tǒng)的建設(shè)，將流域水電運(yùn)行由人工模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸悄堋蹦Ｊ剑瑹o(wú)人值班、科學(xué)調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將減少企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)對(duì)電力市場(chǎng)變化的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以現(xiàn)有廣西分公司（紅水河）集控中心為基礎(chǔ)，在智慧集控方面概要闡述了流域梯級(jí)水電站智能集控體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)和組成，可為今后智慧集控的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和監(jiān)視提供技術(shù)參考。目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和5G技術(shù)的應(yīng)用，使得三維可視化系統(tǒng)逐步建設(shè)起來(lái)，極大提升了智能巡檢系統(tǒng)的感知功能，大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展將不斷為智能故障預(yù)警和發(fā)電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的技術(shù)支持。隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，智慧集控的功能將日益提升，持續(xù)解放生產(chǎn)力。