小水电信息系统技术及其展望

一、小水电概述

1.我国小水电建设现状

所谓小水电是指容量为1.0～0.5MW的小水电站，容量小于0.5MW的水电站又称为农村小水电。因此，小水电也包括小小型和微型水电站（虽然小小型和微型电站一般完全局限于为局部地区供电）。我国的小水电资源十分丰富，技术可开发量为1亿kW，广泛分布在全国1500多个山区县。新中国成立50年来，特别是改革开放20年来，中国政府为了解决中西部贫困山区的用电，促进这些地区的经济和社会发展，制定扶持政策大力开发小水电，广大贫困山区群众和水利部门，结合江河治理大力开发农村水电，建设电气化，取得了辉煌成就，小水电开发建设已具有很大规模。到2000年底，全国已建成小水电站4万多座，装机容量2485万千瓦，年发电量近800亿kW�h。全国近1/2的地域、1/3的县和1/4的人口主要靠中小水电供电。近6年来，每年新增装机100万kW以上，每年全国小水电投资规模都在130亿元以上，目前在建规模近500万kW。中小水电已成为中西部山区经济的重要支柱、地方财政的主要来源及农民脱贫致富的重要途径。

2.小水电信息技术的现状及其特点

广义上的小水电信息系统是指以农村小水电为主的电力企业的综合一体化信息系统，包括电网自动化系统（EMS、DMS）、地理信息系统（GIS）、生产管理信息系统（MIS）和办公自动化系统（OA）等。各水电站的信息系统是其技术基础。水电站信息系统包括水电站的综合自动化系统以及与调度的通信和网络化，其核心为水电站的监控系统。

我国水电厂自动化工作从1979年以来，经科研试点和逐步推广2个阶段，目前水电厂普遍在进行计算机监控系统的建设，实现自动经济运行和安全监控，并推广无人值班、少人值守管理模式。一些大中型水电站已不同程度实现了“无人值班”（少人值守），但小型水电站在此方面仍比较落后，自动化程度仍不太高。计算机监控技术由20世纪80年代初的集中控制、功能分散模式，进入80年代的分层分布模式，发展到90年代初的开放分布式模式。分布式监控系统以控制对象分散为主要特征，对水电厂而言包括水轮发电机组、开关站、公用设备、闸门及船闸等。按控制对象为单元设置多套相应的装置，构成水电厂现地控制单元，完成控制对象的数据采集和处理、机组等主要设备的控制和调节及装置的数据通信等。水电厂采用分布式处理，一般与电厂分层控制相结合，形成水电厂分层、分布式控制系统，这种模式在国内外水电厂应用很广。

目前，许多地区新建小水电站也将以计算机监控为核心的综合自动化作为必备的重要工程内容。但从总体上来说，微机监控在小型水电站的应用和推广还处于起步阶段，在认识上和技术上都还有许多问题值得研究和推广。

小水电站的突出特点就是规模较小，按其容量可为三类：微型（小于100kW），小小型（100-1000kW）和小型（1000-10000kW）。因此，其自动化系统也应根据其特点而区别对待，因地制宜。对于容量很小的微型电站来说，设计越简单，控制系统就越简单，经济上也就越有生命力；而对于容量大些的小水电站来说，就要确保电站有较复杂和完善的保护和控制装置。

二、信息共享和信息网络化是发展的必然趋势

目前，世界范围内高科技迅猛发展，知识经济初现端倪，我国也正在推动国民经济的信息化。信息化将对水电建设、运行及管理产生巨大影响。高新技术的突飞猛进，大量新材料、新工艺的使用，尤其是以计算机和通信技术为基础的现代信息技术发展迅速和日益成熟，我国的电站和电网也在全面推广应用计算机控制和现代通信技术，实现综合自动化、无人值班和优化调度等。当前，我国电力体制改革的总目标是要打破垄断、引进竞争，实行“厂网分开、竞价上网、输配分开、竞争供电”。电力市场的建立和发展成为必然趋势。这些都将对小水电的信息系统技术的发展和应用带来深刻影响。

根据世界科技发展的总趋势，在20世纪80年代末期，国家为迅速增强我国的综合国力，拟定了用电子信息技术改造传统产业的战略决策。在此之前，我国已有不少的大、中型水电站采用了以电子计算机为主的监控技术，并取得了显著的成效。

