尹大瑜
（华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司，四川 成都，610000）
〔摘 要〕“创新”是五大发展理念之首，作为基础能源行业的电力企业，应率先以科技创新驱动高质量发展。近年来，电力行业已由高速增长转向高质量发展，不断提升自主创新能力，大胆探索智能电站建设发展，可为电力企业领先发展提供有力的科技支撑。通过对智能电站建设创新理念、发展方向的探索研究和有效路径的分析设想，利用现有新概念、新技术、新设备在智能电站建设中进行结合实践，助力智能化施工管理应用保障高标准完成电站基建目标任务，为投产后智能、安全、稳定运行奠定良好的基础。已投产电站将逐步升级成高级智能电站，持续发挥最佳经济效益，使电力行业更好的服务社会经济发展。以此带动行业应用技术优化升级，促进实施创新驱动发展战略。
〔关键词〕创新驱动；智能电站；语音识别；路径探究；模型数据指令图库
引言
“十三五”时期，创新是经济社会发展的第一动力。作为基础能源行业中的电力企业，应率先以科技创新驱动高质量发展，以深化科技创新为重点，为科技创新营造良好生态环境。近年来，电力行业已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，通过不断提升自主创新能力，加快培育发展前瞻性技术，推进物联网、云计算、大数据、人工智能等新技术与传统电力生产、建设深度融合，大胆探索智能电站建设发展，为建设行业领先的电力企业提供强有力的科技支撑，为建设世界一流能源企业不断注入新的动力和活力。
一、建设智慧电站的目标
社会经济发展的信息化、自动化、再电气化、智能化需紧跟时代变革需要，电力行业作为基础保障产业，更应做长远考虑和规划。现在科技多方面发展，可以通过新技术应用升级改变不利的工作状态和环境，使集控运行更加自动化、智能化，确保能源供给安全稳定。
根据以往新技术探索应用的经验，一般采用从简单可靠到复杂摸索尝试的模式。可采用逐步建设初级智能电站、中级智能电站、高级智能电站，分“三步走”利用现有量产设备、比较成熟技术的方式进行建设，控制投资和成本。让电站仿生、拟人，使电脑、机器设备像人一样智能的计算、工作、生产。力争在未来十五至二十年间，逐步建成高标准的智能电站，使新技术、新业态、新模式，持续为社会经济发展提供新动能。
二、建设初级智能电站
从实际出发，以可控的投资，建设完善集控中心，设立智能展示系统。一代智能展示系统可使用虚拟智能控制机器人，制作虚拟动画头像，为已建成电站集控专用，授予一个相关的简名，通过显示屏投映展示，配合后台语音识别、语音控制、语音播报功能。
增加语音识别功能，可识别准确的话语、声音为控制信号，初步具备智能人机交流功能。电站集控通讯系统也可升级为兼有接受普通话语音指令的功能，初期能接受约200句简单问题和日常指令，问题和指令前需设置验证识别语句（如：我是值班员XXX，工号XXXX），接受语音指令时虚拟机器人眨眼反应。
扩展语音控制功能，可设置为虚拟机器人接收到语音指令后，发送至后台电脑或处理器，经过处理或软件运算过后，发送信号到各设备，各设备根据接收到的指令信号进行操作，操作完成后发送完成情况信号给虚拟机器人，进行语音播报，告知发令人。后期逐步完善，在特殊紧急情况下将发挥重要作用。
完善语音播报功能，可设置为后台电脑或处理器接收问题或指令，经过处理或软件运算过后，根据接收到的问题进行回答，或作出相应操作然后告知发令人（如：回答电站装机多少、几号机现在负荷多少，执行完毕后报告几号泄洪闸已提起多少米等），并增设将上游超标来水、设备重要缺陷的故障信息进行播报的功能。
