CN110543154A - 一种智能水电厂系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能水电厂系统，该智能水电厂系统以一体化管控平台为核心，采用分层分区原则，融合智能设备、智能基础系统、智能高级应用，结合公共服务和信息安全系统的智能化分布式结构。智能水电厂系统横向包括生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区，生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区根据电力二次系统安全防护要求分区构建而成；纵向包括过程层、单元层和厂站层，过程层、单元层和厂站层在IEC61850通信协议基础上分层构建而成。本发明提供一种智能水电厂系统，基于系统架构与功能设置，可用于指导智能水力发电厂的规划、设计、改造，以实现水电厂运行安全可靠、经济高效和灵活智能。
Description
技术领域
本发明属于智能发电技术领域，具体涉及一种智能水电厂系统。
背景技术
水电自动化技术已经形成了以现地自动化、厂站计算机监控、流域远程集中监控、流域水情测报、流域水调自动化和大坝工程安全监测为主的水电自动化技术体系及产品系列，基本满足水电厂“无人值班，少人值守”的运行要求，在水电工程的运行管理中发挥着重要作用。目前，国内外尚未提出适用于水电厂智能化的完整技术体系及相应的研究成果。现有的水电厂智能化研究仅限于水电调度运行的局部性技术领域，如水电智能调度、AGC/AVC控制优化，智能协调防御等。现有水电厂自动化系统存在一体化程度低、标准差异性大、源网协调能力差、电力安全防护较弱、信息孤岛现象严重、智能决策能力不足等问题，难以实现效益最大化，制约了水电产业的发展与壮大，难以适应我国“互联网+”智慧能源的发展战略。
因此，需要一种安全、可靠、经济、高效的智能水电厂系统来解决。
发明内容
本发明提供一种智能水电厂系统，可用于指导智能化水力发电厂的规划、设计、改造，实现水力发电的安全可靠、经济高效、灵活智能。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
(1)一种智能水电厂系统，体系架构是一种智能化分布式结构，采用分层分区原则，以一体化管控平台为核心，融合智能设备、智能基础系统、智能高级应用、公共服务和信息安全功能。智能设备包括智能监测设备、智能控制设备和智能终端设备，智能基础系统包括基础支撑系统和基础监测系统，信息安全系统包括边界安全防护系统和综合安全防护系统。
智能水电厂系统横向包括生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区，生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区根据电力二次系统安全防护要求分区构建而成；生产控制I区和生产控制II区之间采用防火墙类设备实施安全隔离；生产控制大区和管理信息大区之间采用网闸类强逻辑隔离装置实施安全隔离。
智能水电厂系统纵向包括过程层、单元层和厂站层，过程层、单元层和厂站层在IEC61850通信协议基础上分层构建而成；各层之间通过冗余双网相互连接，采用高速数据总线通信。
(2)根据(1)所述的智能水电厂系统，所述一体化管控平台采用分布式部署，横跨生产控制I区、II区、管理信息大区，提供数据中心、基础服务、一体化应用和智能应用支持。
(3)根据(1)至(2)所述的智能水电厂系统，所述一体化管控平台通过高速数据总线传输控制命令，实现对过程层、单元层和厂站层设备和系统的控制，并通过高速数据总线实现与各系统间的数据同步和信息通信。
(4)根据(1)至(3)的任一项所述的智能水电厂系统，所述过程层部署各类智能机电设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置，包括智能终端设备的智能机电设备及智能机电设备的组件以及独立的智能电子装置，完成电力生产过程数据采集与指令执行。
(5)根据(1)至(4)的任一项所述的智能水电厂系统，所述单元层部署各类智能化的现地监测、控制和保护设备以及基础监测系统与智能监测设备、智能控制设备，实现使用一个单元的数据并且作用于该单元机电设备的功能，以及实现各类数据的调用，并使用数据实现智能水电厂系统智能设备的控制功能，并与过程层设备通信。
