水电站智能化用能管控平台扩展研究

董晓宁，马晓东

（黄河上游水电开发有限责任公司甘肃盐锅峡发电有限公司，甘肃 永靖 731601）

甘肃盐锅峡发电有限公司下辖盐锅峡、八盘峡两座黄河中上游干流的大、中型水力发电站，其中盐锅峡水电站安装有10 台混流式水轮发电机组，全站总装机509.6 MW。八盘峡水电站安装有6 台轴流转桨式水轮发电机组，全站总装机220 MW。2019年盐锅峡、八盘峡水电站水情自动化系统上线运行，在该项目实施完成后，针对两座水电站现场的生产管理和设备运行需求，自主开发了雨量实时采集、电力现货实时跟踪及结算数据查询、发电机组运行状态监视等功能，目前系统通过不断的完善和后续的开发已发展为集水情数据、机组实时运行数据、电能量数据等，集数据采集、存贮、计算、分析为一体的智能化用能管控平台，为更好的发挥系统的架构优势，充分挖掘平台的数据分析能力，通过对供水、污水、供热等办公生活保障系统设备进行信息化改造，接入智能化用能管控平台，优化供水、污水、供热运行方式，提升水电站在用能方面的综合运行能效管理水平。

1 研究的意义及目的

盐锅峡水电站和八盘峡水电站两座建成60 年和40 年的“老水电”，不同于其他新建电站，公司的所有机构和人员全部集中在电站工作和生活，目前电站的办公生活供水、污水和供热系统仍采用传统的管理和技术手段，主要依靠电话询问、现场查看等方式了解设备的运行状态，未实现数字化和信息化管理。办公生活供水、污水和供热系统的生产数据信息主要依靠人工记录汇总，不能实时的进行分析和管理决策。通过后期的数据分析发现办公生活系统存在着能耗较高，无法实现精细划管理的弊端。

随着国家“双碳”战略目标的提出，以综合智慧零碳电厂、绿能生态融合等新兴产业领域的科研需求为导向，为适应现代化电站管理模式，消除信息化“孤岛”最后1 km，把办公生活供水、污水和供热系统数据信息接入水电站智能化用能管控平台，对站内办公生活供水、污水和供热系统实现集控运行，达到节能减排、降耗减碳、优化人力资源配置的目标。

2 主要研究内容与预期目标

2.1 主要研究内容

水电站办公生活供水、污水、供热的远程监控系统采用分布式控制系统结构，自上而下，由五层构成，包括：智能化用能管控平台层、数据管理层、监控操作层、控制层和现场层[1]。

管理层（数据中心）负责存储和处理采集到的数据，并实时向电厂智能化用能管控平台实时传输数据；操作层通过远程SCADA 系统实现供水、污水和供热系统的实时运行状态监控、实时运行数据传输、实时报警处理[2]；控制层PLC 负责现场层的控制和数据采集；现场层设备负责采集设备传感器数据和执行器开关状态。

2.1.1 远程监控系统架构

电站整体采用分布式控制系统结构，分为PLC采集系统、数据中心和控制中心三个部分。电站生产生活远程监控控制系统设两级组成集散控制系统架构，一级是厂级控制中心-中央控制室（上位管理），二级是区域控制工作站（现场控制站）。实现对电站供水系统、污水系统和供热系统的远程监控[3]。整个系统由一个中央控制室、两个现场控制站组成，中央控制室与现场控制站之间通过网络进行通信，组成一个IT 和OT 双网融合的通信控制网络。供水系统、污水系统和供热系统均可通过融合控制网络与智能化用能管控平台完成数据信息的联络，实现电站办公生活系统的数据监测和企业信息管理系统的相互融合。

2.1.2 电站供水远程监控SCADA 系统构建分析

按照电站办公生活供水系统工艺流程，电站供水系统是按照以下生产处理工艺流程（如图1 所示）为站区提供办公生活用水。

图1 八盘峡水电站办公生活供水系统工艺流程

供水系统目前没有完善的底层控制系统，按照远程监控系统两级组成集散控制架构[1]，供水系统由一个在中央集中控制室的远程SCADA 系统和两个现场PLC 控制站组成，中央控制室与现场控制站之间通过工业控制网络进行通信。其中，PLC 控制站负责采集设备传感器数据和执行器开关状态，数据中心负责存储和处理采集到的数据，控制中心则通过SCADA 监控系统实现供水生产工艺设备的运行状态监控，供水生产过程的实时数据采集、供水水质监测和系统报警[4]。具体控制系统结构如图2所示。

图2 供水远程调度监控系统结构方案图

2.1.3 数据存储管理

智能化用能管控平台支持云端部署和本地化部署两种方式[5]，电站可根据自身情况部署。数据存储管理总体架构涉及到实时检测数据的储存、整理及管理等过程。

针对应用场景的分散特点，采取分布式数据处理的方式。分布式异构数据库系统指能够接受和容纳多个设计群体数据库的系统，分布在不同的计算机节点上，通过网络进行通信和协调，实现数据存储、检索和处理[6]。系统中数据来自监测和基础数据录入等过程，数据格式有结构化的数据库数据、非结构化的图片数据，而且对于数据的存储周期、读写效率等各项指标要求均不同。系统中数据存储采用不同服务器存储不同类型数据，可以通过服务器硬件配置对数据的读写进行适应性调配。

2.2 预期目标

（1）通过对水电站供水、污水、供热等办公生活保障系统设备进行信息化升级，实现水电站办公生活保障系统的远程监控和集中控制。

（2）通过跨平台架构的数据存储管理模型的研究，为水电站办公生活系统信息化改造提供数据开发的技术支撑。

（3）以水电站办公生活供水、污水、供热系统的信息化转型和精细化管理为目标，同时考虑节能降耗为约束条件，通过对水电站智能化用能管控平台进行扩展研究，以水电站供水系统中的大功率水泵机组为控制对象，研究针对泵组运行优化的智慧节能控制策略，提升水电站办公生活保障系统设备的综合运行能效管理水平。

3 研究成果的重要意义

（1）智能化用能管控平台通过接入水电站供水、污水、供热等数据信息，完善智能化用能管控平台功能实现数据信息融合。

（2）通过运行数据分析制定出水电站供水、污水和供热系统的经济运行最佳方案，提升供水、污水和供热系统设备机组运行能效管理水平。

（3）通过成果应用可提升电站经济运行效益。软件系统可用于其他水电站，保障水电站供水、污水和供热系统设备的安全、高效和稳定运行。

4 结论

通过水电站智能化用能管控平台扩展研究项目的实施，首先可以实现水电站办公生活保障系统的远程集中监控，消除信息孤岛，将全部生产工艺系统纳入厂级信息管理平台；其次在供水和污水具体生产过程中大幅度减轻操作运维人员的劳动工作强度，消除安全隐患；最后在大数据、现代工业互联网和人工智能技术的加持下对水电站供水、污水和供热系统实现智能化运维，通过智能化运维技术在水电站办公生活保障系统中的应用，为盐锅峡水电厂的数字化、信息化建设提供新的思路，为盐锅峡水电厂的智慧化转型进行有益的探索和实践。