引言

近年来，智能技术飞速发展，引领者人类社会的又一次全方位变革。水电站作为兼具环保、经济等重要功能的大型工程，其智能化技术升级具有很好的前景。在水电站项目中融入智能技术，主要是运用先进的信息技术、自动化控制和大数据分析等手段，提高水电站的运行效率、安全性和可靠性。尤其是随着可再生能源需求的增加和气候变化问题的日益严峻，智能水电站作为绿色能源的重要组成部分，在优化资源配置、提升发电效益以及减少环境影响方面显示出巨大的潜力。因此，有必要结合实际，对智能水电站的相关研究进程、发展趋势及技术要点进行更进一步探究。

一、智能水电站的特点

智能水电站是一种融合现代信息技术、自动化控制系统以及先进数据分析方法的高级综合性水力发电系统。在该系统中，物联网、大数据、云计算和人工智能等科技被充分应用到发电、电力输送、系统管理等多个方面，大幅度提升传统水电站的运行效率、安全性及社会经济效益。智能水电站的智能性主要体现在通过大量的信息监测、数据分析，自动调节工况，可实现故障预测、预防性维护等功能，从而优化资源配置，促进综合效益最大化^[1]。具体来讲，智能水电站的特点主要体现在以下几个层面：

（一）高度自主性的运行管理

在智能水电站系统中，配备了覆盖多个运行管理板块的传感器网络，以及先进的数据采集系统。基于此，可以实时监测河道流量、水库蓄水量、机组状态等关键参数，并将相关信息迅速反馈到中央控制系统。借助大数据分析及人工智能算法，可以实施评估水电站系统的运行情况，生成最优调度策略。同时，根据需求精确控制发电量、阀门开度等参数，满足在各种条件下实现最优发电效率的需求。同时，高度智能化的水电站系统还将协调多种能源之间的平衡，充分利用资源，减少能源浪费。

（二）自主诊断和维护

在大数据分析、传感器技术、智能算法等技术的加持下，智能水电站可以执行全面且细致的自我诊断功能。例如，该系统可以实时检测机械部件、电气系统甚至土木建筑结构中的微小变化，并据此分析、预测相关风险。在此基础上，运维人员可以在故障实际发生之前采取预防措施，减少因设备故障或工程质量问题导致的停机时间，维持水电站系统的稳定运行，并延长整体使用寿命。同时，也将减少突发事故带来的损失。

（三）环境友好型设计

水电站作为与生态环境息息相关的工程系统，建设和运行不仅对水生态产生影响，但同时其本身所属电力类型具有很好的生态属性。基于此，智能水电站的开发建设非常注重生态平衡。其在大数据分析和多参数监测的基础上，对系统进行控制，减少水电站运行对自然环境的影响，同时也将发电量、能耗控制在最优区间内。例如，通过精准控制放流水量和流速，可以减轻对下游生境造成的不利影响。在鱼类繁殖季节，可以根据生态学模型调整排放模式，保护鱼类栖息地。值得一提的是，智能技术加持下的水电站系统有很精准的压力控制能力和流体动力学控制机制，可以更合理地规避泥沙淤积等问题，有效维护坝区周边生态环境^[2]。

二、研究与发展智能水电站技术的意义

（一）提升能源利用效率，促进可持续发展

研究与发展智能水电站技术能够显著提升能源利用效率。例如，通过精准监测和动态调节水流及发电机组运行状态，可以最大限度地根据设备状态及外部环境实现高效发电。智能算法可以根据实时数据对蓄水量、流速进行优化控制，在各种工况下实现最优的能量转换效率。在智能系统的加持下，可以减少能源浪费，降低水电站的单位发电成本。尤其在全球气候变化日益加剧的背景下，提高以水电为代表的可再生能源的生产和使用率，是实现碳中和目标的重要途径，有助于推动社会经济的绿色低碳转型。

（二）增强系统可靠性与安全性，保证稳定供能

在引入先进的信息技术和自动化控制系统的基础上，智能水电站可以实现对各种设备系统的优化调控，保证电力产生、输送、储存等环节的稳定性。具体来讲，首先全面覆盖的传感器网络提供了准确且及时的数据采集能力，为实施深层次分析奠定基础。其次，较强的自主诊断功能可以帮助水电站快速检测并预测设备的故障风险，便于提前采取预防措施。另外，在智能技术支持下的多余能量储存方案以及多样化的应急预案设计,都将为水电站面对突发情况时的应对提供强大的保障机制。尤其在一些大型水电站工程项目的运行管理中，当出现较为严重的自然灾害、系统故障时，可以迅速切换至安全模式,将可能维持稳定供能。这种应急模式在维持社会基本运作方面拥有巨大价值^[3]。

