中小型水电站网络监控系统的仿真设计

Value Engineering
0引言
水利水电工程是中国重要的基础设施和基础产业。

水电站是其中的重要组成部分，它能将水能转换为电能。

加强水电站的监控，能够帮助我们加快江河治理、优先发展水电、开发利用水能—清洁再生能源，以及水资源优化配置。

而随着信息技术的发展，水电站信息管理智能化已成为当前的主要发展趋势。

1中小型水电站网络监控系统的仿真设计现状
目前市场上有很多种关于水电站网络监控的虚拟仿真系统。

它们大多数是利用计算机仿真技术模拟真实水电站的生产过程，并提供真实的培训环境（水电站中央控制室）的现代化数字仿真培训系统。

通过该系统，可对学员进行：水电站正常工况运行操作过程培训；水电站异常工况运行操作过程培训；水电站紧急事故工况处理操作培训；水电站计算机监控系统培训；水电站生产过程运行知识与专业理论培训，学员可以在较短的时间内掌握并熟悉水电站运行操作和事故处理。

虽然，根据经验表明，该系统对于保证电厂及电网的安全可靠运行大有裨益，但也存在一定的缺陷。

一方面：它们大多只能用于培训，经济效益不明显；另一方面：无法对水电站中的各种水文参数进行实时更新，而这些参数（如：水温变化、水质变化、水位变化等）对于水电站的工程管理具有明显的意义。

因此，设计一套能够实时监控水电站各水文参数的网络监控虚拟仿真系统就显得很有必要了。

2中小型水电站网络监控仿真系统构想不同水电站由于水能来源、水源性质、调节能力等的不同，使得其系统结构也不尽相同。

因此，在设计水电站的网络监控模拟仿真系统的时候，要根据各水电站的具体情况，综合考虑水电站在电力系统中的重要性、水电站的运
行管理方式、
水电站建设资金状况、水电站周围帝力环境的影响、水电站与其他系统的关系等因素。

对于某些中小型水电站而言，因为规模相对较小，所要实现的功能也较为简单，投资额也不高，因此，可尽可能地采用简化配置方式。

水电站是一个综合工程设施，通常由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等
组成。

要想实时监控水电站各水文参数，
就需要全面掌握水电站各相关环节的动态变化。

首先将现实中的水电站进行三维虚拟化，将水电站及周边地形地貌以电子沙盘的形式呈现出来，并将历史水文数据和规划数据也存储到系统中；然后对水电站的进水闸、蓄水体、排水闸、坝体及其水温、水质、水位等的变化进行监控，最后对各参数进行汇总，并传送至监控中心，实现多台联网监控设备集中管理控制，达到同时监看多个前端，各前端报警自动上传及中心联动等功能。

3中小型水电站网络监控系统的仿真设计
本系统的核心就是要实时掌控水电站内水体的各种水文参数变化，具体包括水温变化、水流量变化、水质变化以及水位变化。

其中对于水温变化的监控可以由传感器来实现；至于水质变化的监控则相对复杂些，需要通过相关化学实验来验证，通常在没有污染源的情况下，水质不会有太大的变化；水流量变化与水位变化的监控，可同时通过对水电站中入库和出库的水量的监控来实现。

水电站中入库的水主要来自于上游水的流入和大气降水，出库的水
主要用于放水及居民生活、
生产用水；自然环境中，降水可视为入库水，水的蒸发可视为出库水。

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—作者简介：邹欢（1980-），女，贵州铜仁人，讲师，硕士，研究方向
为电气自动化。

中小型水电站网络监控系统的仿真设计
Simulation Design of Small and Medium-sized Hydropower Station Network Monitor System
邹欢ZOU Huan ；张雪萍ZHANG Xue-ping ；黄兆波HUANG Zhao-bo ；
张毅杰ZHANG Yi-jie ；杨彦鑫YANG Yan-xin
（云南农业大学工程技术学院，昆明650201）
（Yunan Agricultural University Faculty of Engineering and Technology ，Kunming 650201，China ）
摘要：水利水电工程建设周期长、投资大、协作部门多，受自然资源、地形、地质、水文气象条件的影响很大，因而设计一套网络
监控系统，对历史水文数据和规划数据进行储存、模拟和分析就显得很有必要。

本文首先简单分析了目前水电站网络监控系统的仿真设计现状，然后对中小型水电站网络监控系统的结构及具体设计方案进行探讨与分析，最后就其应用前景进行展望，以供同行参考。

