白亮-六、梯级电站群远程实时调度管理系统规划

六、梯级电站群远程实时调度管理系统规划6.1 系统总体概述和范围6.1.1 调度管理的意义随着人类社会的发展，信息化、全球化已成为一种世界性的大趋势。信息技术的革新深刻地改变了人们传统的生活方式，对旧有的政府管理方式及服务方式提出了严峻的挑战。水电是国民经济的基础设施。随着经济和社会的发展，洪涝灾害、干旱缺水、水污染严重、电力等资源问题日益突出，已经严重制约着国民经济和社会的发展。为了解决好这些问题，就需要我们在加强水利水电基础设施建设的同时，通过水利的信息化尽快实现汉中的水利水电的现代化。水利水电信息化，就是要充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用水利水电信息资源，包括水利水电信息的采集、传输、存储和处理，全面提升水利事业活动的效率和效能。系统通过自动化技术、3S技术、网络通信技术、计算机模拟技术等高新技术的应用，实现水利信息采集的自动化，信息处理的电子化，信息传输的网络化，辅助决策的科学化。全面提升水利行业的管理水平和决策水平，以信息化带动水利水电的现代化。6.1.2 实时调度管理系统的范围 本次梯级电站群远程实时调度管理系统规划范围有如下几点：河西公司辖区中地理信息系统龙首电厂生产运行管理西流水电厂生产运行管理大坝安全监控与评估管理水情监控与洪水预报系统闸门监控调度系统6.2 基本功能要求和应用内容6.2.1 系统基本功能要求数据采集处理功能数据采集各种数据及信息的处理（包括报警、画面刷新、更新数据库、计算等）数据通信及交换、信息共享功能电厂与分中心站的通信分中心和总部自动化系统通信与网调、省调的SCADA/EMS、调度生产管理系统的数据交换与其他数据源系统的通信Web服务器数据库及其管理功能实时数据库数据镜像历史数据库及其管理数据库的生成和修改数据仓库图形及报表支持功能图形支持报表支持人机联系功能用户界面功能画面生成和修改报表的生成和修改安全监视功能GIS功能大屏幕会商功能系统及网络维护管理功能电力市场等其他扩展功能系统辅助功能软件开发在线文本文件访问（除了帮助功能）6.2.2应用功能内容和框图 地理信息及建设内容梯级电站群调度地理信息系统制作包括：基础地形数据建设基础地形数据建设包括：龙首水电厂、西流水水电厂地周边地形、地貌；水库水下地形数据；水库数字高程模型（DEM）；数字正摄影像图(DOM)。电厂线路、电器设备及开关站数据建设包括：水电厂主接线图、厂用电接线图和开关站布线图等的断路器、开关、刀闸、变压器、塔杆等数据，根据设备编码及其状态，用不同的颜色渲染相应的的线路和设备，以反映水电厂实际运行状态。专题电子地图的制作包括：水库库区、水工建筑物背景图；各发电机位置图；各发电机发电电量图；励磁和调速器工况图；油、气、水设备工矿图。系统框图如下：数据输入与转换数据输入与转换地理数据库显示输出空间查询与空间分析图形及文本编辑6-1梯级电站群调度地理信息系统示意框图功能描述：地图显示利用地理信息系统软件将水电厂的管线、电器设备及开关站设备图形化分层表示出来，定义各图层属性；分层显示、无级缩放查询对象、漫游、和查询对象的属性显示等。地理位置的查询包括设备、管线、开关站设备等的地理空间位置查询、漫游并显示其相应的属性信息。设备及其属性的查询、统计输入各种设备的名称或设备编码，能在地图上准确定位到改设备，查看其属性信息；对某类设备，根据用户需要统计各种数据，根据需要采用专题图的方式将数据图形化，使数据以更直观的形式在地图上体现出来。调度任务可视化主要是实现搜索子程序，根据所得到的设备编码及其状态，搜索生产信息，用不同的颜色渲染相应线路、设备等，以反映水电厂实际运行状态。并将服务器中数据实时刷新，使其它终端能显示水电厂实时运行状况。生产运行系统生产运行系统中主要包括下面几种数据：现场数据：包括现场信号测量值、设备运行状态、报警信息及其它由现场计算机产生的数据。控制指令：控制数字量输出、模拟量输出及现场设备等的控制字。调节命令。