专利名称：梯级水电站群联合优化调控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种梯级水电站群联合优化调控系统。
背景技术：
近年来，随着梯级水库的形成与开发，对多电站、多应用系统的集成和兼容技术得到了深入研究，流域水电开发梯级水电站集控自动化系统相关领域的科学技术也迅猛发展。依照国家经贸委[2002]第30号令《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护的规定》和《全国电力二次系统安全防护总体方案》的技术要求，在进行多个应用系统间的集成和数据交互时，必须确保流域水电站群远程集控系统的网络安全，抵御黑客、病毒、恶意代码等形式的恶意破坏和攻击，防止系统崩溃或瘫痪，避免由此造成的安全事 故。并且梯级水电站群面临着承担各水库防洪与调度的任务，“集中管理、统一调度、现地值守”成了集中优势兵力、解决人手短缺和发挥梯级联合调度效益的必要手段。目前，从内部环境和外部环境分析，梯级水电站群联合优化调控系统还不成熟，当前国内的流域发电公司对梯级水库调度还处于探索阶段。针对这种情况，急需一种完整的针对多种调节性能的梯级大型水电站群联合优化调控自动化系统，能够提高系统的网络、数据传输安全性，实现集中统一管理和调度，减少调度管理工作人员，增加梯级联合调度的效益。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种梯级水电站群联合优化调控系统，能够提高系统的网络、数据传输安全性，实现集中统一管理和调度，减少调度管理工作人员，增加梯级联合调度的效益。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案一种梯级水电站群联合优化调控系统，包括远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统和远程图像监控系统；又将系统分成生产控制大区和管理信息大区(安全III区)，生产控制大区包括实时控制区(安全I区)和非控制区(安全II区)；位于安全I区的远程集中监控系统与位于安全II区的水调自动化系统之间通过硬件防火墙安全隔离后连接，实现两个区域的逻辑隔离、报文过滤和访问控制；水调自动化系统与位于安全II区的电能量计量系统之间通过RS232串口连接；远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统都设有WEB发布子系统，上述各WEB发布子系统与远程图像监控系统都位于安全III区，WEB发布子系统通过带防火墙的路由器与远程图像监控系统连接；生产控制大区和管理信息大区之间设有电力专用单向安全隔离装置，实现物理隔离。前述的梯级水电站群联合优化调控系统中，梯级各水电站均设有计算机监控系统，采用SDH光纤通信与卫星通信相结合的冗余数据传输通道，实现梯级水电站群远程集中监控系统与梯级各水电站计算机监控系统之间数据传输的连接。随着多媒体技术在水电站的应用，将语音、动画、可视化、视像功能应用于计算机监控系统，更形象地了解水电站的监控情况。其中，根据计算机在水电站监控系统中的作用及其与常规监控设备的关系，一般有以下三种模式1)以常规控制设备为主，计算机为辅；2)以计算机为主，常规控制设备为辅；3)取消常规控制设备的全计算机监控系统。根据水电站的装机容量大小、在电网中的作用和各自的具体情况可分别选用不同模式的监控系统。一般新建电站和具备条件(资金、技术和发电许可等条件)的电站适合选择第三种模式，以便达到一步到位的目的。对于受其它条件限制的老式水电站的改造，可分别考虑第一、第二两种模式作为过渡。前述的梯级水电站群联合优化调控系统中，水调自动化系统的主要功能包括实时数据采集及处理、实时监控、基础信息查询及维护、中长期预报子系统、实时洪水预报、防洪调度、发电调度、防洪及发电调度会商、水务管理。