根据建设时期不同，后投产的电站集控智能展示系统的虚拟智能控制机器人，可升级完善形象、形态、动作等。今后新建成的电站也可采用智能仿真机器人，使用后将有利于完善人工智能交流控制。为后期智慧电站建设做好接续准备，助力企业领先发展。
三、建设中级智能水电站
来水为发电的原动力，水情涉及行洪和大坝厂房安全。应先计划建立水文库容智能运行模型数据图库，可使用测绘监测软件系统，记录收集水文及库容运行数据。模型数据图库包括总库容、支流动态监测流量、现库形每厘米高程蓄水量、单孔闸门每厘米行程泄洪量、上游监测点来水流速、监测点来水到库尾位移时间等重要数据。建立的水文库容智能运行模型为：在来水小幅变动的一般情况时，使总库容量保持在额定安全水位之下相对恒定，保持来水总量加可用库容总量等于发电耗水量与泄水量之和，发电需水量接近较低额定安全数值（低水位高程）时，发出警报信号，进入停机程序。后台电脑或服务器可根据此模型，接收水文水库监测仪器信号，经自动计算处理后发送操作指令到到闸门、发电机等设备执行，并估算报告电站库容可发电能力、最优发电配置效果，管控开停机、发电量、耗水量和弃水量等重要操作事项。其中还需收集计算闸门的运行数据，设定闸门最稳定、损耗最小的多孔联合运行模式。
建立发电机组智能运行模型数据图库。模型数据图库应包含单机每兆瓦发电耗水量、每台机组每兆瓦运行工况主要数值（震动、电压、电流、励磁、有功、无功）等重要指标数据，因此工作量较大较繁琐，可使用监测软件系统或利用大数据、云计算等技术，记录收集发电设备最佳运行工况及对水容量的消耗数据，并对重要数值进行整理完善。发电机组智能运行模型为：根据发电机组及配套设备的健康状况、运行的稳定性，结合单机运行的耗水量，按节水标准设定每兆瓦出力时的机组运行最优组合（根据总负荷、单机工况、耗水量进行单机最佳负荷分配），主机、配套设备有缺陷或故障影响正常运行的机组，设定停机程序，及时进行检修。虚拟机器人可根据值班人员发布的语音指令或电脑负荷运行指令，通过后台电脑、服务器或软件系统运算处理，按照发电机组智能运行模型数据图库向各发电设备发送运行指令，使各发电设备按照指令自动运行。
根据调规，将水调与电调相结合，把水文库容智能运行模型数据图库与发电机组智能运行模型数据图库相融合，根据指令优先执行的层级设定进行排列组合，形成单站总负荷集控智能运行模型指令数据图库。将电站正常运行下的每一种发电设备运行工作状况，按照优先执行排序设定成运行程序指令，虚拟控制机器人在接收到值班员发布的语音指令或电脑运行指令后，通过后台服务器运算处理，向电站各设备发送运行指令，使发电设备按照集控智能运行模型指令数据图库自动运行。
国内多家水利水电科研单位均创新研发出集控运行系统平台，可同时部署监控、电调、水调、故障诊断、安全监测等专业应用，具有智能报警、运检报告、图形化逻辑分析、自学习AGC/AVC等创新功能。单站总负荷智能控制系统可考借用此平台系统进行功能扩展和完善，或寻找国外、合资的相关集控平台系统进行应用扩展。智能控制机器人（后台电脑或服务器）控制系统需预留与电网调度智能集控系统对接的端口，并使用主流技术厂商标准统一的传输信号设备，以便对接通讯控制。
因每站水库形态、机组性能工况不同，所以此集控智能运行模型数据图库工作成果可复制性较小，工作方法可借鉴参考，每站须自行监测编制图库、程序。可寻找借用现成的技术模型软件，输入每站的指标数据，自动生成发电运行水文智能运行模型构架，加快进程。建立模型数据图库的重要作用是让智能集控系统运行有参照的根本依据，出现操作错误或故障可用图库作为核心标准进行对照查验复核。