系统信息：主要是一些系统管理信息，如控制权限，监控计算机登录状态等系统框图如下：通讯线程采集LCU数据通讯线程采集LCU数据水电站对象定时数据历史数据测点对象定时数据静态数据设备对象静态图形数据静态基本数据实时数据与人机接口相关对象用于显示打印数据图形数据库系统数据库图6-2水电厂生产运行系统数据流向功能描述实时数据库存放各类实时采集数据以及对这些数据进行实时处理（如报警检测、数据动态显示、参数列表等）所用到的参数。实时数据库是主监控软件的中心环节，软件的各类任务可直接修改或调用实时数据库中的数据，其中的数据在系统运行过程中不断地被刷新，它直接反映了整个水电站各设备的运行状况，存放于监控微机的内存中。系统数据库存放系统的静态数据，包括基本参数库、静态模板库、历史数据库等。实时数据库中的相关数据也取自系统数据库。如上图所示，系统数据库与软件包的各系统均存在的数据进行交换。它是整个软件包的核心，采用具有开放标准的SQL数据库。图形数据库存放绘图相关的属性,它由图形编辑与生成系统进行编辑。图形数据库用MFC支持的用于存放对象属性的流式文件实现。大坝安全监测与评价系统水情监测与洪水预报系统系统功能结构图水情水情监测与洪水预报系统业务数据采集与处理调洪演算及优化调度决策水务综合处理水情监测与仿真管理业务数据库管理水位雨量设备工况功能内容1．数据网络通信内容数据网络通信模块主要负责单机、局域网内计算机、广域网内计算机的程序模块之间的信息通信，其包含下列内容：本地机各程序模块间的进程通信网络间的文件传输远程数据访问电子邮件传输网络管理2. 数据收发存贮实时接收水情测报计算机转发的测站数据、洪水预报调洪演算优化调度的结果。经各数据转换节点机采集并核验各遥测系统的实时水文数据（实时水位、水库蓄水量、水库最大发电流量、溢弃流量、综合管理信息及水文统计结果等）。可接收其它分中心站发来的水情信息。各雨量站、水文站和水情测报中心站的工作状态。可与厂内监控系统、办公自动化系统联网功能。可与防汛部门、水调中心联网功能。数据存贮将上述接收到的数据信息经处理成统一格式后分类存入数据库，并提供三级数据库存储。(a)建立72小时实时数据库（在内存），使各实时图表的响应速度达到最快。(b)建立实时信息数据库表实际数据、实时报警信息等人信息量大但存储时间短（通常存储几个月至一年），便与查询系统运行状态，使用和维护。(c)时段数据库（包括1小时时段．日旬月水文数据），按本系统的软硬件配置可以在线存放5至10年的数据，并保持对数据库的存储访问速度基本不变。数据转发(a)将实时水位、时段降雨、闸门开度、洪水预报结果、水文统计结果及监测数据传送给管理中心和水调中心。(b)将水情数据传送给其他分中心站。(c)实时将重要信息传送至数据模拟盘显示处理。3. 洪水预报（a）能实现实时预报，包括在线预报和离线预报。（b）当系统处了应急状态，但主要控制站还能正常工作时，软件仍能进行预报，预报精度可降为乙级标准。（c）洪水预报包括：洪峰预报、峰显时间预报、洪量预报、洪水过程线预报。（d）洪水预报方案应与洪水调度方案联合运用。根据预报数学模型进行每小时自动定时洪水预报及实时人工预报，存储预报结果并实时向相关部门发送。4. 洪水演算/优化调度洪水调度软件包括：a洪水预报过程会商调整，b实时洪水调度演算，包括在线调度和离线调度，c按水位控制、调度原则控制、指令调度、会商调度模式进行调洪演算d洪水调度软件必需与洪水预报软件联合运用。根据调洪演算及优化调度数学模型进行水库调度调洪演算，存储演算结果并实时向相关部门发送。5. 水务综合处理水务综合报表是水调日常生产调度的重要资料和依据，也是衡量水调系统自动化管理水平的一个标志。其主要由下列项目组成：各流域水雨情分布及等雨量线图绘制雨量、水位、流量、预报过程线及直方图。雨、水情的日、旬、月、年特征值统计。流域平均时段、旬、月、年降雨统计表。流域各站点水位月、年报表。洪水历时过程资料统计图表。系统运行情况报表。6.数据处理（1）水文数据处理（2）各种流量计算功能。7．水情监测实时监视坝上、坝下、关键控制点的水位、蓄水量、流量的变化动态。实时动态监视各雨量测点的时段雨量。监视各流域的气象云图及天气形势。