智能水電廠VXT

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智能化水電廠介紹國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院 近年來(lái)水電產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。截至2009年底,全國(guó)水電裝機(jī)容量為1.97億千瓦,占發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?3%,年發(fā)電量約5500億度。隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)有水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)逐漸顯露出一體化及智能化程度低、標(biāo)準(zhǔn)差異性大、網(wǎng)廠協(xié)調(diào)能力差、電力安全防護(hù)較弱等問(wèn)題，智能決策困難，難以實(shí)現(xiàn)效率和效益的最大化，制約了水電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與壯大。以計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)為代表的信息自動(dòng)化技術(shù)日新月異，已經(jīng)成為當(dāng)今世界上發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。相關(guān)智能調(diào)度系統(tǒng)的成功建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)。水電廠生產(chǎn)運(yùn)行各環(huán)節(jié)積累了大量的專家知識(shí)庫(kù)。智能化水電廠建設(shè)背景 概述智能化發(fā)電廠建立在可靠、高速的通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、穩(wěn)定的設(shè)備、可靠的控制方法以及智能化的決策支持技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的可靠、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。以提高安全穩(wěn)定性、資源利用率、節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、輔助決策能力、網(wǎng)廠協(xié)調(diào)能力為目標(biāo)，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，提高供電可靠性和供電質(zhì)量，更好地體現(xiàn)社會(huì)效益和企業(yè)效益。統(tǒng)一平臺(tái)輔助決策數(shù)字化統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能 內(nèi)涵與特征智能化水電廠以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為服務(wù)對(duì)象，以網(wǎng)廠協(xié)調(diào)發(fā)展的“無(wú)人值班”(少人值守)模式為基礎(chǔ)，以通信平臺(tái)為支撐，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合。主要內(nèi)涵堅(jiān)強(qiáng)可靠經(jīng)濟(jì)高效集成開(kāi)放友好互動(dòng)基本特征信息標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)整體化決策智能化 智能化水電廠智能調(diào)度硬件支撐設(shè)備通信信息統(tǒng)一支撐平臺(tái)基本專業(yè)應(yīng)用智能高級(jí)應(yīng)用智能評(píng)估運(yùn)行維護(hù)資產(chǎn)管理統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)水預(yù)測(cè)大壩安全狀態(tài)監(jiān)控經(jīng)濟(jì)優(yōu)化組成環(huán)節(jié) 主要應(yīng)用功能 經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行系統(tǒng)水庫(kù)來(lái)水預(yù)報(bào)水庫(kù)來(lái)水預(yù)報(bào)功能支持對(duì)前期和實(shí)時(shí)水文氣象要素的分析比對(duì)，提供多種數(shù)值預(yù)報(bào)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水文要素未來(lái)趨勢(shì)和過(guò)程的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。根據(jù)預(yù)見(jiàn)期的長(zhǎng)短，分為短期洪水預(yù)報(bào)、日徑流預(yù)報(bào)和中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)。水電調(diào)度計(jì)劃考核評(píng)估分析評(píng)估執(zhí)行預(yù)測(cè)水文預(yù)報(bào)負(fù)荷預(yù)測(cè)發(fā)電能力預(yù)測(cè)考慮大壩安全、設(shè)備狀態(tài)等，制定防洪、發(fā)電調(diào)度方案風(fēng)險(xiǎn)分析水文預(yù)報(bào)精度評(píng)定節(jié)水增發(fā)電考核跟蹤執(zhí)行、計(jì)劃修正梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度流程 梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度為保證電網(wǎng)安全、發(fā)揮水電站經(jīng)濟(jì)效益、提高防洪減災(zāi)能力以及發(fā)揮節(jié)能減排作用提供了重要支撐。