人工集控可能出现的因自然条件干扰、设备质量缺陷等因素导致的违规情况和调度事故，智能控制创新应用也可能出现，这都是客观规律，应采取措施（用电网建立的安全网络，防范被恶意网络攻击等方法），做好预防，避免违规、安全等事故。不能因噎废食，阻碍智能化的发展趋势。
现在5G通信技术的应用前景良好，自主通讯传输技术已领先世界，以此配套稳定性能的服务器或处理器，配置智能集控系统和先进发电设备等自动化装备，选配生物识别、安全监控等系统，可更加完善智能集控运行系统功能。力争用五年至八年时间，申请重大科技创新、技改升级项目或进行分摊解决所需费，或在系统内在建、新项目上实施应用，建成单站总负荷控制的智能电站。在探索智能电站建设实践中将进行大量新管理方法、新技术应用，应注重经验积累，理论创新总结，申报专业工法或专利，积累科技创新成果。推动行业应用技术大跨步向前发展。
四、建设高级智能水电站
在初步建成单站总负荷智能控制电站后，应对上游支流、重要河段流量监测设备进行升级，提升测量准确度，或增设备用装置，增强监测能力，确保测量数据准确、高效传输。对水文库容智能运行模型数据图库进行充实完善，增加应对汛期突发洪水水文库容智能运行模型数据及指令数据运行程序。
例如：上游河段监测点来水增加（洪水），中间河段监测点多长时间收到此来水增加（洪水、洪峰）信号，此股增加来水耗时多久到达库尾监测设备处（站），通过水文监测系统的数据信号传输到服务器或处理器，经过计算处理得出来水流量、流速，预设在来水到达库尾前的时间点，根据来水量和闸门联合运行模型发出闸门最优启闭操作执行指令，提前启动闸门泄水腾留库容。在保证安全的情况下，同时利用安全指标下的库容继续发电。待收到上游监测点来水减少的信号后，通过中间河段监测点信号确认，根据来水量（减水量）、来水位移速度（或流速）、剩余库容量、发电耗水量、测算的可连续发电时间，设定闸门启闭调节时间节点，虚拟智能机器人（后台处理器或服务器）按闸门联合运行模型组合发出闸门最优启闭操作执行指令，闸门进行闭合，拦蓄来水（洪尾），留存合理库容确保顺利完成后续的发电任务。
对水文库容智能运行部分进行完善的同时，着手对企业所属的同流域上下梯级电站探索进行联合智能集控运行，使具备梯级流域联合智能集控运行能力的企业在争取发电负荷指标时更具优势。进行联合智能集控运行建设的电站需具备单站总负荷智能控制运行功能。含有年、季调节性功能水库电站的流域联合智能集控运行，在编制智能集控运行模型指令数据图库时，需要重点考虑上游调节性水库单位库容的发电利用效率及下游各不同库容电站运行时的耗水量调补匹配。
在流域联合智能集控运行建设中，每增加一座电站进行联合智能集控，此电站的水文库容智能运行模型数据图库、发电机组智能运行模型数据图库将与原联合智能集控运行流域电站的智能集控运行模型指令数据图库相融合，从新进行排列组合，新的智能集控运行模型指令数据将呈几何数级增长。须根据使用功能需要，对智能运行模型指令按优先执行的层级进行排列组合和程序设定。
因建设时期不同及多种原因，流域梯级上下级电站的库容、装机、机量、机型、额定功率、额定流量各不相同，同业主投资建设的同流域各电站过流兼容性能较好，来水的利用率更高，产生的经济效益越大。在完善流域联合智能集控运行电站的智能集控运行模型指令数据图库和对智能集控运行模型指令按优先执行的层级进行排列组合或程序设定时，常规情况下可先按总额定流量（耗水量）最小的“瓶颈电站”为基准，根据此电站总额定流量向上下级电站匹配同等总额定流量运行负荷的方式设置智能运行指令。下游电站出力负荷和泄水量的设定，需考虑区间支流汇入流量的监测及对总流量的影响，以此计算出此流域电站联合智能集控运行模型的最优来水高效利用运行负荷区间，再争取在来水高效利用运行负荷区间测算出最优来水高效利用发电运行负荷区间（即利用上下级电站匹配的总额定流量设定最优的发电机组运行组合），此模型负荷运行区间各电站总库容相对恒定，每站单位库容利用率较高，等量耗水的总发电量较大，经济效益较好，可利用此优势向调度申请此负荷段发电指标。
