OA自動化碧口水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)

1、碧口水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)大唐碧口水力發(fā)電廠 李 海 洲摘要： 本文介紹了碧口水電廠水調(diào)自動化系統(tǒng)建設(shè)的方案、 總體框架和功能，對水庫調(diào)度業(yè)務(wù)相關(guān) 聯(lián)的各個子系統(tǒng)作了詳細(xì)闡述，說明系統(tǒng)投入試運行以來基本穩(wěn)定， 運行情況良好，并提出開展白 龍江流域水庫梯級調(diào)度自動化系統(tǒng)建設(shè)是一項具有重要意義的工作。關(guān)鍵詞 ：流域；水庫調(diào)度；自動化系統(tǒng)；梯級1引言 碧口水電廠位于甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)以上三公里處的白龍江上，裝機容量3X100MW/大壩為壤土心墻土石混合壩，最大壩高105.3m,水庫控制流域面積26000km2,多年設(shè)計平均流量為275m3/s，為一季調(diào)節(jié)水庫。該 電站已運行三十余年,水庫淤積趨于平衡,庫容

2、小,調(diào)節(jié)能力差,加之電 站樞紐地處川西北暴雨邊緣,流域內(nèi)山高谷深,落差大,匯流快,洪水陡 漲陡落,對水庫防汛及大壩夠成較大威脅。為了發(fā)揮水庫綜合效益,充分 利用水資源,1994年就建設(shè)了當(dāng)時國內(nèi)最先進(jìn)的短波、超短波混合組網(wǎng)的 水情遙測系統(tǒng)。但由于系統(tǒng)投用時間較長總體性能下降,尤其是系統(tǒng)的主 要設(shè)備在運行中逐漸暴露出較多問題,對系統(tǒng)的可靠運行帶來重大隱患。 同時由于支流白水江漢坪嘴電站2005年投運后,使碧口水庫洪水匯流特 性發(fā)生改變,洪水預(yù)報方案及洪水預(yù)報調(diào)度軟件需作相應(yīng)調(diào)整。為了充分 利用水資源,確保碧口水庫的防汛度汛安全及發(fā)揮水庫綜合效益,同時提 高電廠自動化管理水平,2005年11月碧口

3、水電廠啟動了水情測報系統(tǒng)改 造及水調(diào)自動化系統(tǒng)的建設(shè)工作,并充分考慮庫區(qū)上游已建成的漢坪嘴電 站、在建苗家壩電站和下游即將發(fā)電的麒麟寺電站等以后的功能擴展,預(yù) 留了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口,為白龍江流域水電梯級調(diào)度自動化系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展 積極籌備。2改造方案 我們從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、實用性幾方面考慮,對系統(tǒng)改造制定了如下 方案：1）對水情測報系統(tǒng)原有設(shè)備進(jìn)行整體更換, 測站采用北斗衛(wèi)星、 手機 短信、超短波通信方式進(jìn)行組網(wǎng),并擴建測站,在上游白水江漢坪嘴電站 增設(shè)上、下游測站,下游麒麟寺水電站布設(shè)4個遙測站,建成規(guī)模1：15的水情測報系統(tǒng)。2）對水情測報及水調(diào)應(yīng)用軟件進(jìn)行升級換代， 中心站組建水調(diào)局域網(wǎng) 絡(luò)

4、，將機組實時信息、閘門實時信息接入水情實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)水務(wù)計 算自動化，并將水情測報系統(tǒng)、氣象衛(wèi)星云圖接收系統(tǒng)、洪水預(yù)報調(diào)度系 統(tǒng)、水務(wù)綜合計算系統(tǒng)、水調(diào)信息上傳系統(tǒng)集成為一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)即水調(diào)自 動化系統(tǒng)平臺。3總體構(gòu)架及功能碧口水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)是以水情自動測報、氣象衛(wèi)星云圖、洪水預(yù) 報調(diào)度和水務(wù)綜合管理為中心，充分考慮麒麟寺、苗家壩等梯級水電建設(shè), 并預(yù)留其系統(tǒng)以后功能擴展而建立的水調(diào)自動化系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 如圖所示。水詞口動化至釀內(nèi)訓(xùn)商域網(wǎng)沖樞呻館工盟衛(wèi)晏呂西水情理測衛(wèi)尺役岳綁關(guān)機組監(jiān)栓 聞門雌 電童枠?biāo){(diào)自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D3.1總體功能碧口水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)的總體功能是：采用現(xiàn)