主要包括：水情監(jiān)測(cè)、水文預(yù)報(bào)、調(diào)洪演算、水電優(yōu)化調(diào)度、水庫(kù)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析、水庫(kù)三維展示及應(yīng)用等內(nèi)容。水庫(kù)調(diào)度應(yīng)用 實(shí)時(shí)監(jiān)控智能控制AGCAVC發(fā)電運(yùn)行保護(hù)系統(tǒng)EDC發(fā)電計(jì)劃?rùn)C(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，綜合數(shù)據(jù)計(jì)算、控制與調(diào)節(jié)、安全運(yùn)行監(jiān)視和事故追憶等基本功能。高級(jí)功能有：自動(dòng)發(fā)電控制AGC（AutomaticGenerationControl）自動(dòng)電壓控制AVC（AutomaticVoltageControl）梯級(jí)電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)EDC梯級(jí)集控中心與電網(wǎng)聯(lián)合智能調(diào)度視頻聯(lián)動(dòng)與狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)的結(jié)合與培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合 提供了實(shí)時(shí)高效、安全可靠的監(jiān)控內(nèi)核，功能強(qiáng)大、實(shí)用方便的組態(tài)工具，精細(xì)美觀的圖形界面，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，緊貼水利水電用戶和梯級(jí)集控調(diào)度應(yīng)用需求的各種常規(guī)及高級(jí)功能。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 信息管理系統(tǒng)信息管理區(qū)處于安全分區(qū)中的Ⅲ、Ⅳ區(qū)，其組織結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，該區(qū)通過(guò)底層應(yīng)用支撐服務(wù)與其余系統(tǒng)進(jìn)行同步。分布在該區(qū)的主要應(yīng)用系統(tǒng)有：培訓(xùn)仿真系統(tǒng)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)專家系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)大壩安全檢測(cè)與分析評(píng)估專家系統(tǒng)OA、檔案系統(tǒng) 生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)以設(shè)備管理為核心，包括從設(shè)備投運(yùn)到設(shè)備退役的全過(guò)程閉環(huán)管理。建設(shè)思路：從基于中心及中心驅(qū)動(dòng)的基本設(shè)計(jì)思想出發(fā)，PMS被設(shè)計(jì)成一個(gè)由五大中心及圍繞五大中心分布的眾多外圍應(yīng)用組成的有機(jī)體。設(shè)備中心代表了整個(gè)電廠生產(chǎn)管理的核心對(duì)象、基本出發(fā)點(diǎn)和最終目標(biāo)；計(jì)劃任務(wù)中心代表了整個(gè)電廠生產(chǎn)管理的工作方式和組織策劃；運(yùn)行工作中心代表了整個(gè)電廠生產(chǎn)管理的執(zhí)行過(guò)程、工作內(nèi)容及工作結(jié)果；評(píng)價(jià)中心代表了整個(gè)電廠生產(chǎn)管理的評(píng)估監(jiān)督和價(jià)值取向；標(biāo)準(zhǔn)中心代表了整個(gè)電廠生產(chǎn)管理的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化力度和水平。 專家系統(tǒng)建立設(shè)備信息資源目錄體系，將資源目錄體系內(nèi)基于CIM模型的數(shù)據(jù)模型與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射，定時(shí)、觸發(fā)、定時(shí)或手工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取和更新。數(shù)據(jù)調(diào)用與處理狀態(tài)檢修管理系統(tǒng) 大壩安全信息管理與分析評(píng)估大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行是電廠智能化的基礎(chǔ)，大壩安全信息管理與分析評(píng)估系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守下的分布式數(shù)據(jù)采集、集中統(tǒng)一管理和安全評(píng)估。信息管理軟件由采集、報(bào)表、圖形、數(shù)據(jù)表格、測(cè)點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)管理七個(gè)部分組成。大壩及工程運(yùn)行安全評(píng)估專家系統(tǒng)通過(guò)對(duì)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大規(guī)模自動(dòng)化處理、分析、統(tǒng)計(jì)、比較、判斷，進(jìn)而對(duì)大壩等建筑物安全狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，使安全監(jiān)測(cè)成果及時(shí)發(fā)揮應(yīng)有的作用，為大壩的工程運(yùn)行管理提供專家決策支持。 OA業(yè)務(wù)OA、檔案管理系統(tǒng)（也稱協(xié)同辦公系統(tǒng)）主要包括公文管理、檔案管理、電子簽章、辦公助手、出差管理、會(huì)議管理、網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議、信訪管理、調(diào)研管理、新聞宣傳與采編、移動(dòng)辦公、公司通訊錄等功能模塊。