数字化水电站的实现思路与发展策略

电力18讯：    作者：张勇传　周建中　

     1　数字化水电站建设的意义
     新能源和再生清洁能源的开发利用研究是能源可持续发展的重要战略方向，关系到政治、经济和社会发展以及生态环境等诸多方面。随着矿石燃料能源的大量采用，引发了资源趋向枯竭、环境严重污染、影响经济和国防安全等重大危险，成为涉及国际关系中许多冲突或突发事件的焦点。水电能源可持续发展问题已经成为主导国家关系、影响国家能源安全、制约国家国民经济发展的重要问题。能源结构如何趋于合理化，使再生和清洁能源的开发、转换、传输及其与传统能源互补的稳定与优化运行问题的重要性突现出来。在可持续战略能源高效利用的研究与开发中，一个极富挑战性的问题是如何实现流域大范围水患灾害防治和水电能源最优规划、开发、运行和管理，从而使水电能源系统在现实世界中最优运作。与这一目标相联系的关键问题在于探索流域水电能源复杂巨系统运行机理和揭示其自然规律，尤其是通过河网水系中水电站物理特征的描述，实现河网水系信息要素的网络化，以解决未来流域水电能源开发利用过程中存在的重大科学和技术问题，从而在根本上消除有限能源资源日益严重紧缺和对环境污染的困扰。我国矿石燃料能源资源的利用面临着严峻的形势，不合理的能源结构、转换和利用效率不高、环境污染等严重影响着国民经济的可持续发展。因此，使我们不得不在战略的高度重新审视可持续发展中的能源问题，而水电能源及其数字化工程是未来流域和跨流域联合开发的前瞻领域。面对未来能源形势的挑战，必须高度重视可持续战略性能源、尤其是水电能源的合理开发、高效利用以及流域水旱灾害防治，为我国能在复杂的国际环境中持续、稳定、健康发展奠定坚实基础。
然而，迄今为止，数字流域工程的复杂性研究及其关键科学问题的认识和理解仍存问题，都还有许多亟待研究的理论和急需解决的科学与技术问题，特别是水电站信息化建设的进程涉及许多理念和技术，必须对其进行深入系统研究。数字化水电站的研究与实践，必须通过科技创新，使其不断发展、完善、优化，满足未来社会发展对水电能源资源的需求，满足环境保护的要求。因此，数字化水电站的建设是一项十分紧迫的任务。
重视对水电能源问题的科技创新，是世界工业发达国家科技政策的基本内容。数字化水电站的实现，正是针对全世界共同面临的可持续发展问题以及国家重大需求而建设的。在国内，水电企业正面临着前所未有的深刻变化：电力市场化、业务流程重组、管控一体化等，这些变化改变了水电厂企业运作的规律；另一方面，新技术不断涌现并迅速应用于发电企业，如现场总线控制技术、信息技术等加速了水电站信息化建设的步伐。可见，采用信息技术提升水电站竞争力时水电站发展的必由之路，数字化水电站的建设具有重要的战略意义。
     2　数字化水电站建设的内涵
     作为国民经济的关键部门与基础产业，我国电力行业近年以"厂网分开、竞价上网"、打破垄断、引入竞争等为核心内容进行了改革，新的市场竞争机制逐步建立。电力行业信息化进入门槛高的问题已经从政策体系上慢慢缓释，使众多IT厂商看到了希望。毫无疑问，信息化将成为我国电力行业实现跨越发展的高速路，而在这条高速路建设的过程中，谁来充当信息化的新引擎呢？很显然，由于我国水电开发的规模和特点，以及以西南巨型水电站群为中心的水电与全国互联电力系统的逐步形成，使得数字化水电站的地位和作用凸现出来。
国内数字化技术的广泛使用，尤其是在水电能源领域的应用，尚处在起步阶段。我国的水电建设已经具有相当大的规模，设计、建设了一批世界级的大型水利水电工程，但与国际先进水平的差距表现在：水能资源的开发程度低，防灾减灾手段弱；进行流域梯级最优规划及优化调度的工作尚不普遍和深入，尤其是数字化技术与先进国家差距较大；在大型水电站控制以及安全经济运行采用先进的数字化技术等方面的问题更急待发展和开发。
数字化水电站是以网络为基础、水力联系和电力联系为纽带、能源转换控制设备为载体、安全经济运行为目标，融合仿真、控制和信息三位一体技术实现水电站的运行控制和管理，一般要求具有5大核心功能:：过程监控、优化分析、操作指导、事故诊断、负荷分配。数字化水电站采用流程工业的CIMS理论来设计数字化水电站的体系结构，在水电站先进控制系统和安全高效的网络平台、数据库平台基础上，基于国际最新的理论和研究成果整合电厂管控一体化系统，用先进的管理思想和信息技术对电厂的经营和生产管理系统进行全面设计，使信息技术与工业技术、管理技术全面融合，全面提升水电站的生产和管理水平，增强企业竞争力。
     2.1　数字化水电站设计思想和层次结构
     通过对CIMS企业通用模型的研究并结合水电站的实际情况