智能水电厂研究与实践

集中运维平台 全景展示 大数据分析 公众互动 网络信息安全监管
技术研究 - 智能设备
智能设备 = 主设备 + 智能组件；
安全I区 集中实时监控
独立智能电子装置（如合并单元）；
符合IEC61850建模规范； 具备GOOSE/SV/MMS接口。
操作员站 操作员站
应用 应用 服务器 服务器
科学规划联动模式及联动策略，由一体化管控平台以及各需要联动的子系统间
通过联动信息的交互解析实现生产实时监控及调度、工业电视、巡检、五防、消防
等系统的联动，提高操作的可靠性、安全性以及工作效率。 联动是广泛关注的水 电厂智能化内容
五防系统
联 动 客 户 端
巡检系统
联 动 客 户 端
联动服务器 门禁系统
通信 通信 服务器 服务器
工程师站 工程师站
工程师站 工程师站
工程师站 工程师站
工程师站 工程师站
机组LCU
励磁
厂站层
MMS共享总线 双网
调速 器
公用、开关站LCU
振摆保护
新增、改造现地设备
GOOSE+SV 共享总线 双网
智能网桥
智能接入 单元（震 动、气隙 等信号）
1 1 …… …… N N
合并单元
建立综合利用水情气温、大坝变形及渗流、边坡表面和深部位移等信息的工程安
全管理智能应用，为准确、快速对大坝及边坡工程安全状态进行评估和决策提供科学 依据，提升电厂工程安全管理技术水平。 大坝、库岸、边坡 整体分析评估
大坝安全管理
一体化平台
工程安全 监测设备
WEB service 协议
上级管理部门 监控中心
全可靠、经济高效、友好互动目标的水电厂。
——电力行业标准《智能水电厂技术导则》
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
技术研究 - 业务特点
技术研究 - 体系架构
安全I区 经济运行系统 自动发 电控制 自动电 压控制 经济调 度控制
中 长 期 水 文 预 报
智能应用组件
洪 水 预 报 发 电 计 划 防 洪 调 度 风 险 分 析 节 能 考 核
时序 数据 库 历史 数据 存储 历史 数据 访问 通讯 采集 前台 语音 模块 报表 模块 组态 运行 展示 监控模块 一体化平台框架 历史 查询 对 象 阀 值 流 程 脚 本 对 象 流 程 对象组态 报警模块 运行展示
检工作效率。
实时 数据 库
语音 报警
阀值 比较
脚本 流程 趋势 报警 指标 计算 对比 分析 发布 计算 报警模块
智能终端
新增智能 传感器
1 1 …… …… N N
1 1 …… …… N N
1 1 …… …… N N
智能分布式PLC
发电机层
传统信号接入（开入、开 出、模入、模出、温度等）
智能接入 单元（震 动、气隙 等信号）
1 1 …… …… N N
合并单元
智能终端
新增智能 传感器
1 1 …… …… N N
1 1 …… …… N N
反向同步
反向同步
集中式/分布式灵活部署方式 数据中心之间双向自动同步 实时库/历史库统一访问接口 商业数据库接口一致性封装 通信链路/同步通讯状态监视
技术研究 - 一体化管控平台
专业应用 一体化应用 基础应用
统一的应用服务接口
基础服务
数据中心
统一的数据访问接口
实时数据库 分布式、跨平台HSCB 历史数据库
数据中心
物理隔离
一体化平台
生产管理系统
数据中心
水电标准通信总线 DL/T 890(Web Service)
消防系统
水电标准通信总线 DL/T 860(MMS)
主 设 备 状 态 监 测
水电标准通信总线 DL/T 860(MMS) 水 情 自 动 测 报 大 坝 安 全 监 测
水电标准通信总线 DL/T 890(Web Service)
2017.7，国务院发布《新一代人工智能发展规划》
2017.12，工信部发布《促进新一代人工智能发展三年 行动计划（2018-2020年）》
发展背景 – 预期目标
实现业务协同 互动 避免系统重复 建设 提高优化决策 能力
消除应用系统 孤岛
目 标
优化生产管理 水平
智能水电厂
提纲
1 2 3 4
发 展 背 景 技 术 研 究
和车辆的位置及移动轨迹实时监控，并与门禁、
视频监控系统联动，实现人员车辆智能化出入管 理和违规行为报警。