包括数据子系统、模型子系统和决策及信息服务子系统；其中，(I)数据子系统包括以下三个层次 I)信息接收处理层，用于完成各类基础信息的接收和处理；2)基础数据库层，用于负责记录、存储及管理各类基础信息数据；3)专用数据库层，用于建立各类专用数据库，从而保证多家开发商的应用软件不会造成基础数据库的破坏，并保证系统的开放性和可扩展性；(2)模型子系统包含预报及调度决策支持的模型和算法；(3)决策及信息服务子系统以数据库和模型库为基础，建立开发高级会商应用系统，实现水库科学预报、调度决策；建立公共信息查询和水调业务管理系统，实现信息的共享，提高办公自动化水平；通过人机界面以菜单、窗口及对话框方式控制各模块的调用。前述的梯级水电站群联合优化调控系统中，各梯级水电站均设有水情自动测报系统，水情自动测报系统产生的遥测信息通过由Inmarsat_C、VHF、GSM、光纤以及VSAT卫星通信方式组成的混合组网信道，传输到水调自动化系统。前述的梯级水电站群联合优化调控系统中，水情自动测报系统包括遥测站、信息传输通道和中心控制站(简称中心站)。遥测站用于自动采集雨量、水位、设备电压及环境温度的实时遥测信息，遥测站的仪器设备有雨量计、水位计、编码器、数传机、电台和电源设备等，一般在有人管理无人操作情况下进行。在中心站的控制下将遥测信息编排成脉冲信号，通过信息传输通道传递到中心站；所述信息传输通道采用有线或者无线方式。中心站的功能是集中遥测系统内各遥测站的水文数据，进行计算整理，及时做出洪水预报，并可控制闸门启闭，进行水利调度；中心站的主要设备有通信电台和电子计算机等，一般采用中小微机，并配置显示器、宽行打印机和磁盘驱动器等外围设备。前述的梯级水电站群联合优化调控系统中，各水电站的图像监控系统均设有协议转换设备，对采集的图像采用MPEG4标准压缩，以便采集的图像通过2M专用传输电路传输到远程图像监控系统。每个水电站的图像监控系统采用IP协议和组播方式传输图像及其他有关数据，在后端进行软件解压缩，即以一次压缩的方式，避免图像数据的二次压缩，以保证图像的清晰度；同时上传两路图像信号，保证梯级水电站群远程图像监控系统对各水电站的图像监控系统图像采集的可靠性。前述的梯级水电站群联合优化调控系统中，电能量计量系统采用开放的、网络化的、功能分布的体系结构，包括电能量计量系统主站、电能量采集装置和计量点电能表，梯级水电站的电能量采集装置通过PCM经光纤通道和和通过Modem池经电话通道与电能量计量系统主站相连。计量点电能表的数量非常大，并且要求其运行稳定可靠、精度高、使用寿命长、通信可靠、易于安装维护，电能表采集的数据包括正向有功、反向有功、正向无功、反向无功分时电能表码、最大需量及发生时间、瞬时功率、各相瞬时电压、电流，以及电表失压报警等事件。电能量采集装置从每个计量点电能表中采集表码值后，电能量计量系统主站以IEC870-5-102规约从各水电站的电能量系统中采集数据。电能量计量系统主站可以由一台或组成网络的多台计算机及外设组成，负责管理整个系统、通过通讯网络发出数据采集、存储、分析、管理的各种指令；定时或随时抄收电能表的电量数据，对集中器设置通信参数及操作参数，与供电企业用电营业网联网后，可以实现电能量计算、票据打印、统计报表等功能。水电站电能量采集管理的通讯系统，一般可以分为三个层次(I)系统应用层，基于数据传输平台建立电能量采集系统、或负荷监控系统、GSM/SMS短信抄表软件等，实现多系统无缝结合使用；(2)网络传输层，负责处理各种通信信道，包括无线GPRS/CDMA、有线PSTN电话、230M无线专网、GSM移动、联通短信网关，它能够将各种通信信道转换为统一的网络通信信道，从而简化不同信道的复杂应用；(3)数据传输层，建立电能量数据传输服务中心，为客户提供统一的通讯接口，客户应用系统采用该接口进行数据收发。