區(qū)域電站非常規(guī)集控模式改造方案探析

余 笑 龐莉瓊

(南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇 南京 210003)

區(qū)域電站非常規(guī)集控模式改造方案探析

余 笑 龐莉瓊

(南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇 南京 210003)

以水電站A、B、C組成的區(qū)域電站群為例，介紹了非常規(guī)集控模式的設(shè)計(jì)原則、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、下屬電站與集控中心的通信方案及集中控制策略。

非常規(guī)集控模式；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；控制策略

0 引言

中國水資源豐富，水是一種可再生清潔能源，利用水力發(fā)電對環(huán)境的沖擊小。通過建造大型水電基地，對區(qū)域電站進(jìn)行系統(tǒng)控制，可進(jìn)一步合理分配機(jī)組出力，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行工況，提高整體發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。針對有些區(qū)域電站機(jī)組容量小、電站規(guī)模不大、無法設(shè)置獨(dú)立集控中心的情況，可通過非常規(guī)集控模式，即由區(qū)域電站群中某一重要電站兼任集控中心的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到集中控制的目的。

1 設(shè)計(jì)原則

(1) 以水電站A兼任集控中心，集中控制A、B、C 3個(gè)電站為例。集控中心與A電站共用一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以“無人值班、少人值守”為原則，既可實(shí)現(xiàn)對A的站內(nèi)監(jiān)控，又能實(shí)現(xiàn)對B、C的遠(yuǎn)程監(jiān)控。(2) 系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)分層、全分布、全開放的系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展快、更新周期短的前提下，保證今后長期運(yùn)行中的可擴(kuò)充性、兼容性，以及應(yīng)用軟件的可維護(hù)性和可移植性。(3) 系統(tǒng)支持在線、離線編程以及遠(yuǎn)程專家維護(hù)。支持第三方軟件在系統(tǒng)上可靠運(yùn)行和無縫集成，并能與其他系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信接送數(shù)據(jù)。(4) 主要設(shè)備采用冗余方式，可靠性高。任何一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，整體系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。(5) 人機(jī)接口界面友好，操作方便，整體畫面風(fēng)格統(tǒng)一，A、B、C 3個(gè)廠站的監(jiān)控畫面采用不同底色加以區(qū)別。(6) 為運(yùn)行和維護(hù)人員制定詳細(xì)的上崗培訓(xùn)方案。(7) 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)電站的現(xiàn)場環(huán)境。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件改造

A、B、C 3個(gè)站維持各自原來的硬件結(jié)構(gòu)，除少數(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，不需要增減其他硬件。B、C電站與A電站之間各增加主備兩條通訊線路。

2.2 集控硬件配置(即A電站的硬件配置)

(1) 歷史服務(wù)器。采集和處理3個(gè)電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，生成歷史數(shù)據(jù)庫并長期保存，向操作員站等其他上位機(jī)提供這些歷史數(shù)據(jù)的查詢、提取等功能。2套歷史服務(wù)器與一套磁盤陣列經(jīng)RAID卡及光纜連接，數(shù)據(jù)存放在磁盤陣列中，不影響其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)。(2) 應(yīng)用程序服務(wù)器。管理下屬3個(gè)電站的數(shù)據(jù)庫；負(fù)責(zé)A電站的開關(guān)量變位報(bào)警、模擬量越限報(bào)警、數(shù)據(jù)庫對象腳本計(jì)算、傳播實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至其他工作站，以及A電站AGC、AVC高級運(yùn)算等任務(wù)。(3) 操作員工作站。供運(yùn)行值班人員使用，具有顯示圖形、監(jiān)視全廠運(yùn)行、下發(fā)控制令、設(shè)定定值等功能。(4) 工程師工作站。給系統(tǒng)維護(hù)人員提供平臺增加和修改數(shù)據(jù)庫、畫面、報(bào)表等功能，并可做應(yīng)用開發(fā)和軟件維護(hù)工作。同時(shí)，該機(jī)也能作為操作員工作站的備用。(5) 培訓(xùn)工作站。提供仿真環(huán)境，用于集控中心運(yùn)行值班員上崗前培訓(xùn)，是高性能、多任務(wù)、多用戶型、RISC通用型工作站。(6) 系統(tǒng)通信工作站。用于連接電力調(diào)度中心、省電網(wǎng)調(diào)度中心，上送監(jiān)視數(shù)據(jù)。(7) 廠內(nèi)通信工作站。負(fù)責(zé)和A電站內(nèi)自成體系的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成與五防系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、繼電保護(hù)管理信息系統(tǒng)等系統(tǒng)的通信功能。(8) ON-CALL服務(wù)器。負(fù)責(zé)事故自動尋呼(ON-CALL)，電話、語音及手機(jī)短信報(bào)警；實(shí)現(xiàn)全廠發(fā)電量、機(jī)組啟停等事件的自動廣播功能。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1) 集控中心網(wǎng)絡(luò)采用冗余雙網(wǎng)、以太網(wǎng)星型結(jié)構(gòu)，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均配備冗余電源，保證系統(tǒng)通信安全。集控中心系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與下屬電站的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不直接相連，集控側(cè)與電站側(cè)之間需要通信的設(shè)備均設(shè)置網(wǎng)關(guān)，通過路由進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，防止集控側(cè)的主機(jī)對電站側(cè)的信息組播產(chǎn)生影響，即避免電站側(cè)上位機(jī)系統(tǒng)既收到系統(tǒng)內(nèi)主機(jī)傳播的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，又收到集控側(cè)主機(jī)傳播的數(shù)據(jù)，造成電站監(jiān)視數(shù)據(jù)紊亂。(2) 將集控上位機(jī)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)均接入2臺交換機(jī)的電口，A電站側(cè)的LCU通過光纖收發(fā)器將光口轉(zhuǎn)換成電口，再接入到交換機(jī)。B電站和C電站的上下位機(jī)系統(tǒng)分別接入各自電站系統(tǒng)內(nèi)的交換機(jī)，與集控側(cè)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用高速光纖連接。