接入層：通過(guò)企業(yè)門戶集成，提供定制個(gè)性化服務(wù)、提供單點(diǎn)登錄、身份認(rèn)證和多渠道接入等功能。應(yīng)用層：是邏輯結(jié)構(gòu)的核心，通過(guò)調(diào)用服務(wù)層的應(yīng)用支撐平臺(tái)，以模板、組件的形式包裝，構(gòu)建應(yīng)用邏輯群，并形成面對(duì)最終用戶的門戶。服務(wù)層：與應(yīng)用層共同構(gòu)成整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)的核心，由模板、業(yè)務(wù)組件和公用組件構(gòu)成應(yīng)用基礎(chǔ)系統(tǒng)，是應(yīng)用層的軟件支撐平臺(tái)。資源層：資源層構(gòu)成應(yīng)用層、服務(wù)層的支撐環(huán)境。 一體化氣象信息解決方案綜合應(yīng)用分析氣象對(duì)比應(yīng)用電力行業(yè)作為氣象服務(wù)高敏感性和高需求性的行業(yè)，其生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)受環(huán)境氣象條件的影響極大。特別是近年來(lái)，冰凍、臺(tái)風(fēng)、暴風(fēng)雪、強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)降雨、強(qiáng)雷電、霧霾、高溫、干旱等災(zāi)害性天氣對(duì)系統(tǒng)輸變電設(shè)備運(yùn)行和可靠供電的影響呈現(xiàn)逐年增多的趨勢(shì)。氣象信息系統(tǒng)提供了氣象信息在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用平臺(tái)。氣象信息應(yīng)用 現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)中可在廠站內(nèi)繼電保護(hù)系統(tǒng)、穩(wěn)控系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)、輔助設(shè)備系統(tǒng)間建立統(tǒng)一的現(xiàn)地級(jí)數(shù)據(jù)總線，實(shí)現(xiàn)信息共享，構(gòu)建水電站現(xiàn)地級(jí)智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水電站現(xiàn)地級(jí)系統(tǒng)的信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化。全站網(wǎng)絡(luò)采用高速光纖以太網(wǎng)組成，通信標(biāo)準(zhǔn)符合DL/T860（IEC61850）。將智能水電站系統(tǒng)在邏輯上分為站控層、間隔層和過(guò)程層三層，采用兩層網(wǎng)絡(luò)：站控層網(wǎng)（MMS網(wǎng)）、過(guò)程層網(wǎng)（GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)）組成。站控層由監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)（操作員站）和智能設(shè)備接口機(jī)等構(gòu)成，智能設(shè)備接口機(jī)可將狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、輔助設(shè)備系統(tǒng)等接入站控層MMS網(wǎng)。間隔層由可若干個(gè)子系統(tǒng)組成，如繼電保護(hù)系統(tǒng)、安穩(wěn)系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，即與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、傳感器和控制器通信。過(guò)程層由電子式互感器、合并單元、智能終端、變送器等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備或其它設(shè)備相關(guān)的功能。 高清工業(yè)電視系統(tǒng) 小水電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)小水電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為單機(jī)25MW及以下的水力發(fā)電站和以小水電為主的地方小電網(wǎng)提供高度集成的、安全可靠的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的整體解決方案。智能小水電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)符合國(guó)際開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并集測(cè)控、自動(dòng)準(zhǔn)同期、交流量采集、勵(lì)磁、調(diào)速、保護(hù)、輔機(jī)控制等功能為一體，具有如下特點(diǎn)：智能統(tǒng)一平臺(tái)軟件全智能化的測(cè)控模塊統(tǒng)一現(xiàn)地總線接口開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)絡(luò)模塊化設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大、運(yùn)行高效、維護(hù)方便 水情野外遙測(cè)站為智能水電廠防洪及水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度提供原始信息，具有以下特點(diǎn)：微功耗：核心的RTU靜態(tài)功耗小于50uA豐富的采集功能：不僅可采集傳統(tǒng)雨量水位信息，還可支持流量、降雪、視頻圖像采集多傳輸信道支持：GPRS/CDMA1X/SMS/北斗/海事/VHF/PSTN，支持主備自動(dòng)切換一體化防雷結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊湊美觀，安裝方便，所有電纜包含金屬屏蔽水情野外遙測(cè)及自動(dòng)氣象站自動(dòng)氣象站是氣象現(xiàn)地采集系統(tǒng)中的核心部分，具有以下特點(diǎn)：分布式模塊化設(shè)計(jì)：各氣象要素的采集由單獨(dú)的模塊完成，通過(guò)RS485/CAN總線和主處理模塊交換數(shù)據(jù)，有效降低了系統(tǒng)整體功耗。