监视各网络畅通率及各重要设备的运行状态。闸门监控调度系统闸门监控调度系统软件的框图水位信息采集水位信息采集闸门监控系统数据初始化系统信息统计报表系统现场信息模拟闸门监控调度系统系统信息安全报警系统信息检索查询系统数据库管理系统故障诊断水位闸门开度设备状况枢纽1….N闸门现地监控系统系统主要功能包括：安全管理功能。系统根据工作性质的不同，将设置3~5个不同权限的级别，每一级的控制权限都有密码。系统提供操作员日志记录，记录操作员的操作内容。综合参数统计、计算功能。计算机系统利用相应的数学模型对实时采集到的数据进行综合处理。得出各种分析计算、统计数据，存入系统数据库。根据现场数据和数据库中历史数据提出优化的资源管理方案，以实现优化管理。遥测遥控功能。计算机系统通过远程通信系统对渠首闸门工作状态、渠道水位进行遥测，并根据分析计算结果对各闸门进行实时控制，以实现水资源的充分利用。安全监视功能。系统各监测参数，在状态发生异常，即：超越设定报警限值、运行状态发生变更或预测分析结果趋势异常时，及时报告调度值班人员进行处理，而且进行实时记录。分布式的全图形人机界面系统功能。系统采用开放式图形硬件、软件技术，对整个枢纽进行动态化、实时化、直观化现场模拟。对各项历史记录做报表打印。采用联机“帮助”技术在程序的每一个层次，给出与当前操作对应的“帮助”提示信息和软件操作手册。6.3 系统数据采集及处理6.3.1 数据源及所需信息采集各电厂分中心站上传的重要信息，包括：水、雨情实况：每个水文站的实时水位、非汛期准点水位、时段水位；每个雨量站的最大时刻降雨量、时段降雨量（每小时）。气象、水文预报成果：收集每个电厂分中心站当地当日的天气状况，如温度、湿度、水情、雨情等；收集每个电厂分中心站的水文预报成果，如入库流量、最大流量、峰现流量；接收各个电厂分中心站的应用分析结果。闸门启闭信息：每个闸门启、闭和运行状态；每个闸门的开度状态（百分数表示）；闸门控制设备的工作状态。大坝安全监测信息；大坝关键断面和重要断面的位移量和应变力测量值；大坝关键断面和重要断面的渗压力和渗透量。从电网调度自动化系统（SCADA/EMS）采集的信息：各个水电厂每台机组的出力及运行状态、与机组运行有关的断路器、隔离开关、接地刀闸的合分位置；各个水电厂出线线路的电网参数，如功率、电压等；每个水电厂的全厂功率总加、水电计划、实际日负荷曲线等；整个电网的水电功率总加值；水电厂设备检修信息；水电厂电网运行的一次接线等信息；整个电网的发电计划及生产管理信息。从气象部门收集气象信息卫星气象云图和气象雷达监视图；气象数据库、预报考核数据；天气形势分析（包括多年形势、年形势）；气象实况；公众预报、专业天气预报等。从水文部门和防汛部门收集与水库运行有关的重要防汛信息，如水文信息、洪水预报信息、防汛防凌调度信息、综合利用（如灌溉）要求等。从人机界面接收指令信息:日发电出力过程；水库运行控制指令；洪水调度指令；其他所需的指令。采集网调中心站和各电厂分中心站及其他数据源系统计算机系统（包括通信设备）、通信通道及网络设备的运行状态：通信设备状态，如卫星通信设备等；主备通道状态，包括与甘肃省调之间，与国调之间，与各电厂分中心站之间，与其他数据源系统之间及与网调中心SCADA/EMS、DMIS之间等；局域网及网络互连设备的工作状态，如交换机、集线器、路由器、服务器、工作站等。6.3.2 数据采集功能要求可支持同时与各个系统采用不同方式通信；可支持数据按优先级传送；所需的电厂分中心、省调中心、其他数据源系统（以下简称数据源系统）全部信息的扫描下列情况下定时（时间可调）对所有数据源系统的全部信息扫描：各数据源系统初始化、重启动时扫描该系统的全信息人机工作站重启动时扫描全信息人工启动和条件启动扫描个别或所有电厂分中心系统的全信息对各种数据量采用“变化传送”和周期（可调）扫查相结合，保证实时数据的及时采集。