★國能智深控制技術(shù)有限公司黃煥袍，劉小恒，曾凡斐

1　背景

“雙碳”背景下，我國能源轉型加速推進(jìn)，水電作為清潔能源的重要組成部分，在清潔低碳、安全高效、靈活智能新型能源體系和新型電力系統建設中發(fā)揮不可替代的重要作用。水電站控制系統作為重大技術(shù)裝備的“大腦”和“神經(jīng)中樞”，實(shí)現自主可控和智能化、數字化轉型升級已成為不可逆轉的趨勢。傳統的水電站計算機監控系統面臨著(zhù)上下位機分離、系統調控靈活性以及擴展能力不足等問(wèn)題。因此，利用先進(jìn)的控制系統提升水電站運行控制水平，實(shí)現安全高效、靈活智能運行的目標，已成為業(yè)界追求的目標。

國能智深自主可控水電智能控制系統（EDPFHICS）作為新一代水電站控制系統的代表，為水電站的安全、高效、智能運行提供了強有力的技術(shù)支撐。本文介紹國家能源重大工程項目-黃河流域海拔最高、裝機容量最大的瑪爾擋大型水電站應用自主可控水電智能控制系統的成功案例。

2　實(shí)施與應用

青?，敔枔跛婍椖渴菄抑卮蠊こ添椖?，由4臺裝機容量為55萬(wàn)千瓦大機和1臺裝機容量為12萬(wàn)千瓦小機組成，總裝機容量為232萬(wàn)千瓦，其控制系統采用國能智深自主可控水電智能控制系統，操作系統為國產(chǎn)操作系統，平臺工具軟件、應用軟件、嵌入式軟件100%自主研發(fā)，關(guān)鍵芯片和核心元器件國產(chǎn)化率100%。該系統完全自主可控、智能高效、功能齊全、運維方便；區別于傳統水電站監控系統，EDPF-HICS實(shí)現了主輔一體化、上下位機一體化、管控一體化，集成了信息網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)、扁平化網(wǎng)絡(luò )結構技術(shù)、智能發(fā)電技術(shù)于一體，有效提升了水電站設備的智能化水平和生產(chǎn)運營(yíng)效率?，敔枔跛娬具\行監視圖如圖1所示。

圖1 瑪爾擋水電站運行監視圖

瑪爾擋水電站控制系統包括50多個(gè)子站，350多個(gè)智能系統設備接入。通過(guò)EDPF-HICS的智能調度與優(yōu)化控制，電站能夠根據實(shí)時(shí)水情、電網(wǎng)需求及機組狀態(tài)，實(shí)現發(fā)電負荷的最優(yōu)分配，顯著(zhù)提高了水能利用率和發(fā)電效率。功能特點(diǎn)主要有：

（1）增強運維管理水平。EDPF-HICS的實(shí)時(shí)監測與故障診斷功能，使得電站運維人員能夠及時(shí)發(fā)現并處理潛在問(wèn)題，避免了非計劃停機，降低了維護成本。同時(shí)，系統的智能運維支持也減輕了運維人員的工作負擔，提高了工作效率。

（2）優(yōu)化能源調度與協(xié)同。在青?，敔枔跛娬卷椖恐?，EDPF-HICS與智能電網(wǎng)調度系統緊密配合，實(shí)現了跨區域、跨流域的能源調度與協(xié)同優(yōu)化，提升了區域電網(wǎng)的穩定性和靈活性，為構建智慧能源體系奠定了堅實(shí)基礎。

（3）保障安全生產(chǎn)與環(huán)保。EDPF-HICS通過(guò)精準控制機組運行參數，有效降低了設備運行風(fēng)險，保障了電站的安全生產(chǎn)。同時(shí)，系統還具備環(huán)保監測與管理功能，助力電站實(shí)現綠色、低碳運行，符合國家生態(tài)文明建設的戰略要求。

（4）智能化程度高。EDPF-HICS的成功應用，實(shí)現電站運行與控制的全程自動(dòng)化；智能檢測與診斷分析、智能預警與報警，提升設備健康管理水平；結合設備工藝要求，應用先進(jìn)智能控制技術(shù)和算法，實(shí)現機組的靈活智能運行與調節。

3　應用創(chuàng )新

（1）EDPF-HICS與傳統水電廠(chǎng)典型技術(shù)差異對比（如表1所示）

表1 EDPF-HICS與傳統水電廠(chǎng)典型技術(shù)差異對比

（2）水電廠(chǎng)智能控制系統（EDPF-HICS）實(shí)現了主輔一體化、上下位機一體化、管控一體化

·主輔一體化，瑪爾擋水電站的主控系統及輔控系統采用同一品牌控制器，網(wǎng)絡(luò )結構打破傳統水電主控采集輔控系統數據再上送上位機的模式，主輔數據都由上位機直接采集；