5、代先進(jìn)的計算機及通 信技術(shù)，及時和準(zhǔn)確地采集本流域雨情、水情、水庫運行、電站運行和氣 象等信息；對碧口水庫進(jìn)行水文預(yù)報，并制定水庫調(diào)度方案；對水庫運行 進(jìn)行水務(wù)綜合管理，從而實現(xiàn)流域電站安全度汛和水資源的綜合利用，充 分發(fā)揮水庫調(diào)度的優(yōu)勢，提高水電運營效益。3.2總體結(jié)構(gòu)碧口水調(diào)自動化系統(tǒng)中心站是基于開放系統(tǒng)互連（OSI）結(jié)構(gòu)，能很好地滿足系統(tǒng)維護(hù)、擴容和升級等方面的要求。中心站服務(wù)器及通信（包 括內(nèi)部通信和外部系統(tǒng)通信）基于廣泛采用的國際和工作標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)采用 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，計算機間采用標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)（LAN連接，按功能模塊分配工 作站和服務(wù)器。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計， 使用標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和接口， 遵循國際

6、通用的軟件、 硬件標(biāo)準(zhǔn)；使用標(biāo)準(zhǔn)的工具箱，以提高系統(tǒng)軟硬件的相互獨立程度，還建 立了各種不同用途的系統(tǒng)日志，方便故障查詢及日常運行管理。采用Windows2000操作系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成功能分布開放的系統(tǒng)， 并對中心站數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用雙機冗余配置，主服務(wù)器將處理完的數(shù)據(jù)同 步到備用服務(wù)器，以提高系統(tǒng)可靠性。采用客戶/服務(wù)器（C/S）與瀏覽器/服務(wù)器（B/S）相結(jié)合的模式，實 現(xiàn)與廠內(nèi)MIS系統(tǒng)、閘門監(jiān)控、機組監(jiān)控和電網(wǎng)水調(diào)自動化系統(tǒng)的互聯(lián)， 實現(xiàn)信息傳輸、共享；網(wǎng)絡(luò)設(shè)計具有良好的可擴展性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可方便的 通過添加模塊，增加遠(yuǎn)程端口和本地端口，以適應(yīng)系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，為 接入新的系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)

7、接口。所有人機工作站支持各種功能的操作界面。4水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)平臺4.1水情遙測系統(tǒng) 系統(tǒng)由南京水利水文自動化研究所和電廠技術(shù)人員共同研制，在原有水情自動測報系統(tǒng)基礎(chǔ)上，于2006年4月中旬開始對系統(tǒng)的中心站、遙 測站進(jìn)行技術(shù)改造，6月份投入試運行。測站采用北斗星衛(wèi)星通信、手機 短信、超短波混合組網(wǎng)方式。其中，文縣、武都、草壩、漢坪嘴等衛(wèi)星測 站增設(shè)手機短信冗余通道，增加漢坪嘴電站上、下游遙測站，對下游建設(shè) 的麒麟寺水電站擴建4個站點，組成總體規(guī)模1：15水情遙測系統(tǒng)。系統(tǒng) 水文站7個，雨量站5個，水位站3個，中心站1個，實現(xiàn)了流域水情數(shù) 據(jù)的自動采集、傳輸、接收與處理、顯示、建立數(shù)據(jù)庫、形

8、成各種水情報 表、圖形、過程線等功能，并具有檢索、查詢、告警等功能。4.2衛(wèi)星云圖接收處理系統(tǒng) 能自動接收、處理我國風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星四通道云圖（紅外-1、紅外-2、可見光、水汽），系統(tǒng)時間分辨率高，每隔半小時接收一次云圖資料； 具有開窗放大、漫游、動畫顯示功能，能自動顯示圖上任一點緯度云頂高 度、溫度（反照率） ；具有與其它圖形疊加處理及云的分類處理功能；對 降水相關(guān)區(qū)域?qū)ふ壹t外云圖特征，對紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，經(jīng)多種預(yù)報方法 集成，輸出未來3小時降水定量預(yù)報，云分類實驗趨勢預(yù)報,雨分類實驗 趨勢預(yù)報。系統(tǒng)應(yīng)用以來發(fā)揮了較好的積極作用，提高了短期天氣和局部 暴雨預(yù)報能力。4.3水調(diào)自動化系統(tǒng)應(yīng)用軟

