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水电厂自动化系统的智能化改造研究

文档作者：郭永康文档来源：青海黄河水电公司公伯峡发电分公司		更新日期： 2026年05月19日	点击数：
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2021 年第 21 期 工程设计 241
水电厂自动化系统的智能化改造研究
郭永康
青海黄河水电公司公伯峡发电分公司，青海 海东 810902
摘　要：近年来，我国水电行业得到了迅速发展，水电厂的建设规模与复杂度进一步提升，各水电厂还需要积极应用自
动化技术等先进技术手段，做好水电厂自动化系统的智能化改造工作，提升水电厂的整体运行水平。文章首先介绍了智
能水电厂的系统结构，然后总结了水电厂智能化改造中存在的问题，最后探讨了水电厂智能化改造方案及具体实施步骤，
以供参考。
关键词：水电厂；自动化系统；智能化改造
中图分类号：TV736 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2021）21-0241-02
1 智能水电厂的系统结构
1.1 系统层
在保持原有生产自动化系统终端管理工具不变的基础
上，搭建集成数据平台。各自动化系统在运行过程中产生
的数据需要传输到系统层内进行分析处理，随后在集成平
台上进行显示。在系统层中，可以借助相应通信协议，实
现系统运行数据的集成存储与使用，满足报文管理、系统
绑定等业务开展中的数据需求。在智能化系统中含有控制
系统与信息管理系统两大模块，能够满足水电厂生产管理
工作的实际需求[1]。
1.2 控制层
在控制层智能化改造过程中，要求各自动化系统的本
地单元及子系统进行通信适配器及单独通信通道的配置，
这样才能够满足水电厂运行中各种电气设备的实际控制需
求。在现地控制层中，本地单元所采集到的现场数据可以
直接利用通信网络，将其传递到控制层中。控制层在对现
场数据及运行信息进行分析之后，发出相应的控制命令，
并转发到本地控制台及相关智能化设备，实现设备的智能
化控制。该过程中本地设备与站系统之间的连接保持不变。
1.3 过程层
目前，我国大部分水电厂自动化系统依旧采用电缆组
件及传统的通信方式获取设备运行数据，在智能化水电厂
改造中，可以应用励磁监测、状态监测等先进管理手段，
实现智能设备的有效控制。但是现阶段我国水电厂自动化系
统的过程层改造水平不高，对原有非智能设备还有着比较高
的依赖性，这也是影响水电厂智能化改造的重要问题[2]。
2 水电厂智能化改造中存在的问题
近年来我国水电厂虽然已经加大了智能化系统的改造
力度，智能化运行水平也得到了显著的提升，但是在具体
改造过程中，依旧受到较多技术条件及现实因素的影响，
具体表现在以下六个方面：（1）部分水电厂在完成智能化
改造之后，因受传统工作理念的影响，对于IEC61850 通信
协议的维护管理水平不足，直接影响到智能化水电厂的后
续运行效果。（2）目前，我国水电厂所采用的智能系统其
功能多是进行各种系统数据的存储与执行，对于生产功能
也能够起到良好的指导效果。但是在具体应用过程中，依
旧存在后台支持水平不足的问题，导致智能化的应用优势
难以充分发挥出来。（3）在进行系统运行数据的通信过程
中，利用IEC61850 通信协议能够实现当前系统及现地控制
层两者的协议转化，但这也导致了水电厂运行系统的复杂
性及工作量大幅度提升，直接影响到智能化系统的运行可
靠性。（4）与传统自动化系统相比，智能化系统所应用到
的IEC61850 通信协议在运行中会耗费更多的网络宽带及计
算资源，硬件处理难度大，因此难以满足大中型水电机组
在运行中的实际需求。（5）综合平台虽然能够实现自动控
制部分的改造，但是依旧没有完全取代原有系统，因此还
需要通过长期运行测试的方式做好综合平台的运行监测工
作。（6）我国水电厂在智能化改造中，部分基础技术水平
不足，对于水电厂智能化技术的研究力度不足，在这一模
式下，IEC61850 通信协议自身的技术优势也就无法在水电
厂智能系统中获得良好的应用效果，从而影响到水电厂的
整体智能化改造质量。
3 水电厂智能化改造方案
3.1 设计数据对象
在水电厂智能化改造阶段，若未建立集成数据模型，
则水电厂中各种自动化系统将始终处于独立运行状态，也
无法进行其他系统数据的共享。这也就需要进行特殊传输
协议的设计，确保系统数据的功能得到充分发挥。应用面
向对象的建模技术能够实现水电厂运行数据共享。当运行
数据传递到自动化系统之后，在不经过数据格式的转换情
况下，即可实现系统数据的识别与应用，促进数据的管理
维修水平及效率进一步提升。此外，在该集成数据模型中，
