关于智能水电厂现地自动化系统的分析

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摘 要：随着现代计算机信息技术的不断发展，越来越多的现实工业与生活与信息联系在一起，电网的建设也开始走向智能化。智能电网的建设离不开水电厂的智能化发展。智能化的主要目标是实现自动化控制，减少人工操作，提高精确性。文章重点对智能化变电站的特点与结构进行分析，明确智能水电厂现地自动化系统的特点，制定相关方案，为同行提供一定的参考。

关键词：智能水电厂；现地；自动化系统；变电站

引言

随着我国科学技术的不断进步，电网系统中智能化发展程度不断加深。通过智能化的方向发展，实现了自动化精确控制，实现了电能的节约，大大提高了电能的利用率，为不同的用户提供了充分的保障。智能水电厂是智能电网发展的重要组成部分。智能水电厂的发展要适应现代化电网建设的需求，需要对外界的信息获取更加快捷，同时能够做出最快的反应，来适应系统需求。

传统中水电厂必须要有工作人员值班看守，及时通过电话等设备来获得一些外界信息，手动对系统进行调节。随着人工成本的不断增加，智能化水电厂的发展已经基本上可以不再采用人工值班的方法，大大节约了劳动力。不可否认，现阶段智能化水电厂的现地自动化系统的发展还存在着一定的不足，首先多个控制设备间没有统一的接口标准，一些数据信号只能通过电缆进行传输，设备间在数据共享方面存在着一些问题，从而导致调节起来精度无法保障，后期的运行维护同样也面临着一定的问题。基于IEC61850标准，智能化变电站通过智能化与网络化的设备，可以充分实现数据共享，同时也可以实现智能电气设备之间的信息交流与操作。[1]

1 智能变电站概念

根据相关的标准，智能变电站的通信体系可以分为过程层、间隔层与站控层。过程层主要是通过一次设备与智能中间件来组成的智能终端或合并单元。间隔层主要是指继电保护装置，同时也对一次设备进行监控，通过二次设备来对一次设备进行功能控制；[2]站控层则是实现智能化的核心部分，通过站域控制、通信系统以及自动化系统来对全站的多个设备进行测量与控制。

2 水电厂控制特点

水电厂的实际控制与变电站运行也有着很多相同的地方。首先它的分层十分类似。传统意义上来讲，水电厂可以分为厂站层、现地层控制与过程层三大主要部分，这些分层与变电站的三个分层分别相对应，这些对应分层的功能与特点。通信控制方式都基本保持一致。所以智能水电厂的建设同样可以以IEC61850标准为基础进行分层。[3]另外智能变电站与水电厂的设备也多存在相同的现象。在变电站中经常见到的一次开关设备、间隔保护器、对时系统中，在水电厂中同样适用。不过水电厂比变电站控制的对象更多，除了一些基本的开关变压器设备外，还有发电机、油水气系统等，尤其是一些模拟量信号的设备。所以水电厂在发展过程中还需要有自己的特点，以适应现代电网建设的需求。[4]

水电厂主要有以下几个特点，首先它的层级间的信号关系相对复杂一些。其次，信号类型与信号来源较多。再次，水电厂的现地控制层设备间的控制关系更加复杂。水电厂以发电机组与开关站为单元，发电机组控制包括监控、保护、砺磁等子系统。[5]

3 水电厂现地自动化系统技术现状

水电厂的继电保护目前仍以微机为主，它的功能、结构都与变电站上的继电保护装置类似，但在保护对象上有所不同而已。[6]水电站现地控制单元的监控系统主要是以PLC为控制中心，它把信号进行采集并处理，转化为可以执行的现地设备控制命令，通过以太网传输到后台计算机处理中心进行备案。PLC信号处理以模拟量为主，本身并不会对数据进行分类加工处理，只是进行数据上报。由于智能化的数据只通过通信串口方式进行数据交换，这将会对传统的水电站监控系统提出了更高的要求，需要做出较大的改变。[7]

4 智能水电厂现地自动化系统设计

首先，智能水电厂自动化方案中可以采用智能变电站相同的分层结构，现地控制由SMV来实现电子互感器信号采集，由GOOSE网来对智能一次设备与测控装置进行信息交换与操作，由MMS网来实现现地控制间、厂站间的信息交互。[8]

其次，智能水电厂现地自动化系统要避免传统方案中监控信号大集中的问题，需要根据不同的监控对象进行区分，把每一个监控对象都设计成为智能化系统，通过IEC61850标准接口实现控制，如智能开关、智能转速装置等，这些独立功能的实现就需要独立的子系统进行精确控制，信号当然要单独采集与储存。[9]目前部分水电厂硬件设施不足，在目前的发展现状下，可以通过全并单元或智能操作箱的智能测控方式，来实现IEC61850标准接口。由于现地控制层与过程层间的信息交互与相互操作，可以实现相互间的控制闭锁，这些都是通过GOOSE来实现的，这一协议大大保障了操作的时效性，但由于在此协议上的信息量十分巨大，可以根据不同的电站实际情况在同一机组内分为多个GOOSE子网，提高整个系统的运行性能。

5 智能水电厂现地自动化系统研究发展趋势

虽然目前已经有多个水电厂已经开始了智能化的技术研究，但整体仍然处于基础研发阶段，技术发展并未完全成熟。目前已经有多个地区实现了智能化建设的初步阶段，这些控制装置的实现为智能水电厂技术的发展提供了方向。在未来，将会向着对象建模技术方向发展。在IEC61850标准中增加了多个水电厂专用逻辑节点，共涉及到了电气、机械与传感器等多个功能领域。不过IEC61850标准中一些需求信号并没有明确定义。其次要不断开发各种新型的控制装置；最后，要不断开展更多的操作试验，为了提高控制可靠性，要针对不同的供应商，提高试验的准确性与可靠性，为智能化水电厂的发展提供强力保障。[10]

6 结束语

随着现代计算机信息技术的不断发展，智能水电厂将是未来发展的重要趋势，现地自动化系统涉及到的对象十分复杂，它的实现将是对传统水电厂发展的一种革新与改造。在智能化发展过程中，需要科技人员与其他所有工作人员共同努力，为实现我国的可持续发展寻找更加适合现代社会发展的技术方向与发展目标。

参考文献

[1]刘观标，李晓斌，李永红，等.智能水电厂的体系结构[J].水电自动化与大坝监测，2011，1：1-4.

[2]王德宽，张毅，刘晓波，等.智能水电厂自动化系统总体构想[J].水电自动化与大坝监测，2011，1：5-9.

[3]严杰，蔡守辉.智能水电厂现地控制单元发展趋势[J].水电自动化与大坝监测，2011，2：1-4.

[4]王德宽，张毅，刘晓波，等.智能水电厂自动化系统总体构想初探[J].水电站机电技术，2011，3：1-4+128.

[5]胡少英，李永红，谢凯，等.基于智能水电厂的水调自动化系统及其应用[J].水电自动化与大坝监测，2012，1：15-17.

[6]张红芳，彭文才，闽峥.智能水电厂现地自动化系统技术分析[J].水电自动化与大坝监测，2012.

[7]赵雪飞，徐洁，张红芳，等.智能水电厂现地自动化系统[J].水电自动化与大坝监测，2012.

[8]王聪.水电厂监控系统IEC61850信息建模技术研究及应用[Z].中国水利水电科学研究院，2013.