水库调度自动化系统设计与应用

摘　要： 水库科学合理的调度是保证水电厂有效运行及年发电量的关键，充分发挥了水库的综合效益，水库调度自动化系统是电网调度自动化系统的一个重要组成部分,主要作用是对水库的运行情况进行监视和管理。

关键词：水库自动化系统; 开发设计; 经济效益
水利调度自动化系统包含了水库调度的专业知识、自动化的硬件设备与客户端接口、计算机及网络通讯技术等。系统对历史资料进行收集整理同时及时准确地获取水电站流域的水文、气象和水库运行情况,进行在线水文预报和水务综合管理等,在对以上资料进行分析的基础上发布综合决策方案。我国的水库调度自动化系统是在水文自动测报系统的基础上发展起来的。该系统通过遥测、通信和计算机技术,完成对江河流域的降雨量、河流水位及流量、蒸发量等数据进行实时采集、报送和处理。
一、系统开发设计的目的和意义
　　随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，用电量不断增加，拉闸限电的情况时常发生，为了满足社会对高质量电能的要求，提高电能质量和发电效率，对水电厂中的以人工操作为主的控制模式进行以计算机监控系统为基础的综合自动化改造，建立水库调度自动化系统很有必要。
　　水库在发电以及防洪减灾等方面的地位和作用日益增强，如何更加科学合理地运用水库工程调度，最大限度地发挥水库在防洪发电等方面的作用，是水库调度管理工作的一项重要任务。对实时雨水情况做出更加迅速的反应，做到适时自动采集雨水情况信息，及时准确做出预报，及早提出调度方案和意见，水库调度自动化系统的设计意义尤为重大。
二、系统构成
　　水库调度自动化系统的设计思想是可组态，并且在软件采用方面实行多阶层的软件设计方法，使系统具有灵活性，可延伸性和可靠性。该系统的内存数据库机制，将不同时期的数据分开管理，提高了计算机访问实时数据的速度。同时具有数据访问服务层，有利于加强对多源数据访问的管理。
　　1、多阶层结构
　　系统采用多层软件设计模型，专业系统和web系统分别采用三层结构和四层结构，系统的客户端不直接访问数据库服务器，而是通过网络数据服务层访问数据。服务层使客户端在无需数据的获取情况下，通过集中于业务逻辑的实现，仍能访问数据库中的数据，避免客户端直接操作数据库，从而提高了数据的安全性。
　　2、可组态结构
　　该系统由多个相对独立的子系统组成，对每个子系统进行不同的配置，可以使其适用不同的应用环境，从而满足多种环境的应用需求。（1）数据库系统可以通过设置采集站点、计算量数据点等多种数据点的序列号，构成一个系统的数据体系。（2）数据采集和远程数据通信系统通过在数据库和配置文件中定义的采集方式，接口方法，数据通信方向等参数，实现系统数据流程管理与控制。（3）系统在水库调度自动化系统数据计算引擎的支持下，对各种数据点进行配置，实现各种数据的计算处理功能。（4）人机界面系统把水库调度系统中需要的对象逻辑化，通过编辑器和运行驱动系统，实现用户要求的各种人机界面形式。
　　系统的可组态的结构，使应用系统根据不同情况，配置所需要的子系统和功能模块，使其功能达到最大发挥。专业系统可以根据具体情况安排在一台或多台工作站上工作，使每台工作站上只运行针对应用专题或管理需要的几个子系统。
三、系统功能
　　1、水库调度自动化系统中包含两种数据，一是在长期的工作中积累的历史数据，通过对历史数据的统计分析，对水库未来的运行情况作出预测。二是大量的实时监测信息，主要是对目前的雨水情况信息，发电机组的运行情况，水电站闸门的运行情况等进行监测。如何快速检索历史数据和实时数据对数据库系统提出了很高的要求。
　　2、三层体系结构的关键环节是网络数据服务子系统，该环节建立了公用的数据接口，提供统一的数据访问路径，数据访问管理和访问监视。
　　3、数据采集处理子系统支持采集多种类型的数据，在水库调度过程中发送和接受水情以及水库调度数据。当水库水位，降水量，闸门操作等超越一定范围时，触发自动报警装置，按期计算时段降水量，水库水位等数据，并自动按期统计分析水情数据。
　　4、提供水库调度过程中必要的图形编辑功能。图形编辑工具包括水库调度图，流域综合水情图等可以组成水库调度自动化系统所需的各种图形。系统同时具有将各种图形经网添加到水库调度web服务器的功能。
　　5、其他计算机可以通过web查询方式掌握水库调度的数据，主要有图形子系统的全部图形，报表子系统的全部报表。拥有权限的用户可以通过web浏览器对数据库进行设置，以及对电脑数据进行人工插补等系统维护工作。
四、人机界面
　　水库调度自动化系统的特定功能由相对应的独立控件完成，例如降水量等值线控件，其功能就是根据离散的降水量监测点的序列值，经统计分析获得一定区域降水量的分布情况。这样就在显示画面前完成了需要进行的复杂运算。提供了整个应用系统的性能，降低了网络在传输过程中的不利影响。
　　水库调度自动化系统主要包括四个方面的控件，即数据接口控件，属性接口控件，分析处理控件和图形显示控件。数据接口是获取数据库信息的统一接口。属性接口是定制控件界面形式的用户接口，例如改变控件运行时的字号，颜色等按照事先设置的属性调用各种方法实现其分析处理功能。图形显示是将分析的数据通过画面形式表现出来，比如水位的变化过程和变化趋势可以用波浪线表现。
五、系统应用
　　水库调度自动化系统的开发主要是监视水库水位、降水量、库容、发电流量、入库流量、出库流量等。通过对这些数据的实时监测特别是对区域降水量、入库流量、出库流量的监测，能够全面了解水库的实时运行状态以及流域内的降水情况数据，便于对水库实时运行情况进行整体把握。
　　通过对流域内降水情况的监视获取了对遥测雨量站、水位站的雨量、水位数据进行监视的数据。分析数据在流域图上显示，包括实时雨水情况数据和时段雨水情况数据。通过流域雨水情况监视及时准确地了解全流域的降水及水位数据，便于对流域的水情情况进行整体把握。
六、结语
　　水库调度自动化系统的设计与应用，为水电厂带来了巨大的社会和经济效益。第一，系统的应用不但真正实现了水库调度的自动化和远程控制，而且极大程度上改善了职员的工作 和生活条件。系统的使用极大地降低了工作人员收集资料的工作强度，可以把更多的时间用于预报调度等方面的分析与决策，有利于提高工作人员的调度水平。第二，水库调度自动化系统的使用在防洪减灾方面发挥了巨大的社会效益，减轻了洪涝等灾害造成的损失，对洪水情况进行预报，很大程度上降低了洪水对河坝及流域上下游地区的不利影响。对系统在发电调度方面的应用，水电厂取得了较好的经济效益，系统的不断开发与应用，使水电厂的调度水平上了一个新台阶，为电网的科学合理运行发挥了巨大作用。
参考文献:
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作者简介：陈青（1974-）女，吉林省桦甸市人，工程师，主要研究方向：水库调度。