前述的梯级水电站群联合优化调控系统中，梯级各水电站均设有与计算机监控系统进行异步通信的消防监控系统，用于当探测器(感烟、感温、红外火焰、紫外、缆式感温探测器)检测到有火情时，通过系统总线，自动向中央控制室的集中报警控制器报警。集中报警控制器在接收到报警后，经过信息处理，在报警控制器上以数码显示方式显示出火灾的部位，并通过串行通信接口，在水电站消防监视系统的CRT上，自动显示出火灾的部位编号及该层的平面布置图，提示出火灾的处理措施，同时根据火情发生的部位，经确认及延时后，自动或手动对该部位及相关部位的防火排烟设备、灭火设备进行相应的控制，实施灭火等措施。所有的火情信息由水电站消防监控系统主机经信息处理后送至计算机监控系统。同时该系统能实现对通风、防火排烟设备、二氧化碳灭火系统以及水喷雾灭火系统的控制。与现有技术相比，本实用新型以“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”为原贝U，将系统分成3个安全区，远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统和远程图像监控系统之间进行横向隔离、纵向认证，在各梯级水电站设置子系统，采用专用网络与集控中心进行通讯，能够提高系统的网络、数据传输安全性，实现集中统一管理和调度，减少管理人员，增加梯级联合调度的效益，是一种完整的针对多种调节性能的梯级大型水电站群联合优化调控自动化系统。远程集中监控系统具备遥测、遥控、遥信、遥调(S卩“四遥”)的功能；研制了兼容不同厂家计算机监控系统的数据通信软件，实现了不同厂家的系统间的无缝连接，对DL476-92通信协议的通信数据包长度、常建链路、命令反校机制进行了研究和优化，保证了各电站海量信息传输的实时性、远程控制命令的安全性。优化控制优先级和系统备份功能。水调自动化系统需要梯级各水电站的计算机监控、电能量、卫星云图、气象预报、短期洪水预报等系统信息。系统与外部网络数据交换的交换过程中采用了功能强大的中间件技术，使数据交互稳定可靠，保障了系统的稳定运行。采用无IP地址的透明监听方式，完全割断TCP连接，实现了可靠的安全隔离，合理规划水调内外网功能。选用小型计算机集群系统作为水库调度信息处理服务器，实现了梯级水库调度的海量数据同步处理。依靠水调自动化系统，可实现梯级水电站群的联合优化调度，优化各水电站的运行方式，降低机组发电耗水率，减少弃水、增加发电量；实时监测流域水情变化情况，预测流域水情的变化趋势，根据电力市场的需求变化，作出合理、科学的调度方案，获取最大的发电效益；实时优化各电厂发电机组的运行工况，延长机组寿命，提高设备运行效率；减少调度管理工作人员，提高工作效率；能为企业管理者及调度管理人员实时提供指定调度方案的分析和决策依据，提高企业对电力市场变化的快速反应能力，适应电力市场的商业化运行，提高梯级水电站的竞争能力，同时还为下游人民生命财产的安全提供保障。远程图像监控系统是现代化管理、监视的重要手段，它的主要用途是及时而真实准确地反应被监控对象的实际信息，从而为决策提供依据。梯级各水电站的监控人员借助于计算机监控系统的辅助监视作用，亲眼见到了实况，就能放心地对设备进行控制操作，能大大提高设备远方操作的安全性及生产管理效率和自动化水平，并在一定程度上起到安全保卫的作用。 电能量计量系统是集电能自动采集、传输、统计结算于一体的自动化系统，更好地为整个系统服务。将本系统投入到乌江流域的梯级水电站群的优化调度中，使得年产生优化效益约
I.835亿元，取得了非常大的经济效益。