·上下位機軟件一體化，傳統的水電站計算機監控系統PLC+SCADA結構由兩個(gè)相對獨立的系統組成，系統復雜度較高，兩個(gè)系統采用不同的軟件，它們之間的接口和通信需要額外的配置和維護工作，增加了系統的復雜性和潛在的風(fēng)險。EDPFHICS上下位機軟件采用一體化設計，上位機軟件既是組態(tài)、監控軟件，又是下位機編程軟件。

·管控一體化，瑪爾擋水電站I、II、III區采用EDPF-HICS一體化平臺系統實(shí)現數據的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理，從而實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的精確控制和管理。同時(shí)，通過(guò)數據分析和優(yōu)化，電站可以更加精準地制定生產(chǎn)計劃、優(yōu)化資源配置，降低生產(chǎn)成本，提高市場(chǎng)競爭力。

（3）先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )架構

架構前瞻性。在網(wǎng)絡(luò )設計時(shí)，充分考慮未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢和業(yè)務(wù)增長(cháng)需求，選擇具有前瞻性的網(wǎng)絡(luò )架構和技術(shù)路線(xiàn)，確保長(cháng)期的技術(shù)領(lǐng)先性和業(yè)務(wù)適應性?，敔枔鮁DPF-HICS網(wǎng)絡(luò )硬件主要包含多臺交換機，其網(wǎng)絡(luò )結構引入雙星型冗余網(wǎng)絡(luò )及高級應用服務(wù)網(wǎng)。單元層網(wǎng)絡(luò )采用雙星型網(wǎng)絡(luò )結構，又稱(chēng)雙MMS網(wǎng)結構。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )采用雙GOOSE網(wǎng)結構完成數據采集。

性能卓越性。高級應用服務(wù)網(wǎng)的引入用于完成非實(shí)時(shí)數據的分析處理，進(jìn)而通過(guò)智能計算引擎，為智能報警、智能報表、智能ON-CALL等高級應用提供基礎數據，其余實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)數據則通過(guò)該網(wǎng)絡(luò )結構具備高性能的數據傳輸能力，低延遲、高吞吐量是基本要求，同時(shí)能夠支持多業(yè)務(wù)并發(fā)處理，滿(mǎn)足日益增長(cháng)的數據處理需求，詳細網(wǎng)絡(luò )結構。

圖2 EDPF-HICS網(wǎng)絡(luò )架構圖

（4）先進(jìn)的數據采集方式EDPF-HICS數據采集區別于傳統水電站采集方式，數據采集更加高效、可靠，主要體現在兩大方面（如表2所示）。

表2 EDPF-HICS數據采集與傳統水電站采集方式對比

4　效益分析

（1）經(jīng)濟效益提高發(fā)電效率。H-ICS系統通過(guò)智能化管理，優(yōu)化了水電廠(chǎng)的運行流程，提高了發(fā)電效率，從而降低了單位電能的成本，從而提高電站生產(chǎn)效益。

減少故障，降低運維成本。自主可控的智能控制系統提前預警潛在故障，減少非計劃停機時(shí)間，降低維修成本，年運維成本節約可達數百萬(wàn)元。

（2）社會(huì )效益

推動(dòng)能源數智化轉型。H-ICS是水電領(lǐng)域智能化轉型升級的關(guān)鍵支撐，其應用推動(dòng)了能源數智化轉型的進(jìn)程。通過(guò)引入人工智能、大數據等先進(jìn)技術(shù)，提高了水電廠(chǎng)的智能化水平。

帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。H-ICS的研發(fā)和成功應用帶動(dòng)了行業(yè)工控產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)操作系統、國產(chǎn)芯片和元器件的協(xié)同發(fā)展，推動(dòng)形成我國工控產(chǎn)業(yè)自主生態(tài)。

5　項目意義

自主可控水電智能控制系統（H-ICS）是國內首套基于國產(chǎn)芯片和國產(chǎn)操作系統的水電站智能控制系統，首次在國家能源領(lǐng)域重大工程項目-瑪爾擋大型水電站的成功應用實(shí)現了水電領(lǐng)域控制系統的完全自主可控和智能化升級，保障了能源生產(chǎn)與供給安全，為水電領(lǐng)域提供了可推廣復制的數智化轉型方案，促進(jìn)了水電行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，具有重大行業(yè)示范意義。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年7月刊