高速數(shù)據(jù)處理：一般的自動(dòng)氣象站是將瞬時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)回中心站，由中心站將瞬時(shí)處理為各種可用數(shù)據(jù)；該自動(dòng)氣象站采用高速CPU，內(nèi)嵌了各種算法，直接對(duì)瞬時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將處理結(jié)果傳回中心站。微功耗：傳感器、通信設(shè)備等均選用業(yè)界低功耗的產(chǎn)品進(jìn)行集成，即使在高速采集與處理時(shí)，整站平均功耗也小于20mA高可靠性：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，MTBF>50000小時(shí) 基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)隨著水電站智能化技術(shù)的發(fā)展及大力推廣，針對(duì)智能化水電站建設(shè)的需求，智能一體化電源系統(tǒng)、時(shí)間同步系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)作為基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，在智能化水電站系統(tǒng)中發(fā)揮著基礎(chǔ)服務(wù)作用，為智能化水電站基礎(chǔ)運(yùn)行提供安全保障。智能一體化電源采用統(tǒng)一化、網(wǎng)絡(luò)化共享設(shè)計(jì)，為廠用變各種負(fù)荷提供可靠的工作電源；時(shí)間同步系統(tǒng)為智能化水電站系統(tǒng)保證了時(shí)間基準(zhǔn)的高可靠性；防雷系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)為智能化電站系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提供了強(qiáng)有力的保障。智能一體化電源系統(tǒng)、時(shí)間同步系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)在智能化水電站系統(tǒng)中發(fā)揮著基礎(chǔ)服務(wù)作用，為智能化水電站基礎(chǔ)運(yùn)行提供保障。 效益分析1、節(jié)水增發(fā)電效益實(shí)現(xiàn)流域/跨流域梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度控制，提高效率，增加發(fā)電量。2、管理效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率效益實(shí)現(xiàn)流域/跨流域梯級(jí)水電站電力調(diào)度和水庫(kù)調(diào)度的高效統(tǒng)一管理提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。3、電站設(shè)備效益和運(yùn)行效益實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期管理,提高設(shè)備的使用效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；提高水電廠狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷水平，提高設(shè)備檢修效率效益。4、網(wǎng)廠協(xié)調(diào)效益實(shí)現(xiàn)網(wǎng)廠協(xié)調(diào)控制，提高水電站對(duì)電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰、事故備用的支撐能力，為智能電網(wǎng)一體化建設(shè)提供堅(jiān)強(qiáng)支撐。5、社會(huì)效益提高梯級(jí)水庫(kù)的綜合調(diào)節(jié)能力，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)境、城市和農(nóng)業(yè)用水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游資源開(kāi)發(fā)及利用也會(huì)產(chǎn)生重要影響。 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)智能水電改造，可以大大提升水電生產(chǎn)管理水平和層次，合理調(diào)配流域水資源，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)與機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；可以提高大型機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組的快速響應(yīng)能力，為電網(wǎng)提供強(qiáng)大高效的削峰填谷能力；其儲(chǔ)能規(guī)模大、啟閉靈活、并網(wǎng)時(shí)間快等特征，為大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)提供有力支撐。國(guó)網(wǎng)電科院集中了優(yōu)勢(shì)科研力量，對(duì)智能化水電課題進(jìn)行了規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作，正在進(jìn)行全面開(kāi)發(fā)工作。