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一、项目名称
金沙江下游梯级水电站“调控一体化”控制系统研究及工程应用
二、推荐单位意见
“调控一体化”是实现梯级水电站防洪、发电、航运综合优化调
度,提高水电站安全运行管理水平和综合效益的重要举措,其控制系
统是实现“调控一体化”的重要技术手段。该项目深入研究了巨型梯
级水电站“调控一体化”远程控制运行出现的高可靠、高实时、海量
数据的采集、传输与处理以及复杂防洪、航运、发电约束条件下梯级
水电站运行与控制等问题。以安全、可靠、高效为目标,采用理论分
析、模拟测试和真机验证相结合的方法,提出了梯级水电站“调控一
体化”运行模式、控制系统架构及控制方法,首创了无主从、广域分
层分布、多重不对称冗余等高可靠性控制系统架构;实现了基于集群
的远程数据通信系统架构,成功解决了巨型梯级水电站海量小包数据
高速竞争传输的可靠性及实时性问题;创建了面向对象智能报警的模
型和方法,显著提升海量数据环境下的报警效率;提出了复杂运行边
界条件下梯级水电站远程安全运行与控制的理论和方法,有效解决了
水电站发电运行工况剧烈变化对下游航运安全影响的难题。成果在梯
级水电站控制系统理论与方法取得重要突破,获省部级科技进步一等
奖4项,二等奖2项,出版专著3部,发表论文168篇,获专利授权2
项,软件著作权20项。研究成果已在金沙江下游、吉林白山、黄河上
游、五凌跨流域等梯级水电站得到应用,为我国梯级水电站安全、稳
定、高效运行和“调控一体化”提供技术支撑,取得了巨大的社会效
益和经济效益。
推荐该项目为国家科学技术进步奖一等奖。
1
三、项目简介
为了水能的高效利用,我国建设了一系列大型水电基地,实现了
流域梯级滚动开发,并实现了梯级水电站远程集中控制、现地无人值
班、少人值守。梯级水电站工程具有电站装机容量大、机组台数多、
广域分布、时空关联等特点,属于典型的高可靠性、高实时性、复杂
边界条件、广域时空分布耦合的复杂系统控制问题,安全控制难度和
复杂性前所未有,极易出现因数据采集或控制策略偏差而导致盲控、
误控、失控等安全事故。开展梯级水电站“调控一体化”控制系统研
究,对于保障流域梯级水电站的安全和高效运行具有重要的现实意义
和科学价值。
本项目以现代自动控制、网络通信、集散控制、可靠性设计、运
筹学为理论基础,以保障梯级水电站安全、高效运行及“调控一体化”
为目标,取得了一系列创新性成果。
(1)提出了梯级水电站“调控一体化”运行模式、控制系统架构
及控制方法。深入研究了“调控一体化”运行模式下梯级水电站的控
制规律和关键技术,创建了无主从、广域分层分布、多重不对称冗余
等高可靠性控制系统的软件、硬件及功能设计新架构,首创研制了无
主从、开放控制系统软件平台,奠定了“调控一体化”梯级水电站现
代控制系统的理论基础。
(2)提出了基于集群的高可靠性、高性能远程数据通信系统架构
和设计方法。创建的四重冗余服务器多通道非对称集群通信架构、通
道间互检互校、多规约冗余、通信双缓存、单边通信点表、通信包标
识与事件补传等技术,完善了梯级水电站远程控制通信系统可靠性设
计的理论和方法,显著提高了系统可靠性和通信效率,开发了远程数
据通信软件包,通信能力提升约10倍,成功解决了远程控制系统中海
2
量小包数据高速竞争传输的可靠性及实时性问题,传输数据完整率和
正确率达100%,为梯级水电站远程控制及安全运行奠定了坚实的基
础。
(3)创建了海量数据处理与面向对象智能报警的模型和方法。系
统研究了梯级水电站海量报警信息的规律和内在特性,创建了面向对
象智能报警数学模型,结合相关量分析、逻辑闭锁和组报警等技术,
提出了有效甄别机组开机、停机等过程信号的方法,自动识别事故源
信号,开发了面向对象的智能报警平台软件,提高报警效率90%以上,
显著提高了海量数据环境下电站事故处理能力。
(4)提出了复杂运行边界条件下梯级水电站远程安全运行与控制
的理论和方法。深入研究梯级水电站多重上级调度、防洪-发电-航运耦
合、水与电时空耦合等复杂边界条件及运行规律,提出了复杂上级调
度环境下梯级水电站远程自动发电控制模型和自适应调节算法,实现
了远程自动发电控制及梯级联合优化控制;首创发电-航运安全实时联
合控制方法与策略,开发实时联合控制软件,解决了水
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