智能一体化水电厂的设计与实现

智能一体化水电厂的设计与实现

王鑫 1 2 高鑫杰 1 2

1. 国电南京自动化股份有限公司 江苏南京 210032

2.南京河海南自水电自动化有限公司 江苏南京 210032

摘要：随着时代和信息技术的发展，智能水电厂的设计与构建也成为当代水电站的发展方向。本文中主要阐述了水电厂资源的构建思路和规范，介绍了智能是水电厂的基础数据平台的总体架构以及服务器的层析体系关系，同时描述了不同服务体系和相关模块间的功能和作用，提出了智能水电厂一体化平台的设计与实现。

关键词：一体化 水电厂 设计 实现

伴随着现代信息技术的发展，机械自动化程度越来越高，智能化、一体化的程度的优势也越来越明显。但是现有的水电厂的智能化程度一普遍比较偏低，而且地区间采用的标准的差异性较大，各地区源网协调能力也有很大的区别，因此，在统计数据的基础上进行智能决策时就显得尤为困难^[1]。所以，实现现代化的智能一体化水电厂就成为了当前智能电网建设的一个重要环节。智能一体化水电厂在设计时，普遍采用集成统一的软硬件平台，并通过现代传感和测量技术从而获取实时监测数据，根据数据进行统计分析，最后通过智能操控和决策支持等技术，实现水电厂的可靠安全运行^[2]。

1智能一体化水电厂的总体架构设计

1.1设计目标

智能一体化水电厂需要建立一个整体的基于一体化软硬件平台的并可动态支持应用部署的解决方案。方案中必须保证可以融合不同形式的应用，需要满足不同数据类型的应用需求，使得智能化一体水电站可以将整个水电厂的各种数据进行融合，获取，并同步分析，便于后期的决策分析。另外，平台设计时，需要规划数据结构层次，从而为不同应用模块的开发提供可靠的数据服务。其总体设计目标详见下表1。

表1 智能一体化水电厂总体设计目标

1.2数据平台总体架构设计

水电厂在实际的运维和生产中，会存在大量的不同数据类型的实时数据，且数据量一般都比较庞大，因此，可以设计成商用关系库、实时库、文件库间的互动实现一体化的数据存储。根据上述应用需求，智能一体化水电厂的数据平台可划分为多层体系结构，如图1所示。其中，标准数据服务主要为应用各部分提供信息存储层，并实现上述三种数据库的管理，在设计时需要根据智能水电厂的各种应用的特点，建立一个统一水电标准的CIM对象体系。而不同类型的应用也必须遵循这个统一的水电标准CIM体系，保证各个应用间数据的兼容和共享，从而实现数据平台一体化的设计与实现。

图1数据平台的体系结构

如图1中所示，数据平台的一体化结构设计的一些原则如下：

1. 数据信息应用服务接口的设计原则：需要在在开发过程中注意为后续应用的实现和二次开发预留出可扩展的接口。

2. 信息缓存管理的设计原则：则是解决了海量数据之间进行查询访问的关键所在。

3. 数据交换服务的设计原则：需要解决各不同数据类型的对象与关系库间映射关系，并采用数据统一的访问路由提供分布式管理，最后将各类不同类型的数据对象通过通用数据访问接口，来实现各应用信息间的交互问题。

4. 维护机制的设计原则：此部分主要用于负责数据库的各类常用维护工作，数据存储交换标准可以统一设计。

2智能一体化水电厂的应用结构

智能一体化水电厂的数据平台根据上述总体方案设计，可以划分为多个应用层，单独应用都需要制定相应的标准以及功能，同时要保证各层应用间的相互关联，最后实现数据服务整合的一体化设计。

2.1水电标准（CIM）体系

当前，由于我国各地水电厂现有的自动化系统都存在或多或少的差异，尤其是数据存储结构的差异较大，如命名规则、存储规范等，从而使得一体化交互的实现非常困难。为解决上述疑难问题，可采用国际组织制定的通用公约来解决。本文中的存储模型对象主要以IEC61850和IEC61970标准为主要参考依据，采用CIM的规范来制定和扩展不同水电厂应用资源，并在数据体系中，统一这些不同应用数据命名规则以及数据结构。图2为水电标准（CIM）体系的示意图。

图2水电标准（CIM）体系

2.2数据库存储和维护管理机制

由于当前水电厂存在多种类型的数据应用，因此，数据库存储需支持可集群和分布式两种形式的应用，同时建立相应的维护管理机制，例如可以建立一些数据访问的安全管理、分布式应用的同步机制以及集群负载的管理（主要应用于大规模应用），从而有效的保证数据库业存储业务的可靠性和高效性。

2.3数据统一访问路由管理

在设计智能一体化水电厂的数据平台时，由于采取了商用关系库、实时数据库、文件库并存的存储体系，而且数据信息存在分布式的应用。因此，一体化数据平台的信息访问需要统一的管理和后期维护，整体设计如下。

1. 对于智能水电厂中的高级稳态分析、设备状态检修等，都需要大量实时数据进行交互，

因此，需要设计各类数据统一的访问路由。

2. 对于水电厂中各类不同的数据资源，可由统一路由定位到模型库中进行查询和更新

3. 数据库库间的信息交互，如提取监测数据的历史值，也需要在统一的关系数据库中进行数据交互。

2.4通用数据交换服务

为了简单快捷的实现服务接口，智能水电厂设计时需要采用统一的对外业务服务接口，同时，数据交换服务还可支持对象的新增、删除、更新、查询等多种操作类型，并具备支持数据库查询语句的交互方式。

2.5信息缓存管理

由于实时库时基于内存数据，因此，实时访问数据库时，还必须满足海量数据查询的效率；而关系库会占用大量的内存，I/O读取大量数据时会存在一定的瓶颈。因此，数据平台在规划时，将不用类型的数据应用设置不同的缓存策略，例如，可设置应用资源缓存、表时段缓存等，保证其可支持大数据量的实时访问和效率。

2.6数据信息应用服务接口

数据信息应用服务接口，属于智能一体化水电厂中统一数据平台的对外服务接口层。该层服务可为各类数据平台的应用服务功能提供服务访问接口。但是，由于不用数据类型的应用层开发程序，开发模式以及基于的硬件平台都可能存在较大的差异，因此，对此层的服务接口的设计要求，除了具备支持基本接口的调用，还应该具有灵活的动态发布性，也就是说

该层服务接口，既可以满足常规的服务接口的调用，也可以应用服务的模式通过应用服务器进行发布，从而满足插件式的应用系统的开发需求。

4结语

综上所述，智能一体化水电厂是基于水电标准公共信息模型，在一体化数据交互平台、一体化测控体系的综合智能应用。而且不用数据类型间的应用可实现动态实时访问、存储和交互，通过这些不同类型间的相关关联，从而将水电厂涉及的所有业务都涵盖进去，从而实现水电厂的生产业务的综合管理。因此，一体化数据平台的建设将是整个智能水电厂应用的核心所在。本文主要构思了智能一体化水电厂的数据平台的设计，希望其先进的一体化的结构设计、不同应用间的数据通用性和可伸缩性，可以满足当前我国国内不同规模、不同结构的数据应用的需求，仅为以后智能一体化水电厂的开发建设提供一定的思路和方向。

参考文献

[1]胡少英,李永红,谢凯,郑健兵.基于智能水电厂的水调自动化系统及其应用[J].水电自动化与大坝监测,2012(1):15-17

[2]刘观标,李晓斌,李永红,高磊.能水电厂的体系结构[J].水电自动化与大坝监测.2011(1):1-4.ISSN：1671-3893