全景信息展示
政 府 机 构
水 电 工 程
电 站 运 行
流 域 调 度
设 备 检 修
生 产 管 理
公 众 互 动
网络信息安全监管
技术研究 - 业务体系
1
智能电站
2
智慧调度
3
智慧工程
智能传感器 智能电子装置 一体化管控平台 经济调度控制 多系统联动 智能巡检（RFID、机器 人巡检、无人机、无人 船） 智能报警 智能照明、通风 人员、车辆定位 智能工器具管理 环境、水质监测
联 动 客 户 端
工业电视
联 动 客 户 端
联动方式
现地硬接点联动 联动交换工作站 一体化平台联动
消防系统
联 动 客 户 端
生产管理
联 动 客 户 端
监控系统
联 动 客 户 端
业务体系 - 三维GIS展示分析
静态数据查询与管理 动态数据查询和展示 调度运行过程动态模拟 可视化在线事故预警 生产管理空间分析支持
1 1 …… …… N N
智能分布式PLC
水轮机层
传统信号接入（开入、开 出、模入、模出、温度等）
智能接入 单元（震 动、气隙 等信号）
1 1 …… …… N N
合并单元
智能终端
新增智能 传感器
1 1 …… …… N N
1 1 …… …… N N
1 1 …… …… N N
智能分布式PLC
尾水层
传统信号接入（开入、开 出、模入、模出、温度等）
单 元 层
继 电 保 护
稳 定 控 制
现 地 控 制
调 速
励 磁
……
智能测控设备
水电标准通信总线 DL/T 860(GOOSE,SV)
……
工 业 电 视
消 防
……
水电标准通信总线 DL/T 860(GOOSE,SV)
过 程 层
合并 单元
智能 终端
辅机 控制
智能 传感
智能 传感
技术研究 - 业务体系
背景概述 – 行业发展(必要性)
提升企业管理水平的必然要求
数字电厂
智能电厂
智慧电厂
集约化管理
生产控制 工程建设
产业升级、两化融合
智慧流域 两型两化
数字化智能型电站、信息化智慧型企业
•精细化运行调度 •精益化运营管理 •精准化分析评估
背景概述 – 新兴技术发展(可行性)
新兴技术进入产业化应用
2015年，“大数据元年”
智能接入 单元（压 力脉动、 噪声、震 动等）
1 1 …… …… N N
合并单元
智能终端
新增智能 传感器
1 1 …… …… N N
1 1 …… …… N N
1 1 …… …… N N
技术研究 - 数据中心
安全I区
正向同步
安全II区
正向同步
管理信息大区
多主题
数据中心
防火墙 防火墙
数据中心
物理隔离
数据中心
系统性能多样化图、表统计分析
计算机安全监测（系统安全加固 、防病毒软件） 向系统自治维护管理拓展
业务体系 – 智慧巡检、智能报警
智能巡检 通过RFID技术和无线通信网络，实现智能化 的人工巡检系统，并结合无人机、无人船、巡检 机器人的应用，实现流域全线全覆盖的智能化立 体式巡查管理，提升巡检工作的便捷性，提高巡 智能报警 业务逻辑报警 控制流程报警 系统关联报警 设备运行趋势分析 故障处置指导
标 标 准 准
发展背景 – 国家政策(必要性)
落实国家发展战略的必然要求
2016年2月，国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合 发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》。
“互联网+”智慧能源是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以 及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、 信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。
水电站(群)运行趋势分析
水电站群经济调度控制(EDC) 水电站自动发电控制(AGC) 水电站厂内经济运行 预报精度评定 次洪管理 水电协同 风险量化 场景自适应 精细化调度 多元信息融合
业务体系 - 主设备状态检修
采集、分析并诊断水电