同一数据源系统的不同种类的数据可分成若干组，每组都可分别定义扫查周期；采集的全部数据应带有表示数据状态的质量标志和来源标志，并支持多源数据的采集；由于通道和网络故障，造成重要信息的错误传输，通道或通信网络故障恢复后，应能立即进行信息自动重传；监视诊断可监视诊断网调中心站各服务器、各工作站、网络设备、外设、主备通道等的运行状态及数据通信网络状态及其他数据源系统数据传输接口设备的状态；到各电厂分中心站的通道可考虑采用卫星通信或微波专用通道作为主通道，根据不同情况电话拨号方式或微波专用通道作为备用通道。当主通道不能正常工作时，能自动和手动两种方式切换到备用通道，并可在主通道恢复后能自动和手动切回过来，用户可通过CRT设定主通道及切换模式，能显示上下行原码信息，分类统计通信通道故障、停运时间、出错次数、通道运行率和可用率等。网调中心站的运行状态至少可分为正常、测试、故障、停运四种，分类统计系统的故障、停运时间，统计系统的运行率和可用率；数据通信网络运行状态可分为正常、故障、停运三种，分类统计通信网络正常、停运时间及统计通信网络运行率和可用率；网调中心站、系统通信通道、通信网络运行状态变化、切换时发出报警信息，方便运行人员及时处理。可接入多种通信规约；定时采集GPS时间，实现水调系统的统一对时，对时误差小6.3.3 数据处理要求数据格式转换及工程单位转换不得降低原数据的精度；限值检查和合理性校验：系统应能正确区分越限数据与不合理数据。合理性校验失败的数据要自动重传。对系统中的测量值（特别是重要测量值）进行越限监视，限值级别分为四级（上下各二级）；为避免数值在限值附近振荡时产生不必要越限，可采取延时和预先定义死区阀值的方法对数值和限值进行比较，可在线修改限值死区；为减少不必要的数据传输，可预定义和在线修改数据变化死区；数据信息越限或异常时发出报警信息。数据计算及处理可对实测值、人工输入值及计算值进行数学运算及逻辑判断，自定义函数处理加工计算，计算量的类型可以是模拟量、状态量，计算量取自数据库（包括历史数据库和实时数据库），计算的结果返回到数据库中，其属性与实测值相同，计算量处理模块完成下列功能：具备如下计算功能：四则运算、代数运算、三角运算、逻辑运算、逻辑判断运算、函数运算、自定义函数运算、查表运算、任意组合的运算公式。提供方便、友好的方法供用户在线定义和修改计算；计算的启动方式：按预先定义的日期和时间、周期事件驱动、条件驱动、其他计算的结果、人工请求；计算量的精度应与工程量转化精度一致；分类统计通信通道、通信网络、电厂分中心系统设备故障、停运时间，并统计运行率和可用率；系统设备出错统计：分类记录、累计系统各设备的出错情况并存储到历史数据库中；来自不同数据库的同类数据，可进行算术运算与逻辑运算其他计算处理功能。多数据源数据的处理处理的数据除了来自各电厂分中心及其他数据源系统外，还有来自本系统应用软件、上级水调自动化系统、网调中心SCADA/EMS、DMIS及其他计算机系统的数据。对来自不同数据源的同一数据应按预先确定的优先级（可人工灵活设置）进入实时数据库，完成汇集、计算、显示、打印等操作。数据质量对所有数据信息和计算量应配置数据质量码，以反映数据的可靠程度。数据质量码列表如下。括号内的字母是应在画面和报告中与相应数据一起显示的数据质量标志：最新的（B）：在最后一次应答中成功采集到的数据。未初始化的（U）：该数据点值尚未被测量、被计算或是被人工输入。不合理的（R）：数据点值超过了模拟量的可能极限范围。失败的（F）：在最近的应答中，系统未能从数据点接收到该点的有效数据。置无效（D）：调度员设置了数据点、通信通道的扫描处理无效。则该标志将显示在最后一次成功采集到的数据值上。人工输入的（M）：数据点为无效时，标明该点显示的数据值为人工输入值。上述数据质量码的级别按排列递增（也即质量码名称为“最新的”，其级别最低）。若某数据值有多个数据质量，最高级别质量码标识应与该值一起显示或打印。对计算点，计算结果的数据质量应被设置为相关计算元素的最高级别质量码，也就是计算中用到的最不可靠值的质量码。对非测量量将不显示数据质量标识，包括人工输入。进行各种实时计算；按预定周期将需要的数据送历史数据库作历史数据处理；人工输入数据时，如果超过设定的时限，系统自动放弃；其他数据处理能力。