一．中国水利发电信息系统概述
全球能源工业面临着经济增长和环境保护的紧迫性带来的压力，推动了可再生能源的发展。同时，间歇性可再生能源对电网的日益渗透也对电力供应安全提出了新的挑战 。水电作为一种清洁能源，由于其可靠性、灵活性和可负担性，对能源行业的所有利益相关者，包括公司、政府和公众越来越具有吸引力。2017年，全球平均水力发电量已超过4000太瓦时，占全球总发电量的16% ，占可再生能源发电能力的68%。国际可再生能源机构预测，到2030年，全球水电装机容量将达到2200千兆瓦，处于能源行业的前沿，对解决能源短缺的挑战具有重大意义。
随着“互联网 +”模式的创新和突破，智能水力发电电网和能源互联网的研究以及信息化和产业化一体化的发展，电力工业的生态环境发生了迅速的变化。电力企业呈现出互联广泛、高度智能化、开放性和互动性等新特点。能源互联网的体系结构对电力系统的信息安全提出了新的要求，带来了严峻的挑战。水力发电系统(HGS)是一个集水力、机械和电气于一体的设施 ，由发电机组、压力管道系统和调节装置组成。为了应对不同阶段的发电和辅助服务，HGS 经常面临动态过渡，也称为过渡过程，主要包括启动/关闭过程、甩负荷过程和突然增加/减少负荷过程。这些转换可能会引起瞬态安全问题，包括液压、机械和电气等子系统的不同程度的故障。
二． 系统设计方案概述
信息安全风险可以使用不同的方法进行评估，这两种方法依赖于威胁和信息流模型。通过应用各种设计来模拟业务流程相关信息保护的工具和方法，作者识别并分析了需要采取保护措施的最常见风险。在对信息系统安全进行定性和定量分析时，运用了经济学和数学方法。目前还没有统一的定性和定量风险评估方法。在以货币形式评估风险时，应考虑设备购置和安装费用以及人员培训费用。在项目的早期阶段，由于没有足够的信息来做出决定，专家方法是有效的。从电力安全的角度来看，水力发电以其储能能力和对电频率和峰值负荷的调节能力的突出优势，成为缓解多能源电力系统稳定性问题的最有效途径。水电站的工程实践通常依靠定期维护来减少高压水电站的作业风险。这意味着缺乏有效的方法来利用试验和操作数据来减少故障发生的可能性和最大限度地发挥台站资产的效益。在建议的方法上，现有的安全评价方法主要集中在静态数据的管理上。然而，为了适应电网不断变化的需求，高压水轮发电机组的运行条件需要不断变化。因此，提出一个针对不同过渡过程的动态安全评估框架具有重要的理论意义和实用价值。
2.1 HGS 的瞬态特性
高压水轮发电机能有效地利用水力发电并将其输送到电网。它们的运行包括稳态过程和瞬态过程，对这两种过程进行安全评估是非常重要的。通用HGS由水库、管道系统、调压室、水轮机、发电机和控制系统组成。由于启动过渡过程是 HGS 运行期间重复性最强的过程之一，本文重点研究了启动过渡过程的风险评估问题。在启动过渡过程中，导叶开度按照既定规律增大。这导致了管道中流体的压力脉动和涡轮扭矩的大幅度增加，这极大地影响了部件退化的速度，加速了 HGS故障的发生。本文提出了一种基于增强型动态模糊熵评价方法的 HGS 经历大幅波动过程的安全评价新方法。该方法有效地克服了传统方法主要是静态性能估计的缺点。同时，它的实施有利于水电站运行管理风险的缓解和维护调度的修正。为了克服评价指标权重确定的主观性，采用熵权法进行评价。HGS考虑了十九个评估指数及三个安全水平(稳定、不稳定及不可接受)，稳定水平意味着 HGS 处于正常状态，不可避免的振动和噪音。不稳定水平是指对HGS及其操作人员的剩余使用寿命产生负面影响的相对恶劣的操作条件。这是因为，安全水平不可接受的指标容易立即产生事故风险，对水电站的生产率和维护要求造成不利风险。
2.2 动态平衡测试
为了消除发电机和励磁系统的稳定性问题，在动平衡试验之前进行了磨合试验和空载试验。磨合试验结果表明，发电机正常旋转，没有机械传动问题的迹象。空载试验表明，实测电流和功率与相应的特性曲线基本一致。然而，它在100% 磨合试验和100% Ue空载试验中观察到指标的显著振动和水压力。这项分析提供了对操作安全程度的简要了解，尽管需要对此进行更深入的调查，以便向操作人员和风险管理人员提供安全改进建议。这是因为许多指数超过了其最大允许值，因此难以确定资源必须用于哪些方面以减轻风险的优先次序。另外，指标之间的内部耦合所产生的复杂性也不容忽视。例如，一个指数的微小变化可能导致多个指数的戏剧性变化，从而导致内在的不同业务特征。因此，为了解决剧烈震动、波动和波动的问题，必须进行彻底的评估，以更好地了解 HGS 的动态行为，并控制决定作业风险的主要指标。
2.3 安全风险防控措施
水电站的安全分析目标是减少作业风险，避免额外的电力生产成本，并协调有效的维修计划以优化资源的使用。所有这些目标都可以通过评估设备和过渡过程的关键操作阶段来改善 HGS 的安全。本文的研究成果可以为水电站风险缓解和维修规划策略的修订提供参考。
首先，营办商应对 HGS 在(50兆瓦，90兆瓦)负荷范围内的安全状况更加谨慎，仔细监察风险指数，以便产生有效的警告，避免发生故障事件。应当指出的是，虽然这里确定了一个具体范围作为最临界负荷条件，但拟议的方法可以很容易地用于任何其他设施，从而产生其特殊的安全要求。同时建议维修人员在安排下一次维修中断时，如果报警策略和维修程序不是很有效，应该更加注意以前的故障位置。
其次，由于观察到最高风险与启动过程的早期阶段有关，我们建议作业计划以优化启动策略为目标，例如确定最佳导叶法和减少操作员的错误操作频率。此外，水电站应安排维修方案，应对评估结果中突出的潜在不良事故。虽然预期 HGS 的最终动态操作安全状况会保持稳定，但我们不能排除发生不良事件的可能性。因此，水电资产管理人员可能能够延长预防性维修间隔时间，或者最好将定期基于时间的战略改为基于条件的战略，优化维修时间表，从而最大限度地减少意外停机或过多维修活动造成的财务风险。
三 小结
综上，由于 HGS 约80% 的故障是由启动过渡过程中的液压机电元件(即水轮机轴、发电机轴及压力管)的振动所触发 ，因此这项研究并没有考虑系统的典型电气特性(例如电流和电压)。为了改善这一点，今后的工作可能集中在与其他能源系统结合的 HGS 并网电力安全评估。
参考文献：
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