厂主设备状态数据，为设备 状态检修提供可靠的技术保 障，提升水电厂设备安全管 理水平。 设备对象建模 设备监测分析
工 程 实 践
发 展 展 望
技术研究 - 内涵定义
适应智能电网源网协调要求，以信息数字化、通信网 络化、集成标准化、运管一体化、业务互动化、运行最优 化、决策智能化为特征，采用智能电子装置（IED）及智
能设备，自动完成采集、测量、控制、保护等基本功能，
具备基于一体化平台的经济运行、在线分析评估决策支持 、安全防护多系统联动等智能应用组件，实现生产运行安
智能水电厂研究与实践
南瑞集团有限公司 2018.11
提纲
1 2 3 4
发 展 背 景 技 术 研 究
工 程 实 践
发 展 展 望
发展背景 – 面临的问题
内部因素 外部因素
系统架构
业务需求
精 细 化 运 行 管 理
集 约 化 生 产 管 理 智 能 电 网 智 能 变 电 站
技术发展
IEC61850 IEC61970 资金投入多；建设工期长； 可靠程度低；优化决策难； 检修费用高；维护管理累。
2015.7，国务院印发《关于运用大数据加强对市场主体 服务和 监管的若干意见》 2015.8，国务院发布《促进大数据发展行动纲要》 2015.11，“十三五规划”首次提出国家大数据战略
2017年，“物联网商用元年”
2017.6，工信部发布《关于全面推进移动物联网（NBIoT）建设发展的通知》
2017年，“人工智能产业元年”
信息交互 综合处 理结果 WEB 应用
全站式系统组态 数据库、UI全新设计 自动化文案 智能业务挖掘
工程安全 监测设备
大坝安全信 数据中心 息管理系统
运行 信息 综合处 理结果 综合处 理结果 辅助决 策系统
工程安全 监测设备
现地监测站
监测中心
上级管理部门 安全监控中心
业务体系 - 安防联动管理
设备状态评价
设备风险评估 设备故障诊断 水电主设备 重要的二次设备
数据 获取 数据 处理 监测 预警 信息展示与消息发送 状态 诊断 状态 分析 状态 评价 预测 评估 风险 评估 决策 建议
设备管理模型
数据服务总线
监控系统
在线监测系统
人工检查
试验
生产管理系统
其他系统
业务体系 - 工程安全管理
特征 抽取
关系 库
监控模块 后台 一体化平台后台
业务体系 – 智慧照明、定位
智能照明、通风 人员、车辆定位
通过物联网技术和智能控制器，构建厂内照 明灯具、通风供暖设备的分布式监控系统和综合 管理平台，实现相关设备的预定义设置、自动启
基于RFID的电子标签和定位技术，为厂内工 作人员、访客、车辆配置身份识别卡，实现人员
风光功率预测 水风光互补调度（相似情景识别） 流域生态调度 趋势预测与自调整（计划修正建议） 调度风险分析（风险量化、敏感性分 析） 电力市场竞报价
可视化设计、施工 施工质量 工程安全监测 施工期监测 强震监测
4
智慧检修
5
智慧管理
主设备状态监测 状态检修 检修仿真 备品备件管理 资产管理 工器具管理
水 文 预 报 精 度 评 定
安全II区
保 护 信 息 管 理
管理信息大区
大 坝 安 全 评 估 防 汛 决 策 指 挥
主 设 备 状 态 检 修
厂 站 层
电 能 量 计 量
故 障 录 波
……
安 全 防 护 管 理
防火墙
……
WEB发布
……
工业电视系统 网管系统
一体化平台 数据中心
一体化管控平台 防火墙 一体化平台
基础规范
技术研究 - 一体化管控平台
计算机监控应用
水调自动化应用
多业务综合报警
状态监测应用
大坝安全监测应用
多业务WEB发布
业务体系 - 水电站经济运行
洪水预报 短期水文预报 中长期水文预报 水电站(群)发电优化调度 水电站(群)洪水优化调度 水电站(群)调度风险分析 水电站(群)节水增发电考核
与BIM，AR/VR等技术相结合
业务体系 - 防汛决策指挥
防汛全业务流程支撑 汛前部署、汛中指挥及汛后总结 暴雨中心移动路径分析与预测
可视化人员物资优化调配
预案演练与在线应急指挥支持 防汛会商全过程管理支持 向全流域应急指挥系统拓展
业务体系 - 信息通信综合监管
各计算机运行性能监测（ CPU负 荷、磁盘空间占用等） 网络设备状态及带宽占用监测 信道（网络连接和串口状态）状 态监测 资源监视越限报警