（三）推动传统产业升级改造，实现智慧管理

在现代科技飞速发展、智能技术革命不断深入的背景下，通过引入先进的信息化、智能化手段，传统水电行业可以从基础设施到运营模式实现全面的数字化转型。具体而言，这种升级不仅提升了发电效率和设备可靠性，还简化了日常维护与管理流程。尤其在我国基础建设体系越来越成熟的情况下，针对水电站这类具有重要社会、经济、民生价值的大型工程进行技术升级，将有助于摒弃传统落后的技术模式和管理机制，实现整个系统的升级优化。比如，通过云计算与大数据平台的应用，实现对不同区域、不同类型水电项目的集成管理，让整个水力资源调配更为科学高效。智能技术加持下的变革，将极大地提高传统水力发电的整体竞争力，并为能源行业树立新的智慧管理标杆，为未来可持续发展奠定坚实基础^[4]。

三、国内外智能水电站的研究发展进程

（一）国内

1.“十三五”“十四五”规划及其实施

在我国，国家十分重视对新能源和可再生能源的发展，智能水电技术的研究应用是非常重要的环节。“十三五”规划期间，我国征服出台了一系列政策支持智能化水电站建设。在国家政策及资金的支持下，各地加快了代表清洁能源的水电站项目的开发建设，同时大企业和科研机构逐步倾向于采用先进的信息技术和自动化控制系统。例如，长江三峡集团在长江流域多处大型水电项目中引入实时监测、自主调度和预测维护等技术，这些项目已取得显著成效。近年来，党中央关于推动传统产业技术升级、加强清洁能源项目建设方面的政策陆续出台，《“十四五”可再生能源发展规划》中明确指出，要加强水电站、光伏电站项目的布局建设，同时要实现相关项目的技术升级，全面实现信息化、数字化乃至智能化运行管理。国家政策的推动，让我国的水电工程项目开发、建设及运营管理进入到了新的技术化阶段。

2.龙头企业带动与产学研结合

近年来，我国以华能、大唐为代表的大型能源企业都积极投入到智能水电站的研发领域。这些公司不仅合作开发新一代自动化设备，还积极倡导绿色、低碳、高效的新理念。与此同时，国内顶尖高校、科研院与能源、科技企业所形成产学研联盟，共同攻克相关技术难题，并逐步推广应用，更是全面提高整体产业水平。例如，清华大学与多个企业联合开展课题攻关，为行业提供了大量理论支持和实际解决方案。

3.区域试点示范工程

各地区政府也在加快推进本地化的试点示范工程，为全国范围内的智能水电站系统建设及技术推广积累经验。四川、新疆、云南等省区利用丰富的水资源优势，在重点流域启动了一批智能化改造项目。例如，2023年底，国网四川电力投资约1.8亿元，在巴中市开启了500千伏主变增容扩建工程。在该工程的建设中，加强了对新技术、新工艺的应用，其中涉及到的新技术主要聚焦于信息化、智能化电力运维管理系统。这些试点项目的有序推进，将有效验证智能水电站系统的关键技术措施，为其它区域乃至全国的普及打下坚实的基础。

（二）国外

1.欧洲全面推行可再生能源转型

欧洲是全球绿色能源发展的先锋，尤其在智能水电站方面的技术研究起步较早。如德国、挪威等国大力推动现代信息技术在传统水电领域的应用。以挪威为例，进入21世纪以来，其花费了十余年时间，全面部署了实时监测和自动化控制系统，从源头到用户端实现水电站的全生态链管理。在全面的信息化、智能化系统加持下，该国水电领域不仅提高了发电效率，还极大减少了环境影响，为全球智慧水利建设树立了标杆。

2.美国前沿性政策支持及技术创新

美国的大规模基建主要集中在上世纪末，如今其大量的水电站都有非常紧迫的技术升级需求。基于此，进入21世纪之后，美国在智能水电站领域通过一系列前沿政策和技术创新全面推动发展。例如，美国政府主导在水电站设施运维管理中采用先进的自动化控制技术和数据分析工具。这些措施有效提升了老旧设施的运行效率，并促进新设施快速落地，在确保稳定供能的同时，兼顾环境保护^[5]。

3.亚太地区新兴市场快速崛起

近年来，印度尼西亚、泰国等亚太地区的新兴市场也越来越关注智能技术在能源、生态项目中的应用，同时积极投入智能水电站的研究与建设。在这些国家，即使面临资金和人员短缺的问题，但通过国际合作特别是“一带一路”倡议，也正在大型能源项目的开发建设中取得丰富的成果。中国大量提供的技术支持和投资，让相关国家迅速迈上智能化转型之路。而这种合作不仅带动当地经济增长，还可有效实现区域内可持续发展的目标^[6]。

四、智能水电站研究发展面临的挑战

（一）硬软件技术改造工程量大

智能水电站建设需要对现有的硬件设备进行全面升级，无论是传感器、控制系统、通信网络的配置和建设，还是配套信息化、智能化管理系统的开发建设，都涉及到较大的工程量。同时，还需开发和部署大量的软件系统，用于实现数据采集、分析与处理。这些硬件和软件的综合改造工程技术复杂，需要对各种设施进行重新布线、调试及集成，改造过程中可能影响正常生产运行，时间投入较长。