9、件4.3.1數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)1）實時采集水情遙測站水位、雨量數(shù)據(jù)并處理；2）實時采集機組出力、工況、電量數(shù)據(jù)并處理；3）實時采集閘門開度及運行狀況、攔污柵壓差數(shù)據(jù)并處理；4）完成對數(shù)據(jù)的糾錯、合理性判斷等處理，并寫入數(shù)據(jù)庫；5）自動檢測通道狀態(tài)，判斷網(wǎng)絡(luò)連接、以及與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接是 否正常。4.3.2實時數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng) 主要動態(tài)監(jiān)視流域水情和水庫、電站、閘門的運行狀態(tài)，根據(jù)預(yù)先設(shè) 定的報警項目、 報警限值和報警級別， 發(fā)現(xiàn)異常 （如水位越限、 雨量越限、流量越限等）即自動報警，并實現(xiàn)屏幕對話框、語音和短消息報警功能，以便警示值班工作人員。4.3.3值班管理系統(tǒng) 值班管理系統(tǒng)是水務(wù)人員日常運

10、行值班和管理的軟件，其主要功能有 手工錄入數(shù)據(jù)、 日常水務(wù)計算、 閘門管理、值班日志記錄、 拍發(fā)水情電報、 負(fù)荷曲線分析、運行維護(hù)記錄、靜態(tài)曲線查詢和數(shù)據(jù)維護(hù)、統(tǒng)計查詢、分 析等功能。4.3.3.1手工錄入數(shù)據(jù) 當(dāng)采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障或異常時，可手工輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行日常水務(wù)計算工 作。4.3.3.2水務(wù)自動計算 主要包括任意時間進(jìn)行瞬時出入庫流量計算，按設(shè)定實現(xiàn)任意時段的 出入庫流量計算，8點和0點日出入庫流量計算，并將日水庫運行情況數(shù) 據(jù)上傳省調(diào)，其計算時段長度可根據(jù)需要進(jìn)行靈活設(shè)定，并記錄在數(shù)據(jù)庫 中。還可實現(xiàn)入庫流量平滑修正，通過值班人員可手工錄入數(shù)據(jù)，亦可通 過圖形曲線直觀進(jìn)行操作。4.3.3

11、.3值班日志 根據(jù)值班人員的實際工作流程設(shè)置，能根據(jù)當(dāng)前時間自動確定班次，并自動檢查是否有上一班次沒有完成的規(guī)定工作。主要記錄交接班情況， 及當(dāng)班發(fā)生的重要水調(diào)事件。當(dāng)班人員可修改本班次輸入的日志記錄，不 可修改其他班次輸入的、系統(tǒng)自動記錄和已經(jīng)修改過的日志，只有管理員 可修改任意班次日志記錄，并存貯修改文件存檔。4.3.3.4數(shù)據(jù)維護(hù)、統(tǒng)計查詢和分析 可對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、刪除、插入等操作，并以圖形和數(shù)據(jù)方式對水情 數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合統(tǒng)計和查詢，并自動計算所查詢數(shù)據(jù)的特征值：最大、最小 和平均值及最大、 最小值所對應(yīng)日期， 還可對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、 比較。4.3.3.5閘門管理 主要實現(xiàn)對閘門運行數(shù)

12、據(jù)的統(tǒng)計。4.3.3.6運行維護(hù) 主要對系統(tǒng)日常設(shè)備運行維護(hù)情況，系統(tǒng)軟件運行中出現(xiàn)的故障和處 理情況進(jìn)行記錄，建立系統(tǒng)的維護(hù)管理檔案，以便今后系統(tǒng)的運行管理工 作。4.3.4報表管理 由報表顯示輸出子系統(tǒng)、報表模板編輯子系統(tǒng)及智能報表管理子系統(tǒng)組成，具有界面友好，功能強大的報表輸出、管理及擴充功能。該系統(tǒng)是 對所有的報表進(jìn)行日常管理，以大量的業(yè)務(wù)報表模板、資料統(tǒng)計報表模板 為基礎(chǔ)構(gòu)建報表管理模塊。包括報表的建立、計算（打開） 、生成、查詢、 存儲、打印、導(dǎo)出、報表編輯（包括報表結(jié)構(gòu)、報表內(nèi)容）等。報表的輸 出方式分兩種， 一種是生成相關(guān)文件； 另一種是完整的報表自動制作系統(tǒng)， 包括各種業(yè)務(wù)統(tǒng)

