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某水利调度中心智能调度管理系统

1.系统概述

北京南水北调配套工程是连接南水北调中线干线和北京水网的纽带,形成两大动脉、六大水厂、两个枢纽、一条环路和三大应急水源地构成的“26213”供水格局,进一步完善北京城市供水系统,实现本地水、外调水、地下水的联合调度。

北京南水北调调度中心智能调度管理系统围绕北京南水北调配套工程的建设和运行管理目标,建设“五大应用、一个数据资源中心、一个实体环境、三个支撑平台、三个保障体系”,满足市南水北调工程的信息采集传输、监测预警、运行调度、抢险应急、工程运维等业务领域管理需求,提高常态和非常态运行方式下工程运行调度的快速反应与处置能力,保障市南水北调工程的安全运行和供水安全。

2.系统挑战

建设中心调度管理系统,为来水智能调度管理系统提供基础运行信息,依据日调水量调度指令,通过流量调度模型自动生成现地站设备的执行控制指令并进行远程控制。其建设内容包括如下部分:

  • 建设指挥中心自动控制系统,形成统一的监控平台,并配置相关的通讯设备、数据采集设备、数据存储设备,实现对北京南水北调配套工程自动监控系统的远程监测和控制。

  • 完成与分中心、现地站监控系统接口、数据交换接口及与智能调水管理系统接口建设。

  • 建设调度执行系统,制定调度计划,实时接收智能来水系统日调水量调度指令,利用流量调度模型自动生成现地站设备的执行控制指令组合,实现节能降耗、运行组合最佳的目标,实现智能调度管理。

3.系统架构

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图 系统架构图

4.系统亮点

4.1.智能调度计划

调度计划作为智能调度管理系统达成的目标,起着至关重要的作用。根据调水需求制定一定周期内喝、存、补调度计划,并将调度计划按管理级别逐层级分解,责任到各个单位。现地站作为调度计划的执行单位,其执行情况将决定总的调度计划达成情况,对于因突发事件不能按计划执行的情况及时反馈,实时调整调度方案。

系统实时接收日调水量调度指令,利用流量调度模型自动生成现地站设备的执行控制指令组合,确保设备最佳的运行状态、降低能耗。

4.1.1.调度计划的制定与分解

根据调水需求,制定各管理级别的调度计划。如下图,基于调水需求,制定指挥中心喝、存、补调度计划,并分解到各管理处。

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图 指挥中心调度计划

各管理处或分中心将调度计划逐层分解,生成各现地站日调水量信息。

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图 分中心调度计划

4.1.2.流量调度模型调度排产

基于粒子群优化算法,综合设备运行参数、海量历史过程数据、现场操作经验数据,开发流量调度模型、拟合泵机组运行曲线,将日调水量转化为最佳的设备控制指令组合,作为调度建议下发到现地站,实现智能化调度管理。

从智能来水系统实时接收日调水量调度指令作为调度目标,包括调令编号、站点编号、调度指令下发时间、调令计划执行时间、控制值等内容,如下图所示:

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图 调度指令

基于泵站运行实况、泵站基本参数,设置排产约束,设置优化目标,信息确认后进行调度排产,通过粒子群算法和优化目标建立数学模型并计算求解相对应的优化排产结果。同时根据实际情况和需要编辑泵站基本参数、排产约束等条件并记录在库,形成该泵站独有的优化调度知识库用于参数的自动修正。

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图 调度排产

经过保存/确认后的调度排产结果,系统自动将其转化调度执行指令组合,生成调度执行方案,如下图所示。经过审批后的调度指令方案作为调度建议下发到现地站。

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图 调度执行方案

4.2.实时调度追踪

调度追踪的目的是确保调度计划的有效执行。实时了解当前调水情况,如调度计划是否达成、能源消耗如何,当前进度是否满足调水需求。根据调度反馈,及时调整调度计划。

从设备层实时追踪计划达成情况、逐层汇总,统计分析各管理级别的当前计划达成情况,实时评估当前进度是否能够完成调度计划目标。

4.2.1.基础数据追踪

实时追踪各现地站在单位时间内的调水量、压力、液位、瞬时流量、耗电量等运行效率信息。基于GIS和3D的全景数据展示,绘制管网分布图,标注指挥中心、分中心、现地站、水库、设备的地理位置,通过鼠标滚轮缩放实现不同地理空间和图层的无级缩放。

如下图所示,全景展示指挥中心关键运行数据,实时监测数据的健康运行状态,当有数据异常弹出提示标签,鼠标滚轮放大显示更详细信息。

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图 指挥中心地理分布图

泵机组的详细数据展示,较逼真的动态展示机组的运行状态和异常运行信息。

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图 泵机组数据展示

闸站的详细数据展示,较逼真的动态展示闸门的提升状态和异常运行信息。

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图 闸门数据展示

4.2.2.调度计划达成追踪

实时追踪各管理级别当前调水达成量,和调度计划进行对比和分析,综合评价当前计划达成质量,根据实际情况调整调度方案,最终满足调水需求。

通过甘特图实时追踪指挥中心以及下级各管理处喝、存、补调度计划达成量,实时评估当前计划达成质量,当前进度评估不能满足调度计划时提醒调度管理员及时调整调度计划、分析可能的原因。

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图 指挥中心调度追踪

4.2.3.调度执行方案追踪

实时追踪调度指令当前执行状态,实时追踪设备运行组合是否按照流量调度模型输出调度排产计划执行,实时接收调度执行反馈,丰富调度经验库,不断优化流量调度模型。

如下图,实时追踪各调度指令当前执行状态和执行反馈信息。实时分析调度指令的各个阶段如确认、审批、调度排产、调度执行等所消耗的时间是否在设定时间范围内,否则将再次提醒避免调度指令遗漏处理的情况。

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图 调度指令执行状态

实时监测泵机组或闸门的运行状态,追踪流量达成情况信息,对于未按调度执行方案建议执行的情况或者执行异常情况及时反馈,实时监测设备控制指令前后流量等变化趋势信息。

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图 泵机组调度追踪

4.3.历史追溯

通过对历史数据的统计、对比分析,掌握历史时期计划达成情况:调水量指标达成情况、耗电量计划指标达成情况。对计划达成情况进行排名,分析存在的问题,通过各种图表,为管理决策提供重要依据。

4.3.1.计划达成历史追溯

通过时间轴选择要查看指挥中心及下级管理处历史时间段计划达成情况,将计划和实际达成量通过柱状图和饼图的形式对比显示,分析质量指标达成情况。

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图 指挥中心调水量历史追溯

4.3.2.设备控制历史追溯

鼠标滚轮放大查看现地站及各个机组的历史达成情况,以及设备下发控制指令前后流量、水位、开度等趋势变化信息。


图 设备执行状态历史追溯

5.系统总结

南水北调配套工程基础运行信息数据规模大、设备分布广泛,基于设备模型的开发,只需简单的模型实例化配置,大大降低了系统开发难度。

作为典型的南水北调原水调度工程,开发了流量调度模型,基于供水需求,合理制定调度计划,并一键生成设备控制指令,改变了以往主要靠人工经验进行的调度排产,实现运行工况考虑更全面、设备运行效率最高的目标,实时反馈计划达成情况,进行闭环控制,实现智能化的调度管理。同时流量调度模型集成多种设备类型和调度目标,实例化时根据需求进行简单配置,满足了需求的随需而变。