特殊情况下，电调指令超过最优来水高效利用发电运行负荷区间或按各站较高（或最大）总负荷运行，此负荷运行区段会受“瓶颈电站”总额定流量（总耗水量）较小的影响，此时服务器（或处理器）需按闸门联合运行模型发出闸门最优启闭操作执行指令，启动“瓶颈电站”泄流闸门增加过流量，满足下级电站发电运行的额定流量需要，使各电站按联合智能集控运行模型程序设定的负荷运行。流域小库容电站进行联合智能集控运行时，在电调指令负荷较小时，设置上级或上游电站按电调负荷运行程序、指令，对下级或下游库容偏低电站进行补水。枯期来水减少，可尽量设定在梯级电站联合智能集控运行模型的最优来水高效利用发电运行负荷区间，充分利用来水发电。遇高强度不可抗外力、高烈度地震、超标洪水等紧急情况，设定紧急停机、提闸泄流安全保护程序。多梯级电站联合智能集控运行可以此推算设置，发挥最佳运行经济效益。
在此阶段还需继续完善语音智能控制系统，对值班员语音指令进行分类规范使用，提高智能控制机器人对语音指令的识别精准度，及执行的准确度。扩展语音播报的功能，扩大语音接收识别、播报覆盖范围，包括集控中心及内设休息室、大坝、发电厂房、升压站或GIS楼。丰富语音接收识别、播报内容和形式，内容包括调度中心指令、自然灾害预报、设备故障警报等，还可以通过智能集控系统发送微信语音通告、手机短信给相关工作人员，得到值班员在集控中心的物理方式（或语音）确认和相关检修人员回复确认后，方能停止通告。非紧急重大故障、检修任务安排在白天工作时段进行，减小对检修人员夜间正常休息的影响，有利于开展检修维护工作。完善语音控制系统的重要作用，是在发生特殊紧急情况下，值班人员无法触及控制电脑或设备时，可以通过长期应用维护的语音智能控制系统，发送重要操控指令给服务器或处理器，使发电设备迅速执行保护动作，确保电站设备设施及人员、财产安全。
再经接续建设，建成两至三座或以上的多座流域梯级电站联合智能集控运行系统，预留的联合智能集控运行系统电调集控接口可向省级（区域）电力调度中心对接传输流域电站的运行及可供电情况数据，电力调度中心可通过人工或电脑直接向流域集控发送电调指令，智能集控机器人、服务器（处理器）根据电调指令智能分配发电负荷自动运行，完成发供电任务。发电企业即可只安排两名集控人员负责留守集控室，按照电站现场为最高控制权级、集控中心为第二控制权级、智能机器人为第三控制权级的设定，留意智能机器人是否正确执行调令，按水文库容智能运行模型数据图库运行，确保大坝及发电设施安全，发电机组是否按智能运行模型数据图库合理分配负荷等情况。智能集控运行监控系统发出的提醒通知和故障警报，需设置成高声呗语音警报，能同时唤醒集控中心休息室内的值班人员，遇到紧急情况将控制权切换至集控中心或现场，由值班人员操作控制。随着合资或国产通讯、集控、发电设备的质量不断提高，联合集控智能运行的安全稳定性也将逐步提升，最终可以基本消除集控运行人员三班倒对正常作息生活的影响，实现高级智能发电。促进能源和新技术深度融合，持续提升发电企业综合实力。
五、智慧电站基建管理系统应用