也能够实现不同智能设备与半智能设备之间的有效通信。
在水电厂自动化系统的数据建模过程中，相关设计人
员需要构建集成信息模型，确保该模型能够满足逻辑节点
与新数据的实际应用需求，促进水电厂数据处理的智能化
242 工程技术研究 2021 年第 21 期
水平进一步提升。此外，在进行现有综合信息模型的扩展时，
可以根据我国现有电力系统运行情况，应用IEC61970 通信
协议开展数据通信工作，促进水电厂整体运行水平的提升。
3.2 整合数据交换接口
不同操作系统之间的交互数据传输作为一种统一的通
信协议，在该通信协议中，对各系统之间的差异性进行统
合处理，从而将集成数据模型的应用优势充分发挥出来。
鉴于水电厂现阶段各种设备的实际运行状态，针对部分不
适用于IEC61850 通信协议的设备，可以结合实际需求进行
其他标准通信协议的合理选择。在地面设备标准化调试中，
还需要进行数据格式标准的明确规范，将第一台数据的输
出格式作为网络数据的接收标准，将传统的控制网络与总
线连接模式转变为智能网络的连接模式。为了提高采集与
控制网络的数字化改造水平，也需要做好数据交换接口的
整合工作，实现水电厂中所有运行设备的数字化管理，促
使设备通信朝着标准化的方向发展，为水电厂智能化改造
提供良好的通信环境[3]。
3.3 加大自动控制应用管理力度
在进行水电厂控制系统的自动化改进过程中，还要做
好水情管理、监控及安全管理等系统的集成与交互工作，
随后通过标准化的数据通信指标，进行管理数据的有效传
递，从而使水电厂中各自动化管理系统的集成能力及交互
水平进一步提升，实现对水电厂运行状态的综合化与自动
化管理。在自动化控制平台的搭建过程中，需要结合水电
厂自身运行特点，做好数据总线、消息总线及服务总线的
合理设置工作，从而满足多种管理应用系统在运行中的具
体需求。此外，在水电厂的智能化改造过程中，还要加强
对自动化智能综合管理平台的构建，从而为智能应用系统
创造良好的应用环境。
3.4 构建高级智能应用系统
高级智能系统也是水电厂智能化改造中的重要内容，
其能够通过全面的数据分析、挖掘与优化，实现水电厂生
产运行状态的智能分析和预警的专业数据库。在高级智能
应用系统构建过程中，首先要建立水电厂实例数据分析模
型，随后通过专业控制系统，构建基于相关诊断的知识库，
确保高级智能应用能够拥有智能的逻辑机制，可以对水电
厂各种设备的运行状况进行详细分析，做好故障诊断工作。
此外，应用高级智能应用系统能够为水电厂管理工作提供
智能在线监测、故障报警与维护、阀门联动及防洪决策等
多种服务功能，进一步提高促生产管理的自动化水平，还
可以有效避免运行故障对水电厂整体运行水平造成影响。
因此，水电厂还要加强对高级智能应用的研发与建设，优
化发电维护计划，提升生产的经济效益，借此获得良好的
智能水电站建设效果。
4 水电厂智能化改造的具体实施步骤
在水电厂智能化改造过程中，各水电厂还需要遵循一
定的技术规范与行业标准，结合自身自动化设备与部件运
行现状，按照以下步骤逐步开展智能化改造工作：（1）为
了消除传统控制系统中部分站控层的运行独立性，还需要
基于IEC61850 通信协议构建综合管理控制平台，实现各种
站控层通信的混合访问。（2）为了保障IEC61850 通信协
议的应用效果，需要结合智能子终端转换的二次部门，通
过集成控制平台替代原本的LCU 转换站，保障各子系统能
够在IEC61850 通信协议上正常运行。（3）在结合水电厂
自身运行要求及实际运行情况基础上，做好可用附件的更
换工作。（4）结合水电厂实际运行需求，积极开发先进的
应用功能，构建智能化应用系统。（5）在现有产品成熟及
解决方案成熟的前提下，替换现有的自动化元件及监控设
备，促进现场设备智能化水平的进一步提高。
5 结束语
水电厂智能化改造作为电力自动化系统的必然发展方
向，对于水电厂运行可靠性与安全性的提高也有着重要意
义。但是目前我国水电厂智能化改造中还受到技术因素及
设备因素的制约，为了获得预期的智能化改造效果，还需
要基于IEC61850 通信协议逐步完成相关管理技术与设备的
更换工作，促进水电厂智能化运行的长远发展。
参考文献：
[1] 胡少英, 王铭业, 李永红, 等. 基于水电智能一体化管控平台
的水调自动化系统[J]. 水电自动化与大坝监测,2014,38(5):
37-40.
[2] 韦松直. 水电厂自动监控系统的研究[D]. 南宁: 广西大学,
2019.
[3] 陈龙骧. 广州蓄能水电厂监控系统设计与应用[D]. 广州: 华
南理工大学,2017.
作者简介：郭永康，男，本科，工程师，研究方向为电气工程。

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