新一代清江智能对象化水电调平台构想

黄 帆

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌443000）

1 概述

清江梯级智能对象化水电调平台是将现有的对梯级电厂设备控制、监视、调节的电调监控系统和水库调度作业、洪水预报与演算、水情预警、闸门操作等水调作业系统进行整合，实现在同一平台对水、电调各种业务的统一控制、调节、作业、监视和预警，对梯级电厂的调度运行进行经济优化的演算、评价、决策，提供最优的运行方式。为解决多业务、多控制对象的数据组织和人机交互问题，系统从底层业务数据组织到业务对象的界面组织均采用了对象化的组织方式。在具备统一平台之后，随着值班员的业务对象大量增加，为更好的减轻运行监视、系统维护人员的劳动强度，减少人员出错概率，提出了系统智能化目标。清江梯级智能对象化水电调平台采用中水科的H9000 V6.0系统，该系统是在吸收中水科已有系统经验基础上按清江智能对象化水电调平台设计要求全新设计开发的系统，实现了水电调及其他业务的统一平台，从底层数据建模到界面组织均采用面向对象技术，系统采用开放的面向服务的SOA架构。

2 多业务一体化平台

清江梯级智能对象化水电调平台在项目启动之初主要目标是整合水电调业务的支撑平台，即对清江梯调中心电力监控调度、水库调度、洪水调度及优化决策等应用采用统一的系统平台，由系统平台实现统一的人机交互界面、数据管理与同步、报警、系统与应用管理,采用开放的面向服务的SOA架构，提供规范的应用开发接口。

统一的人机交互界面，平台人机交互界面分两部分来实现，在控制大区采用C/S方式，在管理信息大区采用B/S方式。所有应用的人机交互均在系统统一界面实现，控制大区C/S界面支持组态式接入第三方应用，第三方应用只需专注于服务功能的开发，不需要花费大量精力进行繁琐的界面开发。

统一的数据管理与同步，平台提供统一的实时数据库和历史数据库存取接口，系统可以根据需要自动同步实时和历史数据到其他安全分区，在网络或历史数据库故障时自动缓存到本地硬盘。系统可以挂接多个数据库系统，数据库可以是关系库或非关系库系统，数据存储安排由用户配置管理。

统一的报警处理，平台提供统一的数据处理和报警总线，系统完成第三方应用的报警接入和报警跨安全区传输。系统所有报警均可以在操作员站进行报警，由值班人员统一进行确认和处理。

系统统一事件编号和统一场景，界面显示信息严格保持一致。在界面重启或网络中断恢复后界面显示的信息与正常运行的界面完全一致，其他应用和界面重启后可及时获得全部的最新数据。

统一的日志管理系统，系统平台提供给系统软件和第三方应用软件统一的日志接入服务，实现日志的本机存储和远方查看。

统一应用管理，系统应用与第三方应用纳入统一管理，应用的启动、硬件资源分配、诊断均由系统统一配置和管理。

采用开放的面向服务的SOA架构，提供规范的应用开发接口框架，确保按规范开发的第三方应用可以即插即用，且可以由系统进行管理。系统提供了数据库接口、界面、日志、对象化配置、服务管理等接口，确保应用服务只需专注于功能实现，开发完成后可以在平台即插即用和纳入系统管理，应用可以灵活的在任意安全分区部署。

智能对象化平台与基于IEC61970标准平台的区别；IEC61970标准调度平台基于IEC61970标准规定的公共电力系统信息对象模型和组件接口，实现了数据库与对象映射，提供相应的数据访问接口（实时、历史、事件）；由于水电厂和水库调度相关业务复杂，没有确定信息模型和组件接口标准，因此清江智能对象化平台的实现不限于某种具体信息模型，而是支持任意对象化模型，对象化模型采用组态式管理。系统支持IEC61850、IEC61970等面向对象的模型，提供人机交互、数据管理与同步、报警处理、应用管理等公共功能的实现，提供第三方应用开发框架（含数据存取、服务调用、报警接口、应用管理等必须功能的实现）。

3 对象化建模

清江梯级智能对象化水电调平台充分吸收了IEC61850、IEC61970标准的面向对象的建模思想，数据模型、人机交互模型、应用模型均采用对象化的思路构建。

对象化数据模型，实时数据库底层支持对象数据存储，支持动态追加对象和对象属性，历史数据支持可定义的多数据库存储，支持对象数据到历史库的映射。

对象化人机交互界面，界面采用了对象化的组织方式，每个对象根据需要展示对象属性、关联操作、对象报警提示与处理，每个对象可根据对象状态进行多态切换，在不同的态切换不同的显示方式和关联操作。

对象化报警，报警采用对象化驱动及处理，即报警事件产生后驱动相应对象进行提示，处理时只显示相应对象的报警事件。

系统应用对象化模型，所有的系统应用均建立对象化模型，含应用的实时状态、运行管理、配置信息、功能接口信息等，应用调用客户端可以根据应用对象信息获取当前可用应用，按功能接口信息访问相关功能，系统根据应用状态实时调度应用、监视应用运行和分配资源。