在新电站的建设中，从土建施工阶段就可着手采用创新科技协助智能电站修建，有助于提升施工质量，为后期更好发挥拟人化智能运行做好铺垫。在土建施工管理中可尝试应用P6项目管理、BIM建设信息管理、北斗卫星定位辅助、大坝形态数字监控、物资智能管控、工区门禁安全智能识别、混凝土拌和动态监测、物资库区工业监控、三维成像动态展示等技术为基建服务。也可增配模拟智能机器人控制及展示系统，参照智能集控运行展示系统，购置安装智能基建施工监控系统，将工区门禁安全系统、混凝土拌和监测系统、物资智能管控系统等主要施工管理模块的重要数据（例如：每日进入工区人员、车辆数量、设备功率，钢材、水泥、砂石物资进出料量等，现库存量及货存价值，本月物资消耗量、下月需求量，混凝土拌和系统日生产量，每日周月应完成进尺、浇筑量、金属结构制安量、实际完成量等）传输汇总至智能基建施工监控系统，智能机器人可根据系统提供的数据回答访客、管理人员的提问，智能基建施工监控系统根据汇总数据对每日投入人力、设备不足，周浇筑量未达标，月产值未完成，物资储备较少、施工进度落后等情况发出警示信号，或向相关管理人员发送微信语音、手机短信提醒，以便及早发现问题，及时研究解决，确保按期高质量完成电站基建目标任务，为电站投产后智能、安全、稳定运行奠定良好的基础。推动电力企业实现更高质量、更有效率、更可持续的发展。
六、建设超级智能电站体系
在建设智能电站的同时还需加强与电网公司的主动沟通协调，根据以往基层发电企业在流域梯级集控管理中的优化创新技术应用，对电网调度的积极影响成效，可借鉴此有益经验，向电网公司宣传智能电站联合集控运行的良好作用和重要意义，争取获得电网公司的支持，进行同步对接智能升级，促进智慧能源网络体系建设。展望智慧能源网络体系，各发电企业的太阳能、风电、水电、核电及其他种类智能电站通过与电网公司智能调度控制系统的网络连接，将单站、流域梯级电站具备供电能力的信息（最大出力负荷、最佳出力负荷、出力负荷运行时间等）数据传送至智能调度控制系统服务器（中央处理器），智能调度控制系统按照调频、调峰机组排序、不同种类能源电站机组季节时段供电特性、单站与流域梯级电站接替出力先后排序等设定程序，根据辖属所有社会用电户总负荷的动态监测数据，向各企业流域梯级电站、单站、特定机组发送负荷分配指令信号，各流域梯级电站、单站、特定机组接受到智能调度系统的指令信号后，经智能集控运行系统向发电机组及配套设备发送操作指令信号使其自动运行。此智慧能源网络体系的建设和应用发展，将实现多站点、多流域梯级智能电站联合智慧集控运行，减轻电网调度集控人员的工作压力及负担，增强发输电的精确度，提高能源发电利用效率，使电力行业为社会经济发展注入持久动力。
七、结论
“创新”是五大发展理念之首，更是深入开展提质增效的“助推器”。在坚定走中国特色的能源高质量发展之路的思想引领下，通过对智能电站建设创新理念、发展方向的探索研究和有效路径的分析设想，为推动智能发电和智慧电厂建设发展出谋划策。利用现有量产新设备、成熟新技术组合应用的方式编制科学合理的创新综合举措，将物联网、人工智能、大数据、云计算、5G通讯等概念和技术在智能电站建设中进行结合实践，使所有的设备、人、物，物与物之间，达到彼此融合支撑、互通互联。使智能化施工管理应用保障按期高质量完成电站基建目标任务，并可有效控制投资和成本，为投产后智能、安全、稳定运行奠定良好的基础。已投产电站将逐步升级成高水平的智能化电站，较好解决对集控运行人员正常作息影响，实现自动化监护电站设备设施及人员、财产安全，提高能源发电利用效率，持续发挥最佳经济效益，使电力行业更好的服务社会经济发展。以此带动行业应用技术优化升级，推动能源发展的质量变革、效率变革，促进我国能源及相关产业加快实施创新驱动发展。
作者简介：尹大瑜（1986.12-），男，汉族，本科，政工师，从事党建纪检监察工作