6.4 人机界面6.4.1 总体规划要求人机联系是沟通人和水调自动化系统间的联系，以便于调度员对系统进行监视和各种应用。卖方提供的系统人机接口软件应支持所有的人机联系设备，如CRT、磁盘/光盘驱动器、打印机、大屏幕、立模屏等设备。在CRT及大屏幕上进行监视、报警显示、事故处理等，并打印记录事件、异常和事故状况。人机接口软件应允许操作人员在线或离线生成、修改画面及报表。总体功能要求如下：反映水电厂流域的雨、水实况；反映水电厂的闸门运行、泄流情况；反映大坝安全监测信息；反映水调各应用功能的成果；进行画面、数据等在线编辑、修改；在各人机工作站之间画面背景图的编辑传递；事件显示和语音报警；实时运行参数的记录和打印制表；显示画面的打印；画面、数据库的生成管理和画面显示管理；提供参数设置及修改界面；6.4.2 技术规划全图形显示：借助完备的手段进行漫游、变焦和随意移动，系统支持画面分层显示，画面覆盖、缩放、平移、提取功能以及画面自动去繁功能；高分辨率显示：以明快丰富的颜色及不抖动的显示，显著地减轻操作员的劳动强度；采用多屏多窗口技术：工作站可支持多屏多窗口显示；快速直接鼠标控制：对所有的功能可通过交互菜单选择进行，利用移动和放置软键，实现窗口之间的直接作用，鼠标控制可覆盖工作站的所有屏幕而不需要在屏幕之间进行切换；极好的显示响应时间：反映实时数据的画面在3秒内响应；面向工艺的交互式显示结构：不需要软件知识；严密的口令系统：具有多级操作员口令字及严格的功能限制；用户图形界面汉化：汉字采用GB标准码，提供多种矢量字体及输入手段。6.4.3操作模式调度员操作模式画面调看、工况监视人工置数进行有关参数的修改、设置有关指令的下发打印输出报表，事件打印，画面拷贝程序员操作模式（系统运行维护及开发员）值班员工作模式中的前三项数据库的生成和修改，并在线传输系统设备管理源程序的再开发在线计算运行方式人员操作模式画面调看、工况监视运方画面编制及网上传输应用软件的运行与操作其他人员操作模式：仅为画面调看6.4.4 画面要求根据水库调度运行的需要，画面的种类主要有以下几种：水电厂水库运行状况、机组运行工况及电网水电运行情况；网络拓扑图，并在图上动态显示主要设备的工作状态；显示相关计算机系统运行工况；水电厂流域水系图及测站分布图，并在图上动态显示各测量站的实时水位、雨量、流量等数据（GIS）；水电厂大坝横向剖面图，并在图上动态显示上、下游实时水位等信息；水电厂大坝纵向剖面图，并在图上动态显示上下游实时水位、机组出力、闸门运行等信息；选定时段的水电厂水文数据分析图表，包括流域雨量等值线、水位过程线、流量过程线、水文预报过程线、调洪演算结果等；流域综合图。综合反映各厂的水库主要运行特性，包括：流域平均降雨图、预报入库流量、坝上水位过程线、坝下水位过程线、入库流量过程线、出库流量过程线、发电流量过程线、泻洪流量过程线等；弃水调峰损失电量分析结果图表；水电厂（水库）运行考核结果及分析比较图表；选定时段雨量、水位、流量等参数与另一时段该参数及预报成果的综合比较图表；电厂分中心越限报警表，异常报警表、事故报警表；水调自动化系统运行工况图、网调中心站及系统配置图、管理画面、系统性能监视画面；标准的数据库记录显示表和数据库结构显示表；水电厂实时一次接线图（水工、电气设备）及实时动态数据显示与网络自动着色；画面显示；气象卫星云图；其它画面，如：趋势曲线画面、各种应用分析画面等。调用方式特殊功能键调用（包括单键和复合键）；菜单调用：对所有画面均能以菜单方式，用键盘光标键或鼠标方便地调用；画面名调用；序号方式调用；翻页方式调用；自动翻页方式调用；按自动缩放切层调用。画面刷新画面上动态点的刷新应有两种方法：周期性刷新（周期用户可调）；强制性刷新。画面数据显示更新周期可由用户自己定义画面格式所有画面采用同样的基本结构，建议采用类似Windows环境下的画面格式，包括：窗口边界，标题栏，最大化、最小化、恢复和关闭按钮窗口，滚动条，状态栏，应用区域等。6.4.5安全监视调度人员依靠人机工作站，通过彩色CRT及大屏幕投影，可直接监视流域内各测点数据实时变化、大坝前后的水位流量变化、水电站水库运行（包括机组、闸门