13、計報表和與系統(tǒng)安全運行有關(guān)的報表打印輸出。此外，用 戶可按照自己的要求，使用智能報表管理設(shè)計制作任何形式的報表，無需 編程，并可查詢、統(tǒng)計輸出。4.3.5洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng) 主要包括雨水情實況顯示、雨洪對應(yīng)圖顯示、雨水情報表、洪水預(yù)報 調(diào)度、中長期預(yù)報等功能。4.3.5.1雨水情實況顯示 選擇相應(yīng)時間可從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的水位、雨量、流量資料，在流域水系圖上直觀顯示出來，并顯示相應(yīng)時間內(nèi)的水位、流量過程線和雨量 柱狀圖，通過圖形的分析可使操作管理人員及時了解流域降雨分布及水 位、流量的變化趨勢。4.3.5.2雨水情統(tǒng)計表 包括雨情、水情的日、月、年統(tǒng)計等報表輸出。4.3.5.3雨洪對應(yīng)圖顯示 選

14、擇相應(yīng)時間從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)時間的水位、雨量、流量資料，自動生成雨洪對應(yīng)圖，用洪水分析功能可方便地進(jìn)行洪水分析，輸出洪水分 析成果表。4.3.5.4洪水預(yù)報 針對碧口水庫流域水文氣象的特點，采用三水源新安江洪水預(yù)報模型，根據(jù)實時水情資料，建立流域產(chǎn)匯流模型和徑流演進(jìn)模型，自動（也 可設(shè)置成人工操作狀態(tài)）進(jìn)行入庫洪水流量預(yù)報，提供干、支流預(yù)報斷面 和水庫壩址斷面的降雨徑流預(yù)報成果、河道相關(guān)預(yù)報成果、實時校正預(yù)報 成果和綜合預(yù)報成果，并具備流域分塊預(yù)估降雨預(yù)報功能，實現(xiàn)5d滾動 徑流預(yù)報、短期或?qū)崟r徑流（洪水）預(yù)報，為制定防洪調(diào)度預(yù)案、5d滾動 發(fā)電計劃、實時洪水調(diào)度、短期發(fā)電計劃及實時發(fā)電調(diào)度提

15、供依據(jù)。也能 對過去已經(jīng)發(fā)生的歷史洪水作模擬洪水預(yù)報。系統(tǒng)預(yù)報成果可自動加入數(shù) 據(jù)庫，顯示預(yù)報雨洪對應(yīng)圖及相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，統(tǒng)計洪水特征等功能。4.3.5.5洪水調(diào)度水庫的防洪調(diào)度決策不但涉及工程上下游的防洪和工程本身各項建 筑物的安全運行，而且也關(guān)系著一系列的經(jīng)濟(jì)問題，因此調(diào)度決策隱含有 一個優(yōu)化問題。水庫的防洪調(diào)度主要以實時洪水預(yù)報成果為基礎(chǔ)，根據(jù)水 庫特征、工情與電情以及上級防汛部門的要求等， 制定水庫防洪調(diào)度方案， 并利用圖形報表庫形式向用戶提供實時防洪調(diào)度方案信息。 根據(jù)碧口水庫防洪調(diào)度基本原則，結(jié)合工程設(shè)計指標(biāo)和水庫多年實際 運行經(jīng)驗，水庫的防洪調(diào)度方案內(nèi)容包括：1）入庫洪水統(tǒng)計，對

16、一次洪水過程進(jìn)行峰及一、三、五日洪量統(tǒng)計， 以及有關(guān)的宏觀調(diào)洪分析，是否需要調(diào)洪等；2）按調(diào)洪規(guī)程調(diào)度，根據(jù)水庫的防洪規(guī)程及水工建筑物的運行條件， 進(jìn)行水庫的調(diào)洪計算；3）給定出庫流量過程調(diào)洪，根據(jù)操作人員輸入的各時段下泄流量值， 對出庫流量進(jìn)行控制調(diào)洪，使其各時段的出流均小于相應(yīng)時段的控制值；4）給定閘門開度調(diào)洪，根據(jù)操作人員輸入的各時段閘門開度對水庫進(jìn) 行調(diào)洪計算；5）給定庫水位調(diào)洪，根據(jù)操作人員輸入的各時刻庫水位，對水庫進(jìn)行 控制庫水位的調(diào)洪計算。4.3.5.6中長期預(yù)報 水庫中長期（年、月）來水預(yù)報是根據(jù)水庫的流域水系、流域氣象、降水徑流、 水文要素等歷史數(shù)據(jù)以及水情實時特性數(shù)據(jù)來預(yù)報