(6)根据(1)至(5)的任一项所述的智能水电厂系统，所述厂站层部署各类计算机、网络硬件设备以及一体化管控平台、智能应用组件、智能高级应用、公共服务，实现实时监控、自动发电控制、自动电压控制。
(7)根据(1)至(6)的任一项所述的智能水电厂系统，所述智能设备包括各种机电设备本体与相应智能组件的有机结合体，具备数据采集与处理、通信传输及本体自诊断等完整功能，包括智能监测设备和智能控制设备。
(8)根据(1)至(7)所述的智能水电厂系统，所述基础支撑系统包括全厂防雷、时钟同步和基础网络等系统，保障全厂安全稳定运行。
(9)根据(1)至(8)所述的智能水电厂系统，所述基础监测系统包括水电厂生产运行过程涉及的监控和检测系统，包括现地监控、大坝安全监控、水情测报等，为智能高级应用和公共服务提供必要的监测数据。
(10)根据(1)至(9)的任一项所述的智能水电厂系统，所述智能高级应用为以水电厂生产运行安全可靠、经济高效、友好互动和绿色环保为目标的系列应用模块或系统，包括经济调度运行、状态检修决策支持、防汛决策支持、大坝安全分析评估与决策支持和智能调度管理等。
(11)根据(1)至(10)的任一项所述的智能水电厂系统，所述公共服务为整合水电厂生产管理信息及外部环境信息，为水电厂运行、维护、管理提供服务的系列模块或系统，包括智能化巡检、安全预警与管控、远程服务、移动应用、设备健康管理和三维可视化应用等。
(12)根据(1)至(11)的任一项所述的智能水电厂系统，所述信息安全系统在电力二次系统安全防护“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”基本原则基础上，结合边界安全防护系统和综合安全防护系统，增强工业监控系统和管理系统的网络鲁棒性，提高系统抵御病毒和非法入侵的能力。
本发明能够为发电企业带来如下经济社会效益：
(1)应用设备实时在线状态监测技术，提高机组的可观性、可用性和可调性；建立主设备状态分析与检修决策专家系统，实现水电设备状态检修，节约检修成本，提高主设备安全性和利用率。
(2)改变单一技术经济指标模式，智能分析水情信息、设备状况、调度方式等相关因素，增强水电厂优化运行辅助决策能力和智能优化控制能力，智能控制电站机组运行，实现混联水电站群智能调度，提高水能资源综合利用水平。
(3)加强气象、水质与地质等要素的监测，提高针对气象及洪涝灾害、泥石流等次生灾害、水质污染的保障能力，提升各类自然灾害和突发事故的预测预警能力、应急响应能力和智能管理决策指挥能力。
(4)以数字化、信息化、标准化为基础，整合生产业务流程，优化管理模式，提高业务流转和处理效率，实现人与设备、设备与设备之间的友好互动，降低设备对人的依赖；实现水电站群智能运行管理与决策，推动水电厂管理创新；深化一次调频、电力系统稳定器智能控制，加强AGC/AVC与调速/励磁系统协调控制，提高机组快速响应与源网智能协调能力。
附图说明
图1为智能水电厂体系架构示意图。
图2为智能水电厂功能体系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，智能水电厂系统横向包括生产控制大区和管理信息大区，生产控制大区包括生产控制I区、生产控制II区，智能水电厂系统纵向包括过程层、单元层和厂站层。生产控制I区包括自动发电控制系统、自动电压控制系统和实时监控系统；生产控制II区包括水文预报系统、发电调度系统和防洪调度系统和主辅设备状态监测系统；管理信息大区包括防汛决策支持系统、状态检修决策支持系统、大坝安全分析评估与决策支持系统和智能调度管理系统；生产控制I区和生产控制II区之间采用防火墙类设备实施安全隔离；生产控制大区和管理信息大区之间采用网闸类强逻辑隔离装置实施安全隔离。过程层部署合并单元、智能终端和辅控单元；单元层部署调速、励磁、现地控制、继电保护、稳定控制和振摆保护设备；厂站层部署各类计算机、网络硬件设备以及一体化管控平台、智能应用组件；各层之间通过冗余双网相互连接，采用高速数据总线通信。
