水力发电智能化现状及发展策略研究

刘永珺，马月姣，陶 卿，杨 艺，汪 伟

(1.华能澜沧江水电股份有限公司，云南 昆明 650214；2.江苏理工学院，江苏 常州 213001)

0 前言

目前，我国逐渐意识到环境保护的重要性并开始响应可持续发展的号召，水力发电在供电系统中的地位开始日益突出。与其他发电方式相比，水力发电使用的能源是水能，为可再生能源，取之不尽用之不竭，不用担心过度使用而导致大量的能源消耗问题，且其能源清洁无污染。因此水力发电是目前发电方式中相对比较安全的发电方式之一。随着技术的不断进步，智能化与自动化系在水力发电上开始逐渐应用。智能化系统的引进使得水力发电效率大幅度提高，可以产生足够的电量用于保障工业生产及居民生活的有序进行。故水力发电智能化及自动化可以在很多方面促使我国水力发电事业的蓬勃发展[1]。

但是由于我国关于水力发电的应用起步较晚、技术不够成熟等，在相关建设上还面临着一些问题，因此，积极推进水力发电智能化工作显得迫不及待，且对国家电网系统智能化建设有着积极的促进作用，本文将对水力发电智能化的应用进行分析。

1 水力发电智能化的优势

水力发电智能化相关设备运行过程中出现的各种不确定性问题以及某些异常感知比操作人员更加敏感、迅速，可以更及时有效地对整个运行系统进行检测、分析和完善，从而降低系统异常状况的发生概率，进一步提升整体设备的运转安全性和效率，为水力发电设备提供安全保障。同时水力发电智能化可以在很大程度上地减少人力资源方面的支出，降低甚至避免因人工操作失误而导致的设备运转不正常现象的发生[2]。

水力发电站大多处于环境比较潮湿的地带，工作人员生活比较艰难，工作效率会因此而下降，而以前水力发电站的仪器设备等都必须依靠工作人员做定期检查和维修。此时利用智能化系统就可以有效规避相关工作人员操作的各种不便利，可以精确有效地监测、检查、维护运转中的设备以及大幅度提升水电站的发电效率，也有利于降低工作人员的疲劳强度，提高水力发电站的综合管理体系等级。

2 水力发电智能化存在的主要问题

水利工程设施在运行过程中会出现一些非确定性的问题和故障，其中大概率事件主要包括电气故障问题、设备控制问题、信号传输问题及人员配备问题等。

发生电气故障问题时我们需要根据不同空间及不同时间节点上用电量的需求情况来布置，在加载电气设备时，要求操作人员格外注意电气装置的布局状态，而电气装置中常出现的错误操作通常是电压的高低及使用不匹配，会有“高压低用，低压高用”的情形，该情形下如果发电设备投入使用的话，容易造成电气设备在运行时出现异常与故障。

设备控制问题也是水力发电系统工作过程中较为常见的问题之一。电气控制设备的主要作用是对整个水电站进行控制，若电气系统的结构层次处置不合理，其对系统分配的电能就会出现异常，这样整个水力发电的效率就会大幅度下降，从而造成浪费。因此水力发电中的电气控制设备运行时，要时刻观察其运行状态。

信号传输问题是指相关信号设备所传递的数据容易受到环境及其他的因素干扰，从而使信号设备在传递或者接收信号时不连续或者直接报错，这在极大程度上会影响设备的精确值，难以执行接收信号中的指令信息，降低水电站的通信效率以至于影响水电站的运行效率甚至是造成水力发电控制系统瘫痪。

遇到人员配备问题时，首先，在操作设备时，操作人员必须掌握系统的运转状况，但很多人员自身技术水平无法满足要求。其次，软硬件运行一段时间后均会出现一定问题，需要对问题进行分析与消缺，优化系统。然而其经常有很多较小的问题得不到及时解决，而逐渐发展成大问题，最终导致整个系统瘫痪[3]。