图I是本实用新型实施例的系统示意图；图2是本实用新型实施例的远程集中监控系统的网络结构示意图；图3是本实用新型实施例的水调自动化系统的结构示意图；图4是本实用新型实施例的远程图像监控系统的结构示意图；图5是本实用新型实施例的电能量计量系统的结构示意图。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
本实用新型的实施例一种梯级水电站群联合优化调控系统，如图I所示，包括远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统和远程图像监控系统；又将系统分成生产控制大区和管理信息大区(安全III区)，生产控制大区包括实时控制区(安全I区)和非控制区(安全II区)；位于安全I区的远程集中监控系统与位于安全II区的水调自动化系统之间通过硬件防火墙安全隔离后连接，实现两个区域的逻辑隔离、报文过滤和访问控制；水调自动化系统与位于安全II区的电能量计量系统之间通过RS232串口连接；远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统都设有WEB发布子系统，上述各WEB发布子系统与远程图像监控系统都位于安全III区，WEB发布子系统通过带防火墙的路由器与远程图像监控系统连接；生产控制大区和管理信息大区之间设有电力专用单向安全隔离装置，实现物理隔离。该系统已经在乌江流域的梯级水电站群投入使用。[0037]如图2所示，乌江流域的洪家渡、东风、索风营、乌江渡、构皮滩、思林、沙沱这7个梯级水电站(集控层电站)均设有计算机监控系统。远程集中监控系统在集控侧采用两台互为冗余的经济调度服务器主机、两台冗余实时数据服务器和两台冗余历史数据服务器，针对7个集控层电站的集控调度数据网接入电力数据网以及卫星通道，通过集控调度数据网实现电力数据网的双网和卫星通道的路由功能，实现梯级水电站群远程集中监控系统与梯级各水电站计算机监控系统之间数据传输的连接。随着多媒体技术在水电站的应用，将语音、动画、可视化、视像功能应用于计算机监控系统，更形象地了解水电站的监控情况。其中，根据计算机在水电站监控系统中的作用及其与常规监控设备的关系 ，一般有以下三种模式1)以常规控制设备为主，计算机为辅；2)以计算机为主，常规控制设备为辅；3)取消常规控制设备的全计算机监控系统。根据水电站的装机容量大小、在电网中的作用和各自的具体情况可分别选用不同模式的监控系统。一般新建电站和具备条件(资金、技术和发电许可等条件)的电站适合选择第三种模式，以便达到一步到位的目的。对于受其它条件限制的老式水电站的改造，可分别考虑第一、第二两种模式作为过渡。梯级各水电站均设有与计算机监控系统进行异步通信的消防监控系统，用于当探测器(感烟、感温、红外火焰、紫外、缆式感温探测器)检测到有火情时，通过系统总线，自动向中央控制室的集中报警控制器报警。集中报警控制器在接收到报警后，经过信息处理，在报警控制器上以数码显示方式显示出火灾的部位，并通过串行通信接口，在水电站消防监视系统的CRT上，自动显示出火灾的部位编号及该层的平面布置图，提示出火灾的处理措施，同时根据火情发生的部位，经确认及延时后，自动或手动对该部位及相关部位的防火排烟设备、灭火设备进行相应的控制，实施灭火等措施。所有的火情信息由水电站消防监控系统主机经信息处理后送至计算机监控系统。同时该系统能实现对通风、防火排烟设备、二氧化碳灭火系统以及水喷雾灭火系统的控制。如图3所示，水调自动化系统主要分为水调内网和水调外网，数据库集群、卫星终端、GSM终端、串口服务器、优化运算服务器、应用服务器及具有调度、会商、培训、维护等功能的客户端都位于水调内网；数据库兼通信服务器、WEB服务器、卫星云图服务器、位于水调外网；水调内、外网之间设有正、反向隔离装置，水调内、外网内均设有正、反向网关机。其主要功能包括实时数据采集及处理、实时监控、基础信息查询及维护、中长期预报子系统、实时洪水预报、防洪调度、发电调度、防洪及发电调度会商、水务管理。