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★國能智深控制技術有限公司黃煥袍，劉小恒，曾凡斐

1　背景

“雙碳”背景下，我國能源轉型加速推進，水電作為清潔能源的重要組成部分，在清潔低碳、安全高效、靈活智能新型能源體系和新型電力系統建設中發揮不可替代的重要作用。水電站控制系統作為重大技術裝備的“大腦”和“神經中樞”，實現自主可控和智能化、數字化轉型升級已成為不可逆轉的趨勢。傳統的水電站計算機監控系統面臨著上下位機分離、系統調控靈活性以及擴展能力不足等問題。因此，利用先進的控制系統提升水電站運行控制水平，實現安全高效、靈活智能運行的目標，已成為業界追求的目標。

國能智深自主可控水電智能控制系統（EDPFHICS）作為新一代水電站控制系統的代表，為水電站的安全、高效、智能運行提供了強有力的技術支撐。本文介紹國家能源重大工程項目-黃河流域海拔最高、裝機容量最大的瑪爾擋大型水電站應用自主可控水電智能控制系統的成功案例。

2　實施與應用

青海瑪爾擋水電項目是國家重大工程項目，由4臺裝機容量為55萬千瓦大機和1臺裝機容量為12萬千瓦小機組成，總裝機容量為232萬千瓦，其控制系統采用國能智深自主可控水電智能控制系統，操作系統為國產操作系統，平臺工具軟件、應用軟件、嵌入式軟件100%自主研發，關鍵芯片和核心元器件國產化率100%。該系統完全自主可控、智能高效、功能齊全、運維方便；區別于傳統水電站監控系統，EDPF-HICS實現了主輔一體化、上下位機一體化、管控一體化，集成了信息網絡安全技術、扁平化網絡結構技術、智能發電技術于一體，有效提升了水電站設備的智能化水平和生產運營效率。瑪爾擋水電站運行監視圖如圖1所示。

圖1 瑪爾擋水電站運行監視圖

瑪爾擋水電站控制系統包括50多個子站，350多個智能系統設備接入。通過EDPF-HICS的智能調度與優化控制，電站能夠根據實時水情、電網需求及機組狀態，實現發電負荷的最優分配，顯著提高了水能利用率和發電效率。功能特點主要有：

（1）增強運維管理水平。EDPF-HICS的實時監測與故障診斷功能，使得電站運維人員能夠及時發現并處理潛在問題，避免了非計劃停機，降低了維護成本。同時，系統的智能運維支持也減輕了運維人員的工作負擔，提高了工作效率。

（2）優化能源調度與協同。在青海瑪爾擋水電站項目中，EDPF-HICS與智能電網調度系統緊密配合，實現了跨區域、跨流域的能源調度與協同優化，提升了區域電網的穩定性和靈活性，為構建智慧能源體系奠定了堅實基礎。

（3）保障安全生產與環保。EDPF-HICS通過精準控制機組運行參數，有效降低了設備運行風險，保障了電站的安全生產。同時，系統還具備環保監測與管理功能，助力電站實現綠色、低碳運行，符合國家生態文明建設的戰略要求。

（4）智能化程度高。EDPF-HICS的成功應用，實現電站運行與控制的全程自動化；智能檢測與診斷分析、智能預警與報警，提升設備健康管理水平；結合設備工藝要求，應用先進智能控制技術和算法，實現機組的靈活智能運行與調節。

3　應用創新

（1）EDPF-HICS與傳統水電廠典型技術差異對比（如表1所示）

表1 EDPF-HICS與傳統水電廠典型技術差異對比

（2）水電廠智能控制系統（EDPF-HICS）實現了主輔一體化、上下位機一體化、管控一體化

·主輔一體化，瑪爾擋水電站的主控系統及輔控系統采用同一品牌控制器，網絡結構打破傳統水電主控采集輔控系統數據再上送上位機的模式，主輔數據都由上位機直接采集；

·上下位機軟件一體化，傳統的水電站計算機監控系統PLC+SCADA結構由兩個相對獨立的系統組成，系統復雜度較高，兩個系統采用不同的軟件，它們之間的接口和通信需要額外的配置和維護工作，增加了系統的復雜性和潛在的風險。EDPFHICS上下位機軟件采用一體化設計，上位機軟件既是組態、監控軟件，又是下位機編程軟件。

·管控一體化，瑪爾擋水電站I、II、III區采用EDPF-HICS一體化平臺系統實現數據的實時采集、傳輸和處理，從而實現對生產過程的精確控制和管理。同時，通過數據分析和優化，電站可以更加精準地制定生產計劃、優化資源配置，降低生產成本，提高市場競爭力。

（3）先進的網絡架構

架構前瞻性。在網絡設計時，充分考慮未來技術發展趨勢和業務增長需求，選擇具有前瞻性的網絡架構和技術路線，確保長期的技術領先性和業務適應性。瑪爾擋EDPF-HICS網絡硬件主要包含多臺交換機，其網絡結構引入雙星型冗余網絡及高級應用服務網。單元層網絡采用雙星型網絡結構，又稱雙MMS網結構。過程層網絡采用雙GOOSE網結構完成數據采集。

性能卓越性。高級應用服務網的引入用于完成非實時數據的分析處理，進而通過智能計算引擎，為智能報警、智能報表、智能ON-CALL等高級應用提供基礎數據，其余實時業務數據則通過該網絡結構具備高性能的數據傳輸能力，低延遲、高吞吐量是基本要求，同時能夠支持多業務并發處理，滿足日益增長的數據處理需求，詳細網絡結構。

圖2 EDPF-HICS網絡架構圖

（4）先進的數據采集方式EDPF-HICS數據采集區別于傳統水電站采集方式，數據采集更加高效、可靠，主要體現在兩大方面（如表2所示）。

表2 EDPF-HICS數據采集與傳統水電站采集方式對比

4　效益分析

（1）經濟效益提高發電效率。H-ICS系統通過智能化管理，優化了水電廠的運行流程，提高了發電效率，從而降低了單位電能的成本，從而提高電站生產效益。

減少故障，降低運維成本。自主可控的智能控制系統提前預警潛在故障，減少非計劃停機時間，降低維修成本，年運維成本節約可達數百萬元。

（2）社會效益

推動能源數智化轉型。H-ICS是水電領域智能化轉型升級的關鍵支撐，其應用推動了能源數智化轉型的進程。通過引入人工智能、大數據等先進技術，提高了水電廠的智能化水平。

帶動相關產業發展。H-ICS的研發和成功應用帶動了行業工控產業國產操作系統、國產芯片和元器件的協同發展，推動形成我國工控產業自主生態。

5　項目意義

自主可控水電智能控制系統（H-ICS）是國內首套基于國產芯片和國產操作系統的水電站智能控制系統，首次在國家能源領域重大工程項目-瑪爾擋大型水電站的成功應用實現了水電領域控制系統的完全自主可控和智能化升級，保障了能源生產與供給安全，為水電領域提供了可推廣復制的數智化轉型方案，促進了水電行業的技術進步，具有重大行業示范意義。

摘自《自動化博覽》2024年7月刊