3 解决水力发电智能化问题的措施

完成水力发电相关设备集成化的改进工作，即为将职能、操控、保养三个主流方向合为一个整体。在智能水力发电过程中常见的集成主要分为两种即目标集成和信息集成，前者指把稳定性、收益、成本控制等分目标总和为一个目标，有利于公司实现以最小成本风险实现最大效益产值；后者把公司的全部信息综合形成一个信息体系，这个体系要确保信息的统一性、互换性、操作性，同时解决不可避免的信息矛盾与冲突。

完成水力发电智能化设备对传统设备的更替，对此企业应当改善、提升整个发电体系及若干子部件的自动化和精确度问题。为使其应用到整个水力发电过程，需从如下几个方面完成改进：第一，用智能化操控代替人工；第二，实现整个系统智能化决策；第三，实现所有设备智能化监控，从而形成整个系统的智能化体系。

完成相关设备人员的合理性分配，只有整个体系科学布局、正确管理，方可使整个系统各尽其能、合理运转。合理布局主要包含两个方面，即自动化布局和职责布局，只有当整个系统信息共享、规律运转、各尽其责、保质保量、方能确保智能化水力发电体系合理运转，保证企业获得整体最优效益。

完成相关设备的运转由禁锢型向开放型转换，即使整个体系能够做到博采众长、利用市场去选择最优的产品、提高相关设备性价比。在智能化水力发电推进过程中及时更换旧设备，增加电子产品、提高自动化率及增加软件新功能、持续强化产品结构，从而大幅度改善水力发电运转效率、提高设备使用寿命。

4 水力发电智能化技术的运用

4.1 水力发电智能化在设备控制方面的运用

智能化水力发电技术中第一个不可或缺的部分是利用计算机完成水电站全方位监测，操作人员利用相关软件将个人电脑或手机与监测设备连接，可以随时获取水力发电设备的运转信息或高清图像，通过软件将其转化为标准化的数据，有助于操作人员对设备进行调整或设置，使其高效、稳定运转。而事实上，水力发电自主监测体系是智能化水力发电的第一步，将设备、人员、操纵、调节有机结合，对提高整个系统的效率至关重要。

4.2 水力发电站智能化中水文信息的自动监控

为及时准确获取水力发电系统中水库数据信息，我们需要采用自主监控系统，比如，利用多相位传感器监测水库的水位、水速等相关数据，再将传感器获得的模电信号转发到智能化水力发电的控制中心，通过中央处理器(Central Processing Unit，CPU)处理接收到的数据信息。控制中心CPU不仅可以对水库水文数据信息作出正确的分析决策，还可以存储其分析处理的全部数据，以供操作人员查找获取。另外，使用自主监控体系还可以用来监测水位信息，在多雨夏季黄河下游经常会发生涝害，而自主水位监测对预防水灾、防止决堤至关重要，正是利用其预报、分析功能，可以减少人力、物力损失。

4.3 水力发电智能化中实时信息自动监控

对于智能化技术在水力发电中的全面推广，最关键的因素就是可以利用监控系统将水力发电的全部仪器装置纳入操作人员的视野范围，提高自检效率。在系统中无论哪个步骤的仪器发生故障，都会将特定报错代码数据传输给智能化监控控制决策中心，决策中心对接收到的报错代码进行综合比对、分析，然后做出相关的调整决策，保证设备及时回归到原本正确的运行状态，对系统的仪器装置提供运行保障。

5 结语

目前，虽然水力发电智能化的应用之路还有一段崎岖，但是通过物联网技术我们可以看到其未来光明前景。所以，无论从国家能源战略层面还是企业发展竞争层面，加大投资力度去研发、拓展水力发电方面的智能化应用技术都有重要意义。在推广过程中，研发和管理人员要充分了解传统水力发电运转过程中存在的问题，将智能化、信息化、自动化技术运用其中去解决瓶颈问题，从而完成智能化水力发电的转化工作。智能化水力发电对国家智能电网的管理规划、安全性与稳定性的提升、及居民用电设施服务等都将起到重要推动作用，同时也能促进物联网智能化和社会方方面面更加深度融合。