水利調(diào)度自動化在南水北調(diào)工程中的研究應(yīng)用

陳勝利　邊傳偉

【摘要】南水北調(diào)工程的主要目的是實現(xiàn)跨流域水資源的開發(fā)利用，滿足北方地區(qū)的供水需求，同時還有發(fā)電、防洪、改善生態(tài)環(huán)境的職能。在解決北方的缺水問題上，南水北調(diào)工程是戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程，對區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會環(huán)境的改善有著巨大的影響。隨著社會的發(fā)展，科技水平的提升，現(xiàn)代化技術(shù)被運用于越來越多的行業(yè)中，南水北調(diào)工程也不例外。本文通過對南水北調(diào)工程中應(yīng)用的現(xiàn)代化技術(shù)的研究來反應(yīng)現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用對社會發(fā)展的重要作用。

【關(guān)鍵詞】水利調(diào)度自動化；南水北調(diào)工程；研究應(yīng)用

水利水電是人民生活的基本需求，也是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本。隨著社會和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市對于水利的需求越來越大，由此，北方城市的缺水問題也就越發(fā)突出了。南水北調(diào)工程正是在這種背景下被制定出來的。它一定程度上解決了北方城市的缺水問題，實現(xiàn)了資源的跨區(qū)域利用。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，水利工程相關(guān)的現(xiàn)代化技術(shù)也在不斷發(fā)展，再加上國家對水利建設(shè)的大力投資，相關(guān)的管理也得到了完善和普及，逐漸為南水北調(diào)工程建立了一套智能型綜合化的供水系統(tǒng)調(diào)度和一體化的完善的系統(tǒng)管理模式。為南水北調(diào)工程帶來了便利，減少了損耗，同時促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1、南水北調(diào)工程自動化調(diào)度系統(tǒng)分析

南水北調(diào)工程的水利調(diào)度自動化系統(tǒng)主要包括有水量調(diào)度、工程安全監(jiān)測自動化、三維仿真、水質(zhì)監(jiān)測、安防監(jiān)控系統(tǒng)、閘站監(jiān)控系統(tǒng)六大應(yīng)用他說系統(tǒng)。其中，最重要的就是水量調(diào)度系統(tǒng)，它是工程管理系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制與統(tǒng)一調(diào)度的保障。工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)針對的是地下的建筑，比如隧道、渡槽、倒虹吸等，同時擔(dān)負(fù)著監(jiān)測特殊渠道的職責(zé)，通過系統(tǒng)，將特殊渠道內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，上傳到調(diào)度中心，對于異常情況會進(jìn)行報警處理。三維仿真系統(tǒng)是通過數(shù)字化應(yīng)用，將中線干線工程全貌及工程沿線社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境從平面變?yōu)榱Ⅲw，更加全面地在計算機中進(jìn)行展示。水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)自然就是對水質(zhì)情況進(jìn)行實時監(jiān)控，對不搭調(diào)或者受污染的水質(zhì)金屬進(jìn)行報警，以方便調(diào)度中心及時進(jìn)行處理。閘站視頻監(jiān)視主要作用于閘站，對閘站內(nèi)的環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，確保閘門機啟閉機運行正常，機房設(shè)備沒有損壞，水流狀態(tài)正常，保障閘站的安全，同時對遠(yuǎn)程操作進(jìn)行維護(hù)指導(dǎo)。閘站監(jiān)控系統(tǒng)就是大“BOSS”，負(fù)責(zé)全線的統(tǒng)一調(diào)度和集中控制，對閘站進(jìn)行控制模擬，對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計，對運行狀態(tài)進(jìn)行檢測分析，對水位流量進(jìn)行監(jiān)控報警，對系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2、水利調(diào)度自動化在南水北調(diào)工程中的研究應(yīng)用

2.1 應(yīng)用規(guī)劃階段

線性規(guī)劃在水利調(diào)度發(fā)展的初級階段是不可或缺的。線性規(guī)劃主要是通過函數(shù)來實現(xiàn)自動化利用與控制的。它依據(jù)水利工程目前的實際情況和問題，在對線性目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)用一種動態(tài)化的優(yōu)化策略，設(shè)計出相應(yīng)的約束表達(dá)函數(shù)，在利用約束表達(dá)函數(shù)來實現(xiàn)自動化。在目前的水利調(diào)度自動化應(yīng)用中，線性規(guī)劃受到了廣泛并且長久的應(yīng)用，在不斷的實踐中進(jìn)行優(yōu)化，逐漸形成了系統(tǒng)化的完整過程，在水利調(diào)度中發(fā)揮著重要的作用。