其包括数据子系统、模型子系统和决策及信息服务子系统；其中，(I)数据子系统包括以下三个层次I)信息接收处理层，用于完成各类基础信息的接收和处理；2)基础数据库层，用于负责记录、存储及管理各类基础信息数据；3)专用数据库层，用于建立各类专用数据库，从而保证多家开发商的应用软件不会造成基础数据库的破坏，并保证系统的开放性和可扩展性；(2)模型子系统包含预报及调度决策支持的模型和算法；(3)决策及信息服务子系统以数据库和模型库为基础，建立开发高级会商应用系统，实现水库科学预报、调度决策；建立公共信息查询和水调业务管理系统，实现信息的共享，提高办公自动化水平；通过人机界面以菜单、窗口及对话框方式控制各模块的调用。各梯级水电站(洪家渡、东风、索风营、乌江渡、构皮滩、思林、沙沱)均设有水情自动测报系统，水情自动测报系统产生的遥测信息通过由Inmarsat_C、VHF、GSM、光纤以及VSAT卫星通信方式组成的混合组网信道，传输到水调自动化系统。水情自动测报系统包括遥测站、信息传输通道和中心控制站(简称中心站)。在乌江流域内设立134个遥测站，遥测站用于自动采集雨量、水位、设备电压及环境温度的实时遥测信息，遥测站的仪器设备有雨量计、水位计、编码器、数传机、电台和电源设备等，一般在有人管理无人操作情况下进行。在中心站的控制下将遥测信息编排成脉冲信号，通过信息传输通道传递到中心站；所述信息传输通道包括有线和无线两种方式。中心站的功能是集中遥测系统内各遥测站的水文数据，进行计算整理，及时做出洪水预报，并可控制闸门启闭，进行水利调度；中心站的主要设备有通信电台和电子计算机等，一般采用中小微机，并配置显示器、宽行打印机和磁盘驱动器等外围设备。如图4所示，乌江渡和东风采用北京明鹏电力设备有限公司提供的图像监控系统，其前端采用美国pelco9740视频矩阵控制器，后端采用AXIS2401图像编码器；索风营和洪家渡采用浙江大华公司提供的图像监控系统，其前端也采用美国pelCo9760视频矩阵控制器，后端采用APELCO NET4001A系列IP视频编解码器，梯级水电站群各水电站采用不同·的图像监控系统，因此在远程图像监控系统中心集成不同厂家的图像监控系统是必须要解决的。为解决上述问题，各水电站的图像监控系统均设有协议转换设备，对采集的图像采用MPEG4标准压缩，以便采集的图像通过2M专用传输电路传输到远程图像监控系统。每个水电站的图像监控系统采用IP协议和组播方式传输图像及其他有关数据，在后端进行软件解压缩，即以一次压缩的方式，避免图像数据的二次压缩，以保证图像的清晰度；同时上传两路图像信号，保证梯级水电站群远程图像监控系统对各水电站的图像监控系统图像采集的可靠性。如图5所示，电能量计量系统采用开放的、网络化的、功能分布的体系结构，包括电能量计量系统主站、电能量采集装置和计量点电能表，梯级水电站的电能量采集装置通过PCM经光纤通道和和通过Modem池经电话通道与电能量计量系统主站相连。计量点电能表的数量非常大，并且要求其运行稳定可靠、精度高、使用寿命长、通信可靠、易于安装维护，电能表米集的数据包括正向有功、反向有功、正向无功、反向无功分时电能表码、最大需量及发生时间、瞬时功率、各相瞬时电压、电流，以及电表失压报警等事件。电能量采集装置从每个计量点电能表中采集表码值后，电能量计量系统主站以IEC870-5-102规约从各水电站的电能量系统中采集数据。电能量计量系统主站可以由一台或组成网络的多台计算机及外设组成，负责管理整个系统、通过通讯网络发出数据采集、存储、分析、管理的各种指令；定时或随时抄收电能表的电量数据，对集中器设置通信参数及操作参数，与供电企业用电营业网联网后，可以实现电能量计算、票据打印、统计报表等功能。水电站电能量采集管理的通讯系统，一般可以分为三个层次(I)系统应用层，基于数据传输平台建立电能量采集系统、或负荷监控系统、GSM/SMS短信抄表软件等，实现多系统无缝结合使用；(2)网络传输层，负责处理各种通信信道，包括无线GPRS/CDMA、有线PSTN电话、230M无线专网、GSM移动、联通短信网关，它能够将各种通信信道转换为统一的网络通信信道，从而简化不同信道的复杂应用；[0054](3)数据传输层，建立电能量数据传输服务中心，为客户提供统一的通讯接口，客户应用系统采用该接口进行 数据收发。