系统平台软硬件资源对象化，系统平台软硬件资源均有相应对象模型，系统周期采集软硬件资源信息，实时更新实时对象数据库。

系统所有的配置、关系均采用对象化配置方式进行管理，可以导入和导出XML格式的对象定义文件。

4 先进的智能化平台

智能化主要目的是用智能软件代替人的部分劳动，减少人为出错和减轻值班人员的劳动强度。清江梯级智能对象化水电调平台主要包含智能报警、智能设备运行监视、系统智能诊断、智能维护等功能。

智能报警是清江梯级智能对象化水电调平台最主要的公共智能功能，智能报警软件在设备报警产生时自动根据设置的策略，综合设备的状态、运行趋势、需人工干预的紧急程度和事件后果动态确定报警级别，报警级别最高为紧急事件，随后是事故和故障，不需要确认处理的事件为一般事件。

智能设备运行监视，该智能功能主要是对设备运行过程和运行趋势进行监视，用户可根据经验和需要制定设备智能监视策略，代替人员实时对设备进行监视，发现故障或异常趋势时及时报警，用于指导机组运行和进行运行诊断。

水库水情智能运行监视是根据水库调度业务特点定制的智能服务，该服务综合气象预报、水库入流预报、发电计划等影响水库安全运行的相关要素，在相关要素波动导致影响水库安全运行时自动报警，具有关键因子敏感性分析（安全裕度）功能和水库调度仿真演算功能。

系统智能诊断，所有的硬件（含计算机硬件、网络设备等）、软件服务均建立相应的诊断对象模型，诊断数据作为系统基础数据采集，由智能诊断软件进行诊断和分析；智能诊断对应用进行智能管理，在应用失效、相关数据失效时应对相关数据进行标记、预警与隔离；具备硬件资源（CPU、硬盘、风扇等）监视预警、网络资源监视预警功能。

智能维护工具主要完成数据库、图、通信、配置、高级应用等所有应用对象的引用关系管理，在相关配置发生变化时根据引用关系提示维护人员重新确认应用配置。例如，机组有功点变化后需通知引用该对象点的应用(AGC、上送电网的通信程序、画面、水库调度等），相关应用均需要重新确认配置。

与电站自动对点，通过扩展IEC60870-5-104规约备用数据类型，构建基于IEC60870-5-104规约自动对点协议，自动完成电站与集控的自动对点。

5 其他功能介绍

界面支持图表联动和曲线预警显示，在查看事件和趋势曲线时，自动无缝过渡到历史数据。

操作与相关功能的自管理，系统软件模块具备操作管理功能，如AGC服务对指令分配与执行全过程管理，从接收指令进行分配，到下发到机组和机组执行过程进行全过程管理，在执行失败时报警并指定策略采取相应措施，生成统计和评价指标，如调节时间、速率。

历史库支持采用NSQL的MongoDB数据库，其优点是数据存储不需要固定的模式，易存储对象类型的数据；高性能，高可用性和可伸缩性，可支持多副本集，确保数据可靠，在性能和存储空间不够时可以动态低成本的扩展。

系统安全方面，系统在设计时，支持多重权限认证，且系统数据库不直接对用户开放，用户通过系统服务存取数据；平台预留系统内数据加密传输接口，可保证内部数据采用加密传输，提升系统整体安全水平。

系统实时数据采用命名访问，实时数据库支持动态加载，系统配置在部分更新、编辑时不影响也不中断系统数据访问，实时数据库支持对象动态扩充。

高速实时数据库系统，支持单线程每秒百万级数据点的读写，由于采用不加锁读写，多线程时不影响单线程的读写速度。

智能手机终端APP软件，终端软件支持通过调用相应服务完成终端功能，通过优化界面来重构手机应用，可推送相关预警信息。

6 结语

现在H9000 V6.0系统已基本开发完成，该系统投入运行后，会极大地提升清江梯调水电调系统的技术水平，成为清江电力生产的数据平台、生产监控平台、智能决策平台。

该系统平台规模扩充简单廉价，其实时数据库系统效率极高，性能强大，可用于水电厂、光伏电站和风电等可再生能源电站，特别适合大规模的可再生能源集中控制中心（如流域集控、光伏集控或多类型资源集控），可随着接入集控目标增加不断扩充系统规模，保护用户的投资。

该系统平台具有数据管理功能强大、实时与历史库性能优良且扩展性强、应用开发简单便捷、支持任意对象化模型等优点，除了可用于水电调等可再生能源调度控制平台外，还可以作为其他应用系统的数据采集、管理和应用支撑平台，可使开发人员主要聚焦应用系统主业务开发，缩短应用系统的开发周期，提高开发成功率。