摘要：水电站自动化的发展历程其核心是控制元件的发展历程，那么下一步水电站的自动化将怎样发展，目前还需做好哪些准备，本文结合水电站自动化发展历程，控制元件发展历程及笔者从事的岗位，对水电站自动化的发展进行探索与思考。
关键词：自动化；控制元件；大数据；人工智能
1 水电站自动化发展简介
以调速器为例，在我的家乡上世纪80年代投运的微型水电站（装机不到100kW）调节负荷时就是人工直接操作手柄实现导叶开度变化，这种最原始的调速器现代的运行人员是无法理解和想象的。为了减轻运行人员工作强度和适应单机容量的不断增加，调速器先后经历了机械液压调速器、电气液压调试器和微机调速器，发展历程非常清晰：机械液压、电气液压、微机，特征也非常明显：设备体积越来越小，但调节精度越来越高，自动化程度越来越高；但不管是机械液压、电气液压还是微机调速器始终有一条没有变，其实都是在模拟人工操作的过程。
2 水电站自动调节与人工调节对比分析
先来回顾一下发电机并网后（孤网模式）人工操作过程：运行人员观察到电网频率降低（升高）后，开始操作手柄增加（减少）导叶开度，使电网频率稳定在50Hz附近，此轮操作结束，后面若再出现负荷与发电机输出不平衡时又开始新一轮操作。我们再来分解一下微机调速器（孤网模式）控制过程：测频模块（网频）测量电网频率与频率给定50Hz进行对比，若电网频率小于（大于）频率给定0.15Hz时，输出控制信号经电气放大和液压放大后操作接力器调节导叶开度，随着开度的调整，测频模块监测到频率变化，与孤网频率定值对比，符合要求则此轮调节结束。通过对比分析不难看出整个调节过程是相通的：观察（测量）-分析判断（与定值对比）-操作（输出信号）-观察（测量反馈）。
3 人工智能水电站发展方向探索
自动化的发展历程其实是控制元件和测量反馈元件的发展之路，控制元件的发展决定自动化的发展进程，从1904年第一只电子管诞生起，经过一百年的发展，其间经过晶体管、集成电路，然后到现在的微机控制，元器件的集成化程度越来越高，自动控制技术也从可见的硬接线发展为电脑模拟的控制逻辑（PLC程序），那么下一步自动化的发展方向是什么？是继续提高集成化程度，还是另辟蹊径寻找新的出路？
目前国内电网频率波动范围控制在50±0.2Hz，根据工业4.0需求，制造业加工精度将进一步提升，从供电侧考虑，就需要缩小电压频率波动范围，电网频率波动范围就可能提升到50±0.1Hz，那么对应发电机组调速器调节性能就要进一步提升，以现在控制设备的性能已能完全满足电网频率控制要求。即控制精度不再是水电站自动化关注的方向，控制精度应该是高精密加工企业关注的方向。
近两年各行各业掀起了人工智能的热潮，好像与人工智能一沾边就显得高大上，真是这样吗？也不尽然，比如拿马爸爸的无人超市说事，顾客进店刷脸（识别）或扫二维码，挑选好商品后刷码，确认支付，开门离店，整个过程看起来是不与任何人接触就可以完成一次美好的购物。仔细想想真是无人吗？至少进货、运输、货品整理摆放还需要人吧！无人超市仅是替代了收银员的部分作用，注意是部分，还得由顾客完成以前收银员的商品扫码工作。所以马爸爸的无人超市准确的说应该是无人收钱超市。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果有一天能做到数据自动统计分析、智能配货、智能上架、自动收款才是真正意义的无人超市。
前段时间我公司组织调研了国电公司的智慧电厂，发现两个亮点，一是巡检机器人的应用，二是智能仓库的建立。巡检机器人能及时有效地发现漏油、漏气、漏水，设备温度过高等故障，可以大大减少运行人员现场巡视设备的工作量，可以看作水电站自动化再上一个台阶的标志，但要称为智慧电厂或智能电厂，我认为还可以再进一步挖掘。例如，当巡检机器人发现某个设备温度过高时报警，报警值的整定我们一般是以额定负荷下设备连续稳定运行的温度为标准，而没有考虑环境温度、负荷变化、前期运行温度变化趋势等变量，这恰恰是我们容易忽略的环节，而变量怎么引入才有效，这就需要积累设备的运行基础数据，然后根据基础数据设置合适的公式，达到在不同工况下准确反应设备运行情况，有异常时能及时报警，这样才能真正替代运行人员的统计分析能力，实现真正的人工智能。
如何实现真正意义的人工智能水电站？当下可能很多人都在思考，但每个人的观点可能不同，最终会随技术的发展而定型。我理解的人工智能水电站有几个特征，第一，一个人可以管理一座电站甚至更多，不再需要人员监盘抄表，电站大数据已完善，设备运行工况按时存储和分析，超出标准及时报警，并弹出故障报警处理流程，不会再发生人员误操作；第二，全站只有1—2名维护人员承担设备维护和突发事件处理，设备故障判断处理不再是难点，人工智能设备能准确报出故障点和处理流程；第三，管理人员可以在全国各地居住，因为通信网络的发展，特别是5G的普及应用，通道传输不再受限，不再需要集控中心，一部手机或一部远程终端就可实现集中控制，都市化水电不再是梦想，管理水电就如玩手机游戏一样容易；第四，备品备件大量减少，甚至零库存，各集团公司将会有物资大数据库，数据库实现共享，各电站根据设备老化情况、故障情况提前一定周期准备备品备件，如果发生突发故障，需要备品备件时可以通过共享平台调用其他公司备品备件，即使没有备品备件也不着急，物联网的成熟，厂家会以最快的速度提供备品备件，我们只需要提前准备不通用的、生产周期长的、易损坏的备品备件即可；第五，设备检修不再需要计划检修，人工智能后台将对设备大数据进行分析，根据设备运行情况和老化情况拟定检修时间、工期、材料、工器具、备品备件、工时和相应专业人员等。
人工智能水电站的实现目前还有几个难点：一，欠缺设备基础数据，比如前面提到的温度变量，各电站设备各异，需要根据电站实际情况确定合理的定值，这就需要各水电站建立自己的大数据分析库；二，需要建立大量分析模型，比如目前在线监测厂家开发的发电机组分析、报警功能，后面还需要开发更多的此类功能替代人工分析；三，电压、电流、温度、水位等等自动化元件的价格还较高，今后希望能开发出集成化的监测传感模块。
4 应对策略
以上是我对人工智能水电站的愿景，还有很多未考虑到的环节，希望大家批评指正。根据对愿景的设想，立足于水电站生产岗位，为早日实现人工智能水电站，实现故障自动分析、自动诊断、自动报警等功能，当下雅安大唐生产人员正在建立设备大数据库，从二次设备做起对设备故障进行完全分类，编制处理流程，最终合订成册，这样就建立起二次设备故障诊断的大数据，下一步可以根据各电站设备情况有重点地增加故障诊断程序，实现设备的人工智能诊断。
5 结语
实现人工智能水电站是从事水电站工作人员的梦想，也是水电站自动化的发展趋势，不可阻挡，我们唯有走在潮流前方才能更好地适应时代发展，为人工智能水电站的早日实现建立好设备大数据，立足本职岗位为推进人工智能水电站发展积极奋进。
作者简介：
杨明月（1976-），女，四川雅安人，助理工程师，从事水电厂生产运行工作。
论文作者:杨明月
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：水电站论文; 人工智能论文; 调速器论文; 设备论文; 频率论文; 控制元件论文; 雅安论文; 《电力设备》2018年第21期论文;