17、未來年、 月 的入庫來水。水庫的入庫來水與變化是十分復(fù)雜的非線性過程，它與突發(fā) 性暴雨的產(chǎn)生、大氣環(huán)流的變化，天文要素的變動，積雪、海溫和洋流的 異常、下墊面的狀況特性以及人類活動等諸多因素有密切的關(guān)系，它既有 氣象水文的成因規(guī)律又有隨機變化的不確定性，因此，水庫中長期來水預(yù) 報是涉及多學(xué)科、綜合性很強的一門技術(shù)。由于目前水庫中長期來水預(yù)報 精度不高，僅作為編制水庫中長期發(fā)電運用計劃的參考。系統(tǒng)主要采用兩 種預(yù)報方法：平穩(wěn)隨機時間系列方法和方差周期分析系列法。4.3.6發(fā)電調(diào)度管理系統(tǒng) 依據(jù)電力系統(tǒng)以水定電和以電定水的原則，以電站機組負(fù)荷預(yù)測（計 劃）和水文預(yù)報成果、實時徑流（洪水）預(yù)報成果為

18、基礎(chǔ)，制定和調(diào)整水 庫實時、短期、中長期發(fā)電計劃，報電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)。該系統(tǒng)功能主要根據(jù) 碧口水庫調(diào)度圖和設(shè)計原則，實現(xiàn)水庫日、旬（周） 、月、季、年發(fā)電計 劃的編制和管理及節(jié)能考核工作。4.3.7資料整編系統(tǒng)主要是將流域水情測報站點資料和水庫運行資料按照相應(yīng)時間和要 求進(jìn)行統(tǒng)計、整理歸檔，如洪水過程摘錄、降水量摘錄、水位、流量、降 雨量及水庫運行特征值統(tǒng)計等，并按一定的方式打印輸出或保存文檔。4.3.8數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1）數(shù)據(jù)庫選用Microsoft SQL Server 2000專業(yè)數(shù)據(jù)庫，具有以下 基本功能：支持服務(wù)器到服務(wù)器的遠(yuǎn)程過程調(diào)用；支持橫向和縱向的數(shù)據(jù) 復(fù)制，能導(dǎo)出文本文件；支持In

19、ternet訪問；符合開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)， 具有良好的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境和強大的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具。2）能對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢、導(dǎo)出和導(dǎo)入到 外部文件（主要有三種類型：文本文件，Excel文件，Access數(shù)據(jù)庫文 件）等操作，并對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份、恢復(fù)以及各項參數(shù)設(shè)置。3）可分配用戶不同權(quán)限加強系統(tǒng)管理?？上蛳到y(tǒng)增加、刪除用戶， 并且對已存在用戶進(jìn)行修改。 用戶按級別分為： 一般用戶， 只能瀏覽數(shù)據(jù)， 不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作；數(shù)據(jù)管理員：能增加、刪除、修改數(shù)據(jù)，但不能 增加用戶和對數(shù)據(jù)庫操作；系統(tǒng)管理員：擁有一切權(quán)限，管理其它用戶和 對數(shù)據(jù)庫操作。4.3.9水調(diào)短信息系統(tǒng)利用GSM

20、移動通信網(wǎng)絡(luò)中的短信息服務(wù)業(yè)務(wù)，實時接收和發(fā)送雨水情 信息和日水庫運行情況， 為遠(yuǎn)程監(jiān)視、 決策、指揮提供了靈活方便的手段。 包括定時發(fā)送、人工發(fā)送、報警項目發(fā)送、水情短信互答等功能。4.3.10數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)接口，把水調(diào)數(shù)據(jù)（包括流域雨水情實時數(shù)據(jù)，水 庫運行日報表數(shù)據(jù)、洪水預(yù)報成果數(shù)據(jù)等）自動傳送到電網(wǎng)調(diào)度部門，進(jìn) 行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)水調(diào)數(shù)據(jù)資源共享。4.3.11水調(diào)網(wǎng)站發(fā)布水調(diào)網(wǎng)站與廠MIS網(wǎng)連接進(jìn)行水情公布，發(fā)布的內(nèi)容包括天氣預(yù)報、電站綜合數(shù)據(jù)、 流域水情、水務(wù)管理報表等數(shù)據(jù)和水庫調(diào)度管理工作信息， 以便其他部門進(jìn)行查詢，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。5系統(tǒng)應(yīng)用碧口水電廠水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)于2005年4月開始進(jìn)行研制，2006年4月中旬開始進(jìn)行安裝、調(diào)試，5月