水电站调度自动化系统集成分析

2022-10-13

目前, 我国水电站的发电计算机控制系统、水雨情采集分析系统、水库调度系统、闸门监控系统以及大坝安全监测系统等自动化控制水平都有了很大的发展, 计算机控制系统己经成为主要的自动化控制系统。但是, 在综合调度自动化系统方面还普遍存在着一些问题, 主要以下几点。

(1) 各个子系统、各个控制单元设备新旧交错, 自动化程度高低不同。 (2) 各个子系统、各个控制单元相对独立性强, 协调性差。 (3) 各个子系统之间互不沟通, 大量冗余的数据和信息重复存储在各个子系统内, 综合决策所需的信息无法从各个子系统直接读取。 (4) 各个子系统因为异构硬件、软件等原因, 用简单网络互联比较困难。电站因发展需要, 继续对其中的某些子系统或子系统中的某些控制单元进行改进, 从而各个单元自动化程度及异构性的差别难以消除, 甚至加大。

水电站要真正达到我国在20世纪90年代初提出的“无人值班, 少人职守”的目标, 就必须将现有的水雨情测报分析、气象信息采集分析、来水预报、水库调度、发电自动监控、闸门自动监控、大坝安全检测等各个子系统有机集成在一起, 并进一步建立和完善相关子系统, 形成一个综合调度系统。最终达到整个系统应用软件的可移植性、不同系统的联网和可互操作性, 以及人机界面的通用性, 在系统扩充或计算机升级时能最大限度的保护用户的硬件投资, 最大限度的利用已有的软件资源, 能用简单的方法进行系统升级。因此, 水电站调度自动化系统集成成为水电站自动化中的一个有重要研究意义的课题。

1 系统硬件集成

1.1 系统基本功能集成

水电站调度自动化系统集成首先要各个子系统在功能上能够有机集成在一起, 功能相辅相成, 使系统整体功能大于原有各个子系统功能之和。根据对各个子系统分析可知:水雨情采集分析、气象信息采集分析是洪水预报的必要辅助子系统, 其数据采集分析结果是洪水预报的主要参考依据;大坝安全监测、洪水预报子系统是水库调度子系统的必要辅助子系统, 其运行分析结果是水库调度 (包括洪水调度和发电调度) 的主要参考分析依据;水库调度子系统根据有关信息和规则做出调度方案, 包括洪水调度方案和发电调度方案;根据水库调度方案, 闸门控制子系统进行闸门启闭控制合监测, 泄蓄洪水, 发电控制子系统进行发电控制和监测。闸门控制子系统和发电控制子系统运行的结果和状态等有关信息再及时反馈给水库调度子系统, 水库调度子系统根据大坝安全监测、洪水预报、区间来水预报、闸门控制和发电控制等子系统反馈的信息, 再对调度方案进行实时校正, 在功能上形成一个实时滚动的调度自动化系统。

1.2 基于水电站现有控制子系统的系统硬件集成

硬件集成就是将各个子系统的现场控制层和监控层分别集成起来, 形成新的集成的现场控制层和监控层。此外, 还需要对整个电站进行综合决策调度, 对系统数据库进行管理和维护, 对厂内局域网进行管理和维护以及和上级调度中心、广域网连接等。工作站主要是进行综合决策、管理、维护等, 属于决策管理层。因此, 整个系统可分为三个层次:现场控制层、监控层和决策管理层。

现场控制层由现场控制设备 (PLC) 和控制网组成。现场控制层主要是对现场执行单元进行控制和监测, 采集各个控制单元的数据和信息, 并进行基本处理和存储, 然后传送到监控层, 完成上级下发的任务。

监控层由监控工作站组成, 包括若干个操作员站、工程师站、计算机站。监控层工作站可以完成对监控系统的组态设计和安装, 执行对控制系统的监视、操作、数据分析、报警、维护以及人机交互功能, 更重要的是还可以为实现优化控制提供支撑环境。

决策管理层由各种服务器、综合决策调度工作站、显示仿真工作站和客户机等组成。其主要作用是在分布式网络环境下, 对系统数据库、网络等进行管理, 集成企业的各种信息, 完成综合决策调度、企业管理和商务应用, 实现Intranet与Internet的互联等。

目前, 我国大多数水电站都己经有不同程度的自动化控制系统, 现有的自动化控制系统在硬件配置和功能上还可以满足现在的需要。

2 系统软件平台规划

2.1 操作系统选择

操作系统的设计应根据不同实际需要和工作人员对象选用不同的操作系统, 为了有很好的可靠性和容错功能, 一般要求有冗余表、写后读校验、磁盘镜像、磁盘镜像通道、磁盘双工、热修复、分割搜索读盘、事物跟踪、电源监控保护等功能。目前, 一般从以下四中操作系统中选取。

Unix操作系统:技术成熟, 历史悠久, 支持群集技术, 支持服务器的数量比Windows NT多, 是大中型网络的首选操作系统。

Windows:支持群集技术和操作系统的紧急修复, 在中小型网络系统中得到广泛应用, 目前发展迅速。

Linux操作系统:具有Unix的所具有的优点, 稳定性高, 源代码开放, 符合POSIX标准, 是一个优秀的操作系统, 但由于出现较晚, 应用较少, 相应的软件也较少。

Netware:80年代几乎是局域网的代名词, 进入90年代后, 由于不支持集群技术以及其他新技术, 而逐渐失去主导地位。

根据水电站的实际应用情况来看, 厂站监控层服务器操作系统一般选用Unix, 决策管理层服务器操作系统一般选用Windows。

根据操作系统选用合理的网络管理软件。网络管理软件自身要具有很强容错能力, 同时又要具有很强的故障检测、诊断、隔离和自修复能力。服务器软件采用Netscape的Enterprise Server或者Microsoft公司的IIS等。

2.2 数据库系统选择

目前应用广泛的大中型数据库以Oracle、Sybase、Informix和Microsoft SQL Server为主。Microsoft SQL Server是应用广泛的中型数据库, 它采用联机备份、联机维护、自动恢复、磁盘镜像等多种措施来提高系统的容错能力, 是一个性能价格比很高的数据库管理系统, 但是不支持跨平台技术, 只能在Windows操作系统的支持下工作。Oracle、Sybase、Informix均为大型跨平台数据库, 它们采用多服务器和多线索技术, 支持共享磁盘群集等。其中Oracle具有自动实例恢复和介质恢复两种先进的恢复技术, 能够充分发挥集群技术, 对系统进行任务均衡等, 从而得到广泛应用。根据实际需要, 管理层的系统数据库和监控层的工作站数据库均可采用Oracle数据库管理软件。

摘要：水电站调度系统是集大坝安全监测、水情预报、水库调度、闸门控制、发电控制以及信息的采集、管理和查询为一体的集成化系统, 实现管理、决策、控制的集中性需要, 使水电站自动处于安全、可靠优化的运行状态, 充分发挥水电站的经济效益。同时, 又可以改善工作人员的工作环境和劳动强度, 使水电站真正实现无人值班, 少人值守, 甚至无人值守。本文主要从硬件和软件两个方面来探讨系统的自动化集成。

关键词：水电站,自动化,系统集成