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水電廠自動化系統的智能化改造研究

文檔作者：郭永康文檔來源：青海黃河水電公司公伯峽發電分公司		更新日期： 2026年05月19日	點擊數：
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2021 年第 21 期 工程設計 241
水電廠自動化系統的智能化改造研究
郭永康
青海黃河水電公司公伯峽發電分公司，青海 海東 810902
摘　要：近年來，我國水電行業得到了迅速發展，水電廠的建設規模與復雜度進一步提升，各水電廠還需要積極應用自
動化技術等先進技術手段，做好水電廠自動化系統的智能化改造工作，提升水電廠的整體運行水平。文章首先介紹了智
能水電廠的系統結構，然后總結了水電廠智能化改造中存在的問題，最后探討了水電廠智能化改造方案及具體實施步驟，
以供參考。
關鍵詞：水電廠；自動化系統；智能化改造
中圖分類號：TV736 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789（2021）21-0241-02
1 智能水電廠的系統結構
1.1 系統層
在保持原有生產自動化系統終端管理工具不變的基礎
上，搭建集成數據平臺。各自動化系統在運行過程中產生
的數據需要傳輸到系統層內進行分析處理，隨后在集成平
臺上進行顯示。在系統層中，可以借助相應通信協議，實
現系統運行數據的集成存儲與使用，滿足報文管理、系統
綁定等業務開展中的數據需求。在智能化系統中含有控制
系統與信息管理系統兩大模塊，能夠滿足水電廠生產管理
工作的實際需求[1]。
1.2 控制層
在控制層智能化改造過程中，要求各自動化系統的本
地單元及子系統進行通信適配器及單獨通信通道的配置，
這樣才能夠滿足水電廠運行中各種電氣設備的實際控制需
求。在現地控制層中，本地單元所采集到的現場數據可以
直接利用通信網絡，將其傳遞到控制層中。控制層在對現
場數據及運行信息進行分析之后，發出相應的控制命令，
并轉發到本地控制臺及相關智能化設備，實現設備的智能
化控制。該過程中本地設備與站系統之間的連接保持不變。
1.3 過程層
目前，我國大部分水電廠自動化系統依舊采用電纜組
件及傳統的通信方式獲取設備運行數據，在智能化水電廠
改造中，可以應用勵磁監測、狀態監測等先進管理手段，
實現智能設備的有效控制。但是現階段我國水電廠自動化系
統的過程層改造水平不高，對原有非智能設備還有著比較高
的依賴性，這也是影響水電廠智能化改造的重要問題[2]。
2 水電廠智能化改造中存在的問題
近年來我國水電廠雖然已經加大了智能化系統的改造
力度，智能化運行水平也得到了顯著的提升，但是在具體
改造過程中，依舊受到較多技術條件及現實因素的影響，
具體表現在以下六個方面：（1）部分水電廠在完成智能化
改造之后，因受傳統工作理念的影響，對于IEC61850 通信
協議的維護管理水平不足，直接影響到智能化水電廠的后
續運行效果。（2）目前，我國水電廠所采用的智能系統其
功能多是進行各種系統數據的存儲與執行，對于生產功能
也能夠起到良好的指導效果。但是在具體應用過程中，依
舊存在后臺支持水平不足的問題，導致智能化的應用優勢
難以充分發揮出來。（3）在進行系統運行數據的通信過程
中，利用IEC61850 通信協議能夠實現當前系統及現地控制
層兩者的協議轉化，但這也導致了水電廠運行系統的復雜
性及工作量大幅度提升，直接影響到智能化系統的運行可
靠性。（4）與傳統自動化系統相比，智能化系統所應用到
的IEC61850 通信協議在運行中會耗費更多的網絡寬帶及計
算資源，硬件處理難度大，因此難以滿足大中型水電機組
在運行中的實際需求。（5）綜合平臺雖然能夠實現自動控
制部分的改造，但是依舊沒有完全取代原有系統，因此還
需要通過長期運行測試的方式做好綜合平臺的運行監測工
作。（6）我國水電廠在智能化改造中，部分基礎技術水平
不足，對于水電廠智能化技術的研究力度不足，在這一模
式下，IEC61850 通信協議自身的技術優勢也就無法在水電
廠智能系統中獲得良好的應用效果，從而影響到水電廠的
整體智能化改造質量。
3 水電廠智能化改造方案
3.1 設計數據對象
在水電廠智能化改造階段，若未建立集成數據模型，
則水電廠中各種自動化系統將始終處于獨立運行狀態，也
無法進行其他系統數據的共享。這也就需要進行特殊傳輸
協議的設計，確保系統數據的功能得到充分發揮。應用面
向對象的建模技術能夠實現水電廠運行數據共享。當運行
數據傳遞到自動化系統之后，在不經過數據格式的轉換情
況下，即可實現系統數據的識別與應用，促進數據的管理
維修水平及效率進一步提升。此外，在該集成數據模型中，