（二）信息集成与调用难度高

水电站的建设、改造和运行，都涉及到多种设备和工作流程，不同设备之间的数据格式和通信协议各异，因此在信息集成方面存在一定的困难。并且，智能水电站系统中，需要在不同层级系统间高效调用大量实时数据，以此保证决策支持的实时性和准确性。但在多种异构数据源的标准化，以及相关数据的共享机制建设方面，存在技术难题。

（三）维护管理要求高

智能化设施的配置和应用，意味着运维管理将涉及到更多复杂与精密的电子元器件及程序模块，对日常运维人员提出了更高技能要求。并且，定期检修、自我诊断功能排查及异常情况处置等都需要精准操作，一旦出现失误将可能引发严重后果。另外，还需借助专业工具进行交叉验证，同时要要兼顾所有设备的安全稳定运行，这无形中增加了整体维护工作的难度与复杂性。

（四）人才与资金投入大

建设智能水电站不但需要先进技术支持，更依赖于具备相应知识背景的人才团队。但当前市场上成熟复合型专业人才相对稀缺，高薪难聘。同时智能水电项目启动初期至稳定运营过程间，也涉及到较大资本投入的风险。所以，目前我国的智能水电项目多以国家政策牵头及财政支持为主，民间企业及相关资源的投入较少，这对国家来说会产生一定的负担，且同时也不利于该类项目的市场化运作和发展。

五、智能水电站研究发展的策略分析

（一）做好项目规划，采取模块化设计

针对传统水电站系统的硬软件技术升级和改造，首先应制定详尽的项目规划与分步实施方案。在科学可行的规划机制下，逐步实现水电站系统的技术迁移和系统升级，减少对当下生产运行的影响。例如，可以先从水电站非核心区开始试点，然后逐步扩展至全站。同时，利用引进模块化设计理念，让新旧设备兼容，加速整体部署过程。另外，还可借助外部专业团队进行联合开发和辅导，加快新技术应用落地，提高项目执行效率。

（二）推进数据标准化与云计算平台应用

针对智能水电站的信息集成与调用，应着重推进数据标准化和统一通信协议。比如，可以采用开放标准规范不同设备之间的数据交换，以此简化多个异构系统间的信息整合。其次，引入云计算平台提供强大算力支持，通过边缘计算设备在本地预处理海量实时数据，并将关键结果传送至中央数据库，实现快速响应。在此基础上，开发多功能综合管控平台，确保水电站运行、管理、维护等板块的各级用户可以灵活、高效地访问所需数据信息。

（三）采用智能辅助工具，优化运维机制

在智能水电站系统的运维管理方面，可引入远程监控与诊断系统实现智能辅助运维。比如，利用AR/VR增强现实技术进行现场操作指导，大幅降低人为失误几率，同时提高作业安全系数。同时，推广使用自动检测无人机或机器人巡检工具，为水电站的运维管理提供全天候全覆盖的巡查保障。另外，面对智能水电站较高高维护管理要求，应加强运维团队能力建设。一方面，对现有人员进行定期技能培训，通过学习班、认证考试、实操演练等方式提升其专业素养；另一方面，可以招募更多具有相关知识背景的新鲜血液补充力量。

（四）加强产学研合作，实行多元融资策略

针对智能水电站的研究和发展，国家应建立产学研合作机制，与高校科研机构共建联合实验室或研究中心，通过合作培养复合型专业人才，并设立奖学金吸引优秀学生加入。同时，要积极优化企业内部的人才制度，通过全方位的技术培训，提升水电站运维管理团队的综合素养。除此之外，为了缓解资金压力，可以考虑多元融资方式，结合政府专项基金支持、社会资本参与以及发行绿色债券等方式，注入必要资金融通，实现智能水电站的市场化发展。

结束语：

综上所述，随着现代社会的飞速发展，智能技术在人们生产生活的各个领域中扮演着越来越重要的角色。水电站作为兼具社会、民生、经济价值的工程项目，其智能化技术升级势在必行。为此，应当充分结合当下信息化、数字化、物联网等技术的发展趋势，通过国家政策的导向、支持，以及相关科技企业的通力合作，加上高素质人才培养方面的支持，有效推动智能水电站的建设、升级。这将进一步发挥水电站在维持社会稳定发展、促进生态环保等方面的重要价值。

参考文献

[1] 莫异周. 基于人工智能技术的小水电站监控系统[J]. 水电站机电技术,2023,46(6):102-104.

[2] 何秋,高建伟,宗悦,等. 基于5G技术的水电站智能巡检设计方案[J]. 水电站机电技术,2023,46(10):25-27.

[3] 江冬冬. 浅谈智能巡点检管理系统在纪村水电站的应用[J]. 水电站机电技术,2023,46(1):107-109,114.

[4] 李海波,王洪斌. 基于智能算法的水电站电力变压器状态监测与评估探讨[J]. 水电站机电技术,2024,47(5):52-54.

[5] 杨环,朱勇华,宋进仓,等. 智能化清污技术在大中型水电站中的研究与应用[J]. 水电站机电技术,2024,47(5):49-51.

[6] 王斌,朱佳,宗悦,等. 智能化水电站5G网络安全接入技术研究[J]. 水电站机电技术,2024,47(1):26-28.