1993年以后，国家水利部和电力部陆续共同颁布了水电站计算机监控的有关规程、规范、技术条件、技术标准等。现在，国内外许多电力自动化设备生产厂家、科研院所都在积极研究开发适合于小水电特点的综合自动化系统，并和调度自动化系统（EMS）、地理信息系统（GIS）、管理信息系统（MIS）、负荷管理系统（LM）、配电自动化系统（DMS）等相结合，形成电力企业生产、管理、运行系统信息高度共享、高度自动化的一体化系统。并且，为适应电力体制改革和电力市场的发展，基于电力市场的水电厂报价系统、梯级电站最优调度以及机组组合等系统也应运而生，并逐步走向实用化。实行小水电技术改造，实现“无人值班”（少人值守），是小水电发展的必然趋势。提高电站的自动化水平是降低运行成本的一个重要方面。

在计划经济条件下建设的小水电站，初步设计中考虑自动化水平时，强调了“自动化水平与电站规模相适应”，客观上起到了对其限制的作用。这是基于当时的科技发展水平和运行人员素质较低的情况所决定的。但是，科学技术是不断发展的，新设备和新材料、新工艺层出不穷，敢于使用它们才能促进生产的发展。随着电力市场的发展，需要提高电站的竞争能力，竞价就是要物美价廉。要做到这，除了提高供电质量外，还要降低发电成本，其根本的出路就在于减人增效。关键是敢于使用先进自动化设备。选择适用小型水电站的自动监测、控制和保护设备，对其实行遥测、遥信、遍调和遥控，使电站运行实自动化，做到少人值班或无人值班，提高电站运行的经济性、可靠性和安全性，是技术更新改造的目的之一。

三、小水电信息技术的主要内容

1.实时控制信息

（1）综合自动化的实时信息。如前所述，小水电信息系统的基础是水电站的监控系统。水电站的监控系统是一个集测量、控制、调节、保护、信号等诸功能为一体的综合自动化系统。这个系统必须建立在厂、站单机自动化的基础上。

小型水电站的微机监控系统的范围包括：对反映电站运行的各种电的和非电的模拟量和开关量，如电压、电流、有功、无功、频率、温度、压力、流量、前池和尾水的水位以及断路器、开关、继电器的位置等进行监测；对水电站内的主要设备，如发电机组、机前阀门（球阀、蝶阀或快速闸门），开、停机电磁阀、调速机构、励磁装置、制动装置、发电机出口断路器、灭磁开关等实现控制和调节；对公用设备，如主变压器、主要线路（10kV、35kV以上的馈电线），自用电源等实现控制；对于励磁系统、调速系统、同步系统，以及气、水、油系统的辅机已有常规或微机化的自动装置，微机监控系统不再重复设置这些装置自动控制功能，但应与这些装置接口，以便对这些装置进行控制和检测。

（2）配电自动化系统的实时信息。配电自动化系统（DMS）是一个非常庞大复杂的系统，它的内容很多，功能也很多，但其至少应具有的三项基本功能是：监视、控制和保护。DMS的主要功能模块包括配电SCADA系统、地理信息系统（GIS）、配电管理系统（MIS）、故障投诉管理（TCM）、用电营业管理、电能计费、负荷管理（LM）、馈线自动化等。

配电自动化系统主要由馈线终端（FTU）完成实时数据的采集，包括：三相电压（kV）、三相电流（A）、零序电流（A）、功率和电度量（kVar、kW、kVarh、kWh）、相角和功率因素、电流方向、开关状态、电容器切换状态、SOE、遥控返校信息等。数据经过前置机处理后，通过网络向主站转发，同时前置机通过网络接收主站下发的各种命令，组帧后向FTU发送，还可以直接实现遥控功能。

（3）地理信息系统.地理信息系统的应用为配电网的运行管理提供了一个具有地理环境信息的网络模型，它把地理信息系统和配电网络有机结合起来，提供了一个以城市地理图为背景的配电网络图。主要用于配电设备的管理和进行一些配电网络的分析，对配电网设备的资产、规划、设计、施工、检修等进行有效的管理，并支持应用软件的开发和其它子系统功能的实现，如馈线自动化、故障投诉管理等。利用ODBC技术将配电设备与外部数据库灵活地进行挂接，利用SQL查询、区域检查等手段查询设备的数据，进行特定的统计。完成电流方向计算、停电分析等分析功能，并可挂接外部实时数据库，进行电网运行情况动态跟踪。

2.实时电力市场信息

市场运营机制引入到电力系统是从20世纪90年代开始的，随着市场竞争理论被引入垄断经营的电力系统，并与电力技术、控制技术和信息技术充分融合，导致了电力市场运营技术的诞生；随着Internet网的迅速普及，其渗透到社会生活的各个方面，导致电子商务的诞生，促进了电力市场的迅速发展，可以认为电力市场是电子商务的一种特殊形式。

电力市场运营的数据基础是