Abstract:Water conservancy and hydropower project construction period is long,large investment,many cooperation departments,and is greatly impacted by natural resources,topography,geology,hydrology weather.So designing a set of network monitoring system is
necessary to the historical hydrological data storage,simulation and analysis.Firstly,this paper analyzes the present situation of hydropower station network monitoring system simulation design,and then analyzes the structure and specific design program of small and medium-sized hydropower station network monitoring system,and finally discusses the application prospect,providing the reference for colleague.
关键词：中小型水电站；网络监控系统；仿真设计；水利水电
Key words:small and medium-sized hydropower station ；network monitoring system ；simulation design ；water conservancy and hydropower 中图分类号：TP39文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）33-0199-02
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价值工程
3.1设计原则中小型水电站网络监控系统的仿真设计，必须要根据水电站原有设备的要求进行设计。

监测站按照“无人值班、少人值守”的目标进行设计，水闸（泵站）监控采取常规就地监控与远程监控相结合的模式，以远程监控为主。

监控站监控系统综合利用成熟的工业控制技术、传感技术、数据传输技术以及计算机技术，建立先进的控制系统，提高工程的安全性、可靠性，充分发挥工程效益，促进工程管理的科学化、现代化。

监控站监控系统在充分考虑安全性和可靠性的前提下，实现闸门和水泵运行信息的准确实时采集，实现各水文数据的实时监控。

3.2监控方式及系统构架监控方式：所有检测仪表的信号（如：电量、水位计、温度等）送至水利监控站的PLC 控制和低压（仪表）等柜。

由PLC控制和低压（仪表）等柜对各水泵电机机组、闸门（阀门）及配电设备进行监控。

水利监控站设置通信设备（光端机），PLC柜配有以太网接口，通过光缆直接和监控中心交换机连接。

系统构架如下：用入口闸口开度传感器对入库水流量（Q入）进行监控；用相关设备对水电站水位（H）、降雨量（R）、蒸发量（Z）、水温（T）以及水质（W）进行监控；用灌溉开度传感器对农田灌溉水流量（Q灌溉）进行监控；用用水开度传感器对周边居民用水量（Q居民）进行监控；用出口闸口开度传感器对出库水流量（Q出）进行监控，最后将这些数据上传至某一水电站的监控中心，以此掌握各水文数据的实时变化。

水电站的水位监控模式如下式所示：dH
d(t)
=ε（Q入-Q出-Q灌溉-Q居民）+ηR+VZ；本公式所表示的是水电站在某一时间内的进水量、出水量对闸口开度及水电站水位的影响。

公式中ε、η、V为各级水闸阀门的开度，其取值范围为0至1之间。

根据该公式，通过windows xp3操作系统，采用Visual C++6.0语言作为开发工具来实现该仿真系统，Visual C++6.0是一个功能强大的可视化软件开发工具，以拥有“语法高亮”，自动编译功能以及高级除错功能而著称，这些特征明显缩短程序编辑、编译及连结的时间花费，在大型软件计划上尤其显著。

具体流程如图1所示。

本系统还采用SQL Server2000作为后台数据库管理系统，SQL Server2000关系数据库引擎支持当今苛刻的数据处理环境所需的功能，数据库引擎充分保护数据完整性，同时将管理上千个并发修改数据库的用户的开销减到最小，具有使用方便,可伸缩性好与相关软件集成程度高等优点。

通过该系统，可实现对各水电站中的编号、水位数据、水入库流量、水出库流量、水蒸发数据、降雨量数据、各闸门开度等数据的轻松处理。

4系统的应用效果
下面我们通过仿真系统的监控结果与水电站实测数据之间的对比，来对本设计的应用效果进行说明，为证明本设计的广泛应用性，特对某地区的三个水电站进行实时监控。

所得数据如表1所示。

通过对比可知：仿真系统的监控结果与实测数据十分接近，误差较小，且具有明显的安全、可靠、经济、实用等特点，可在各类中小型水电站中广泛应用。

它对于保证水利资源的合理利用（如：解决防洪抗旱、水利监控等问题以及水资源调度等）有很重要的意义，能使水电站在保证电能质量的基础上，全面实现安全、满发、经济、多供的要求。

5结束语
水属于清洁能源，具有无污染、成本低、效率高、可再生等优点，是眼下世界各国所普遍优先开发的资源。

而我国又属于水力资源丰富，却未充分开发的国家，因此，促进各类水电站的自动化和远动化已成为我们水利部门的重要任务。

本文所设计的网络监控虚拟仿真系统采用了先进的计算机软件技术，结合了Visual C++6.0以及Sql Server 2000进行综合混编，实现了对各水文参数的实时、有效监控，这对于帮助中小型水电站提高水资源利用率和经济社会的综合效益有较明显的作用，值得我们大力推广。

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1号水电站
2号水电站3号水电站
参数
单位
监控结果
实测数据
入口
流量
t/h
1238
1203
相对
水位
m
13.6
13.8
出口
流量
t/h
1242
1248
入口
流量
t/h
1108
1133
相对
水位
m
9.8
9.3
出口
流量
t/h
1135
1107
入口
流量
t/h
1302
1350
相对
水位
m
10.6
10.9
出口
流量
t/h
1381
1330
表1
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