权利要求1.一种梯级水电站群联合优化调控系统，其特征在于包括远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统和远程图像监控系统；远程集中监控系统与水调自动化系统之间通过硬件防火墙安全隔离后连接；水调自动化系统与电能量计量系统之间通过RS232串口连接；远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统均设有WEB发布子系统，WEB发布子系统通过带防火墙的路由器与远程图像监控系统连接。
2.根据权利要求I所述的梯级水电站群联合优化调控系统，其特征在于梯级各水电站均设有计算机监控系统，采用SDH光纤通信与卫星通信相结合的冗余数据传输通道，实现梯级水电站群的远程集中监控系统与梯级各水电站的计算机监控系统之间的数据传输。
3.根据权利要求I所述的梯级水电站群联合优化调控系统，其特征在于梯级各水电站均设有水情自动测报系统，水情自动测报系统产生的遥测信息通过由Inmarsat_C、VHF、GSM、光纤以及VSAT卫星通信方式组成的混合组网信道，传输到水调自动化系统。
4.根据权利要求3所述的梯级水电站群联合优化调控系统，其特征在于水情自动测报系统包括遥测站、信息传输通道和中心控制站，遥测站通过信息传输通道与中心控制站通讯；遥测站用于自动采集雨量、水位、设备电压及环境温度的实时遥测信息；中心控制站用于控制遥测站将遥测信息编排成脉冲信号，通过信息传输通道传输到中心控制站；所述信息传输通道采用有线或者无线方式。
5.根据权利要求I所述的梯级水电站群联合优化调控系统，其特征在于梯级各水电站的图像监控系统内均设有协议转换设备，对采集的图像采用MPEG4标准压缩，使采集的图像通过2M专用传输电路传输到远程图像监控系统。
6.根据权利要求I所述的梯级水电站群联合优化调控系统，其特征在于电能量计量系统包括电能量计量系统主站、电能量采集装置和计量点电能表，电能量采集装置从每个计量点电能表中采集表码值，并通过光纤数据网、电力电话网与电能量计量系统主站连接。
7.根据权利要求I或2所述的梯级水电站群联合优化调控系统，其特征在于梯级各水电站均设有与计算机监控系统进行异步通信的消防监控系统，用于当探测器检测到有火情时，火情信息由水电站消防监控系统的主机处理后送至计算机监控系统。
专利摘要本实用新型公开了一种梯级水电站群联合优化调控系统，所述系统包括远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统和远程图像监控系统；远程集中监控系统与水调自动化系统之间通过硬件防火墙安全隔离后连接；水调自动化系统与电能量计量系统之间通过RS232串口连接；远程集中监控系统、水调自动化系统、电能量计量系统均设有WEB发布子系统，WEB发布子系统通过带防火墙的路由器与远程图像监控系统连接。本实用新型能提高系统安全性，实现集中统一管理和调度，减少管理人员，提高梯级联合调度效益。
文档编号G05B19/418GK202711028SQ20122033805
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者何光宏, 邹建国, 戴建炜, 刘磊, 朱江, 李晓斌, 李泽宏, 吴正义, 邹兴建, 左天才, 肖燕, 宋尔进 申请人:贵州乌江水电开发有限责任公司