實際供水的需求量和規(guī)劃的供水需求量是存在差異的，根據(jù)實際情況對供水系統(tǒng)的具體調(diào)度運行過程進(jìn)行劃分是水利調(diào)度工程的基礎(chǔ)職能。通過將調(diào)度過程劃分為連續(xù)不斷的不同階段，保證對每個階段的具體調(diào)度運行作出合理的決策，將多段決策系統(tǒng)化，并且在不斷的調(diào)試和實踐過程中將決策最優(yōu)化并最終通過數(shù)字進(jìn)行體現(xiàn)，對供水需求量的差異問題，通過動態(tài)化規(guī)劃進(jìn)行解決。

2.2 大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)技術(shù)

供述系統(tǒng)是由很多個不同的機組組成的，它們共同作用構(gòu)成了龐大復(fù)雜的水利系統(tǒng)。要想使如此繁復(fù)龐大的水利系統(tǒng)順利運行，就要依靠大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)技術(shù)。通過大系統(tǒng)優(yōu)化處理，將一個大事件分解成若干個小事件，再通過降維、降價將事件分配到具體的機組中去，這樣就化解了水利工程的應(yīng)用難度，使相關(guān)事件處理更加方便快捷。關(guān)于系統(tǒng)分解，主要是把應(yīng)用過程中的主系統(tǒng)分解成若干個子系統(tǒng)，將專項事件放入到專門的子系統(tǒng)中進(jìn)行處理，這樣子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的問題規(guī)?？s小了，弱化了管理強度，出現(xiàn)問題時也能及時找到相對應(yīng)的子系統(tǒng)，優(yōu)化了系統(tǒng)的可行性和可靠性，提高了工作效率，節(jié)約了成本。

2.3 集成水量調(diào)度系統(tǒng)與閘站監(jiān)控系統(tǒng)

水量調(diào)度系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)主要是為了服務(wù)于供水計劃生成模型、冰期輸水控制模型、總干渠水力學(xué)模型、應(yīng)急預(yù)案模型等功能。這些數(shù)據(jù)庫模型的數(shù)據(jù)必須保持高度的統(tǒng)一和共享，如此，才能提供正確可靠的調(diào)水參數(shù)。這些通過閘門控制指令進(jìn)行計算得到的參數(shù)分為兩種，一種是建筑物設(shè)計的模型參數(shù)，相對來說屬于靜態(tài)的數(shù)據(jù)，包括有閘門類型、水位最大降速、模型自身參數(shù)、渠段長度等等；另一種則是監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)，這屬于動態(tài)的數(shù)據(jù)，主要是供水調(diào)度的實時狀態(tài)，包括過閘流量、閘門開度等等。

2.4 數(shù)據(jù)通信與采集

情監(jiān)測閘站的智能設(shè)備及數(shù)據(jù)采集軟件在水利調(diào)度自動化系統(tǒng)的主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和采集。在實際情況中，二者不需要依靠人工，在 TCP / IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的前提下，運用信息化網(wǎng)絡(luò)，利用水利調(diào)度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺與 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，就能完成通信。具體表現(xiàn)主要是：通過支持 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的水情通信裝置和信息化智能電子裝置實現(xiàn)對溫度、電壓、水情、閘門開度等信息的實際狀態(tài)的采集，同時利用水利調(diào)度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在南水北調(diào)工程中，在 Windows / Linux 系統(tǒng)平臺上運行的 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動模型主要是在水里調(diào)度自動化的條件下，通過通用的可配置編程語言（ SCL） 進(jìn)行描述。

結(jié)束語：

水利調(diào)度自動化在南水北調(diào)工程中處在核心地位。整個系統(tǒng)對閘門控制質(zhì)量的生成和不同情況下的水量調(diào)度計劃的制定都騎著至關(guān)重要的作用。通過系統(tǒng)閘站監(jiān)控系統(tǒng)與水量調(diào)度系統(tǒng)之間的平臺完善與數(shù)據(jù)通信得以完善和實現(xiàn)，在傳統(tǒng)應(yīng)用狀態(tài)下，閘站監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集的核心的情況得到了改善。同時系統(tǒng)還優(yōu)化了效能，保證了運行中的準(zhǔn)確性，并且成本低廉，開發(fā)簡單，在實現(xiàn)資源最優(yōu)化配置的同時也為南水北調(diào)工程做出來巨大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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