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.pdfVIP

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。

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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

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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