3 通信方案

考慮到集控系統(tǒng)的投資規(guī)模，A電站兼任集控中心，集控中心監(jiān)控系統(tǒng)(即A電站上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng))采用主機(jī)與各下屬電站現(xiàn)地控制單元LCU直接通信的模式，集控直接監(jiān)視和控制下屬電站的機(jī)組、開關(guān)和公用的輔助設(shè)備。集控側(cè)2臺主機(jī)服務(wù)器通過路由器與電站側(cè)的下位機(jī)進(jìn)行通訊，采集到的數(shù)據(jù)用于集控監(jiān)控。

當(dāng)電站的控制權(quán)在集控側(cè)時(shí)，集控可直接將控制下發(fā)給電站的現(xiàn)地PLC，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地完成對電站控制對象的安全監(jiān)視、控制以及其他管理；反之，則由電站上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控各自的下位機(jī)PLC。

對于AGC、AVC等高級功能，采用集控側(cè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)與電站側(cè)相應(yīng)的通訊服務(wù)器節(jié)點(diǎn)通訊的方式，電站通訊機(jī)將運(yùn)算所需的數(shù)據(jù)送給集控側(cè)主機(jī)，集控主機(jī)再將AGC、AVC的控制令發(fā)給電站通訊機(jī)，由通訊機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給電站的主機(jī)統(tǒng)一處理，最后作用到各LCU。

4 數(shù)據(jù)庫配置方式

4.1 集控側(cè)數(shù)據(jù)庫

(1) A電站的原數(shù)據(jù)庫增加集控、B電站/C電站的數(shù)據(jù)。其中增加的B、C電站部分的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與原電站側(cè)一致；增加的集控部分的數(shù)據(jù)庫用于集控中心的對象腳本計(jì)算，集控中心監(jiān)控的數(shù)據(jù)均由A、B、C 3個(gè)站的下位機(jī)PLC提供。(2) 集控中心的控制畫面中，A電站原畫面不變動，B、C電站控制畫面上的啟動入口增加控制權(quán)閉鎖。如果需要進(jìn)一步增加安全性，可在數(shù)據(jù)庫中的控制類腳本中再增加控制權(quán)閉鎖。

4.2 電站側(cè)數(shù)據(jù)庫

(1) 根據(jù)該改造方案的通訊方式，B、C電站側(cè)的數(shù)據(jù)庫不作改動，下位機(jī)PLC各增加一個(gè)與集控主機(jī)的上下位機(jī)通訊。(2) B、C電站側(cè)的控制畫面增加控制權(quán)閉鎖。如果需要進(jìn)一步增加安全性，可在數(shù)據(jù)庫中的控制類腳本中再增加控制權(quán)閉鎖。

5 控制模式

5.1 控制權(quán)優(yōu)先級

控制權(quán)按優(yōu)先級從高到低分為現(xiàn)地LCU、電站中控室、遠(yuǎn)方集控中心和遠(yuǎn)方調(diào)度4級。遵循控制令唯一性的原則，不允許PLC同時(shí)接受2個(gè)及以上的控制源發(fā)令。電站中控室和集控中心的控制權(quán)分為全廠控制權(quán)和單臺機(jī)組操作權(quán)。

5.2 控制權(quán)閉鎖方式

在本文討論的集控改造模式下，A電站即集控中心，所以該電站不需要增加額外的集控控制權(quán)。B、C電站采用現(xiàn)地LCU與集控主機(jī)直接通訊的方式，如果將控制權(quán)判斷放在現(xiàn)地LCU，雖然也可以實(shí)現(xiàn)，但過程復(fù)雜。最優(yōu)的處理辦法是將控制權(quán)閉鎖判斷放在上位機(jī)，在數(shù)據(jù)庫和控制畫面中作軟件閉鎖。由于集控主機(jī)直接與LCU通訊，因此將控制權(quán)的切換權(quán)放在電站，增加整體安全性。例如，如果集控中心要控制B電站的2#機(jī)組，必須滿足“B電站全廠控制權(quán)”在集控側(cè)、“B電站2#機(jī)組操作權(quán)”在集控側(cè)2個(gè)條件。當(dāng)全廠控制權(quán)切換回B電站，所有單臺機(jī)組操作權(quán)會自動切回電站；電站與集控的通訊中斷后，所有控制權(quán)自動切回電站。

6 結(jié)語

該改造方案適合機(jī)組容量小、電站群規(guī)模不大的情況，對原電站數(shù)據(jù)庫、硬件設(shè)備改動小，省去了獨(dú)立集控中心的投資，運(yùn)行和維護(hù)人員上崗容易，為“無人值班”提供了有力的技術(shù)保障。通過電站的集中控制，協(xié)調(diào)電站間的運(yùn)行管理，優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行工況，達(dá)到了省水多發(fā)電的目的。

[1]朱辰，施沖.梯級水電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2007(6)

[2]黃凡，張?jiān)饺A.清江梯級調(diào)度(集中)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信處理[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2008(5)

[3]柳海鵬，鄭健兵，黃華東，等.新疆烏魯瓦提水利樞紐工程綜合自動化系統(tǒng)改造方案設(shè)計(jì)[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2010(5)

[4]劉曉波，文正國，鄧小剛，等.白山梯級水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級改造[J].水電廠自動化，2006(4)

2014-06-20

余笑(1985—)，女，江蘇如皋人，助理工程師，研究方向：水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控。