如图2所示，智能水电厂基于系统结构构建包括一体化管控平台1、智能设备5、智能基础系统4、智能高级应用2、公共服务3和信息安全系统6，优选的，智能设备5、智能基础系统4、智能高级应用2、公共服务3组成智能应用组件。一体化管控平台1是智能水电厂系统功能体系核心，支持各类智能应用组件的接入、集成和管理，实现各智能应用组件间的数据信息同步，同时下达控制命令给各智能应用组件，并为各智能应用组件提供二次开发接口及解决方案，为水电厂智能化的生产运行提供一个分布式应用管理部署方案。智能设备5包括智能监测设备和智能控制设备，一般部署在过程层与单元层，具备数据采集与处理、通信传输及本体自诊断等完整功能，包括智能监测设备51、智能控制设备52和智能终端设备53；智能监测设备51可实现对各设备状态监测项目的数据采集、传输、处理、存储，故障报警及初步诊断功能，并将初步处理的数据信息传输给智能基础系统；智能控制设备52实现生产过程数据采集及设备控制、调节功能，并满足电网源网协调的技术要求，接收并执行一体化管控平台的控制命令；智能终端设备53用于完成智能控制设备和智能监测设备的各种控制执行和检测操作功能。智能基础系统4包括基础支撑系统41和基础监测系统42：基础支撑系统41包括全厂防雷411、同步对时412、网络支持等系统413，保障全厂安全稳定运行；基础监测系统42包括现地监控421、大坝安全监测422、水情自动测报423等系统，能够汇集、分析智能监测设备上传的各类数据信息，从而为智能高级应用2和公共服务3提供必要的监测数据。智能高级应用2包括经济调度运行21、状态检修决策支持22、防汛决策支持23、大坝安全分析评估与决策支持24、智能调度管理25等应用模块，利用基础监测系统42上传的监测数据，通过人工智能、机器学习、专家库等先进技术手段分析处理，为调度运行、状态检修、防汛、大坝安全分析等提供必要的决策支持，并通过一体化管控平台1下达的控制命令给水电厂的各相关系统，从而实现水电厂生产运行安全可靠、经济高效、友好互动和绿色环保的目标。公共服务3包括智能化巡检31、安全预警与管控32、远程服务33、移动应用34、设备健康管理35、三维可视化应用36等应用模块，为水电厂运行、维护、管理提供服务。信息安全系统6是在“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的基本原则上，实施边界安全防护系统61和综合安全防护系统62。边界安全防护系统61包括横向各分区间采用的防火墙或网闸类隔离装置，以及电厂与外部环境间设置的访问限制和数据加密。综合安全防护系统62是对电力监控系统从物理安全、硬件安全、软件安全、网络、主机、应用系统、备用与容灾、审计、灾难恢复与应急响应、安全管理、安全防护评估等多个层面进行信息安全防护。信息安全系统6为一体化管控平台1、智能设备5、智能基础系统4、智能高级应用3、公共服务2等组件提供可靠的安全保障。
请参阅附图1、附图2所示，信息安全系统6的边界安全防护系统61设置在生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区之间，其中，生产控制I区、生产控制II区之间设置有防火墙，生产控制II区和管理信息大区之间设置有隔离装置。综合防护系统62布置于整个智能水电厂各区各层实现安全防护功能。智能基础系统4的基础支撑系统41布置于整个智能水电厂各区各层，实现水电厂安全稳定运行。智能基础系统4的基础监测系统42与智能设备5的智能监测设备51、智能控制设备52部署于单元层。智能设备5的终端设备53布置于过程层，属于生产控制I区，一体化管控平台1、智能高级应用2、公共服务3设置在场站层，横跨生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区。智能水电厂在信息安全系统6与基础支撑系统41的保护与支持下，一体化管控平台1、智能高级应用2、公共服务3在场站层获取单元层提供的各种信息，向单元层下发生产控制策略、生产调度策略及管理控制策略，过程层获取单元层的下发指令，执行相应操作，并向过程层提供数据。生产控制I区，采用一体化管控平台1与智能应用组件的组合，实现更先进的控制算法和控制策略；生产控制II区各预报监测系统通过采用一体化管控平台1与智能应用组件，能够实现更精确的测量手段，分析更大量的历史、实测数据；管理信息大区各决策支持系统通过采用一体化管控平台1与与智能应用组件，能够实现高效运用人工智能、专家系统、故障树分析等技术解决管理决策问题。