也能夠實現不同智能設備與半智能設備之間的有效通信。
在水電廠自動化系統的數據建模過程中，相關設計人
員需要構建集成信息模型，確保該模型能夠滿足邏輯節點
與新數據的實際應用需求，促進水電廠數據處理的智能化
242 工程技術研究 2021 年第 21 期
水平進一步提升。此外，在進行現有綜合信息模型的擴展時，
可以根據我國現有電力系統運行情況，應用IEC61970 通信
協議開展數據通信工作，促進水電廠整體運行水平的提升。
3.2 整合數據交換接口
不同操作系統之間的交互數據傳輸作為一種統一的通
信協議，在該通信協議中，對各系統之間的差異性進行統
合處理，從而將集成數據模型的應用優勢充分發揮出來。
鑒于水電廠現階段各種設備的實際運行狀態，針對部分不
適用于IEC61850 通信協議的設備，可以結合實際需求進行
其他標準通信協議的合理選擇。在地面設備標準化調試中，
還需要進行數據格式標準的明確規范，將第一臺數據的輸
出格式作為網絡數據的接收標準，將傳統的控制網絡與總
線連接模式轉變為智能網絡的連接模式。為了提高采集與
控制網絡的數字化改造水平，也需要做好數據交換接口的
整合工作，實現水電廠中所有運行設備的數字化管理，促
使設備通信朝著標準化的方向發展，為水電廠智能化改造
提供良好的通信環境[3]。
3.3 加大自動控制應用管理力度
在進行水電廠控制系統的自動化改進過程中，還要做
好水情管理、監控及安全管理等系統的集成與交互工作，
隨后通過標準化的數據通信指標，進行管理數據的有效傳
遞，從而使水電廠中各自動化管理系統的集成能力及交互
水平進一步提升，實現對水電廠運行狀態的綜合化與自動
化管理。在自動化控制平臺的搭建過程中，需要結合水電
廠自身運行特點，做好數據總線、消息總線及服務總線的
合理設置工作，從而滿足多種管理應用系統在運行中的具
體需求。此外，在水電廠的智能化改造過程中，還要加強
對自動化智能綜合管理平臺的構建，從而為智能應用系統
創造良好的應用環境。
3.4 構建高級智能應用系統
高級智能系統也是水電廠智能化改造中的重要內容，
其能夠通過全面的數據分析、挖掘與優化，實現水電廠生
產運行狀態的智能分析和預警的專業數據庫。在高級智能
應用系統構建過程中，首先要建立水電廠實例數據分析模
型，隨后通過專業控制系統，構建基于相關診斷的知識庫，
確保高級智能應用能夠擁有智能的邏輯機制，可以對水電
廠各種設備的運行狀況進行詳細分析，做好故障診斷工作。
此外，應用高級智能應用系統能夠為水電廠管理工作提供
智能在線監測、故障報警與維護、閥門聯動及防洪決策等
多種服務功能，進一步提高促生產管理的自動化水平，還
可以有效避免運行故障對水電廠整體運行水平造成影響。
因此，水電廠還要加強對高級智能應用的研發與建設，優
化發電維護計劃，提升生產的經濟效益，借此獲得良好的
智能水電站建設效果。
4 水電廠智能化改造的具體實施步驟
在水電廠智能化改造過程中，各水電廠還需要遵循一
定的技術規范與行業標準，結合自身自動化設備與部件運
行現狀，按照以下步驟逐步開展智能化改造工作：（1）為
了消除傳統控制系統中部分站控層的運行獨立性，還需要
基于IEC61850 通信協議構建綜合管理控制平臺，實現各種
站控層通信的混合訪問。（2）為了保障IEC61850 通信協
議的應用效果，需要結合智能子終端轉換的二次部門，通
過集成控制平臺替代原本的LCU 轉換站，保障各子系統能
夠在IEC61850 通信協議上正常運行。（3）在結合水電廠
自身運行要求及實際運行情況基礎上，做好可用附件的更
換工作。（4）結合水電廠實際運行需求，積極開發先進的
應用功能，構建智能化應用系統。（5）在現有產品成熟及
解決方案成熟的前提下，替換現有的自動化元件及監控設
備，促進現場設備智能化水平的進一步提高。
5 結束語
水電廠智能化改造作為電力自動化系統的必然發展方
向，對于水電廠運行可靠性與安全性的提高也有著重要意
義。但是目前我國水電廠智能化改造中還受到技術因素及
設備因素的制約，為了獲得預期的智能化改造效果，還需
要基于IEC61850 通信協議逐步完成相關管理技術與設備的
更換工作，促進水電廠智能化運行的長遠發展。
參考文獻：
[1] 胡少英, 王銘業, 李永紅, 等. 基于水電智能一體化管控平臺
的水調自動化系統[J]. 水電自動化與大壩監測,2014,38(5):
37-40.
[2] 韋松直. 水電廠自動監控系統的研究[D]. 南寧: 廣西大學,
2019.
[3] 陳龍驤. 廣州蓄能水電廠監控系統設計與應用[D]. 廣州: 華
南理工大學,2017.
作者簡介：郭永康，男，本科，工程師，研究方向為電氣工程。

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