通过采用本发明智能水电厂系统应用设备实时在线状态监测技术，提高设备的可观性、可用性和可调性，节约检修成本，提高设备安全性和利用率；能够智能分析多种相关因素，增强水电厂辅助决策能力和控制能力，实现混联水电站群智能调度，提高资源综合利用水平；加强对关键风险要素的监测，提高针对重大问题的保障能力，提升各类自然灾害和突发事故的预测预警能力、应急响应能力和智能管理决策指挥能力；整合业务流程，优化管理模式，提高业务流转和处理效率，实现人与设备、设备与设备之间的友好互动，降低设备对人的依赖；实现水电站群智能运行管理与决策，推动水电厂管理创新；提高机组快速响应与源网智能协调能力。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种智能水电厂系统，其特征在于：所述智能水电厂系统采用智能化分布式结构，进行分层分区，智能水电厂系统包括一体化管控平台、智能设备、智能基础系统、智能高级应用、公共服务和信息安全系统，智能设备包括智能监测设备、智能控制设备和智能终端设备，智能基础系统包括基础支撑系统和基础监测系统，信息安全系统包括边界安全防护系统和综合安全防护系统；
所述智能水电厂系统横向包括生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区，生产控制I区、生产控制II区和管理信息大区根据电力二次系统安全防护要求分区构建而成；生产控制I区和生产控制II区之间采用防火墙设备实施安全隔离；生产控制大区和管理信息大区之间采用强逻辑隔离网闸装置实施安全隔离；
所述智能水电厂系统纵向包括过程层、单元层和厂站层，过程层、单元层和厂站层在IEC61850通信协议基础上分层构建而成；各层之间通过冗余双网相互连接，采用高速数据总线通信。
2.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：一体化管控平台采用分布式部署，横跨生产控制I区、II区、管理信息大区，提供数据中心、基础服务、一体化应用和智能应用支持。
3.根据权利要求1至2任一项所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述一体化管控平台通过高速数据总线传输控制命令，实现对过程层、单元层和厂站层设备和系统的控制，并通过高速数据总线实现与智能设备、智能基础系统、智能高级应用、公共服务和信息安全系统间的数据同步和信息通信。
4.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述过程层部署智能终端设备的智能机电设备及智能机电设备的组件以及独立的智能电子装置，完成电力生产过程数据采集与指令执行。
5.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：基础监测系统与智能监测设备、智能控制设备部署于单元层，实现各类数据的调用，并使用数据实现智能水电厂系统智能设备的控制功能，并与过程层智能终端设备通信。
6.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：厂站层部署一体化管控平台、智能高级应用、公共服务，实现实时监控、自动发电控制、自动电压控制。
7.根据权利要求1或权利要求4至6任一项所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述智能设备包括机电设备与智能组件，具备数据采集与处理、通信传输及本体自诊断功能。
8.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述基础支撑系统包括全厂防雷、时钟同步和基础网络系统。
9.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述基础监测系统包括水电厂生产运行过程涉及的监控和检测系统，包括现地监控、大坝安全监控、水情测报。
10.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述智能高级应用为以水电厂生产运行安全可靠、经济高效、友好互动和绿色环保为目标的系列应用模块或系统。
11.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述公共服务为整合水电厂生产管理信息及外部环境信息，为水电厂运行、维护、管理提供服务的系列模块或系统。
12.根据权利要求1所述的智能水电厂系统，其特征在于：所述信息安全系统在电力二次系统安全防护“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”基本原则基础上，结合边界安全防护系统和综合安全防护系统，增强工业监控系统和管理系统的网络鲁棒性，提高智能水电厂系统抵御病毒和非法入侵的能力。
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