鳳灘水電廠調度通訊仿真RTU設計與應用

周希念，戴 民，龔傳利，毛 琦，姚維達

（1.湖南省電力公司，湖南長沙 410007；2.鳳灘水力發電廠，湖南沅陵 419600；3.中國水利水電科學研究院，北京 100038）

鳳灘水電廠調度通訊仿真RTU設計與應用

周希念1，戴 民2，龔傳利3，毛 琦3，姚維達3

（1.湖南省電力公司，湖南長沙 410007；2.鳳灘水力發電廠，湖南沅陵 419600；3.中國水利水電科學研究院，北京 100038）

分析比較了物理RTU和仿真RTU，提出仿真RTU替代物理RTU是水電廠與調度通訊的必然方向。文中介紹鳳灘水電廠仿真RTU設計原則以及仿真RTU結構特點，并分析了經濟與社會效益。鳳灘仿真RTU的實現可以供其他水電廠借鑒。

水電廠；仿真RTU

0 引言

由于電力生產單位設備投入運行后，要將本單位主要生產數據實時地發往各級電力調度部門，供其對整個電網的運行情況進行監控。因此在發電廠內都設有遠程終端單元，即RTU。通常電網調度用的RTU裝置自帶處理器，并且集中了多種I/O模塊，這些模塊可以安裝在一個機柜內，也可以分散安裝在各間隔單元中，通過單獨鋪設的信號電纜完成對現地生產設備的數據采集，RTU主設備把直接采集或通過現場總線采集的實時數據集中處理后，按照遠動通訊規約，用電力專用modem經通信通道上傳給電網調度系統實現遙測、遙信功能；同樣RTU也可以接收電網調度系統下傳的數據，按照調度要求直接控制生產設備，實現調度系統對現地設備的遙調、遙控功能。RTU實際上是一個可靠性高、實時性好的遠程監控系統。但RTU硬件成本高，維護不方便，增加四遙的點數需要增加I/O模塊，每個電廠平均需要數百萬投資。隨著電力建設的不斷發展，計算機監控系統在水電廠得到了越來越廣泛的應用，計算機通訊技術已經非常成熟，且具有實時性好，運行安全穩定，數據采集信息量大，數據處理能力強等特點，用計算機監控系統仿真現場RTU功能，以“虛擬RTU”替代真正的RTU設備與電網調度系統進行通訊，實現調度系統對現地設備的遙測、遙信、遙調和遙控功能已經成為必然。使用計算機監控系統虛擬RTU不僅可以減少現場電纜鋪設量，簡化現地設備和減少運行人員的維護工作量，還可為用戶降低設備投資，平均每個電廠投資僅十萬元左右。

鳳灘水電廠計算機監控系統采用中國水利水電科學院H9000V4.0分布開放式水電站計算機監控系統，系統具有最新國際標準通訊規約庫及軟件包等。電廠原采用SC1801規約的物理RTU與省調通訊，由于其昂貴的購置費和維護費用，電廠在監控系統改造中淘汰了物理RTU，采用sc1801規約虛擬RTU與省調通訊，實現調度系統對現地設備的遙測、遙信、遙調和遙控功能。

1 仿真RTU設計原則及結構

1.1 系統設計原則

根據無人值班（少人值守）的要求，結合我國國情，盡可能采用國內外最新技術的原則，調度仿真RTU不僅應具有可靠、完善的功能，應遵守如下的設計原則，而且還要具有良好的開放性能，以確保系統的可擴性、移植性和聯網功能，以保護電廠的投資。

高可靠性：采用分層分布式系統結構，保證任何局部設備的故障均不影響系統總體功能的實現，提高系統的可靠性和實時性并減少系統網絡資源的占用。為提供可靠性，一般應采用冗余配置，雙主機、雙網絡、雙通道。

先進性：立足當前水電廠綜合自動化計算機監控系統的最新研究應用成果和發展趨勢，采用國內外最新技術，并結合我國國情，按現場無人值班（少人值守）原則設計。以保證系統具有國內乃至國際領先地位。

實時性：調度仿真RTU與水電廠監控系統主干網應采用開放式冗余高速網絡，并進行有效配置，以防止通信瓶頸的出現；主機應選用在水電廠綜合自動化系統中成功應用的最新高性能機型，配備經過實際檢驗的功能強大、性能優異的系統軟件和應用軟件，以保證仿真RTU的實時性。

可擴展性：仿真RTU不僅應具有可靠、完善的功能，而且還要具有良好的開放性能，以確保系統的可擴性、移植性。所采用的技術和結構應適應未來發展趨勢，并支持和便于分階段投運設備。

成熟性：根據當前國內外水電站綜合自動化系統的成功經驗，所采用的系統方案、設備、軟件等都應是經過實際運行考驗的先進成熟產品，并能獲得良好的技術支持。

可維護性：充分利用H9000系統的現有工具軟件，減少開發維護工作量，提高開發維護效率。

1.2 系統結構

鳳灘水電廠調度仿真RTU由硬件和軟件構成的。硬件為二臺通訊服務器；軟件是調度通信仿真軟件包，運行在通訊服務器上，仿真RTU軟件以H9000計算機監控系統基礎軟件為應用平臺，支持Windows和UNIX操作系統。

鳳灘水電廠調度仿真RTU在電站內側通過網絡接口與計算機監控系統網絡交換機連接，實現與計算機監控系統的數據共享和數據交換，通過冗余10/100MB快速以太網實現網絡互聯，其容量大，速度快，實時性、開放性俱佳。外側通過調制解調器和通信系統提供的兩條通信專線通道實現與調度中心系統的互連。

2 鳳灘水電廠仿真RTU的特點與應用

鳳灘水電廠調度仿真RTU以獨立通訊工作站為硬件平臺，以監控系統為應用軟件平臺，通過監控系統局域網獲得各類遙測遙信數據且具有較高的實時性，其中遙信變位傳送至主站時間≤3s，重要遙測量越定值變化傳送至主站時間≤3s，事件記錄分辨率＜10ms；調度仿真RTU可以及時轉發調度系統下達的遙控命令和遙調命令，若該命令直接下達到設備，則響應時間≤3s。調度仿真RTU通過軟件實現電網調度自動化系統功能規范中規定的各項功能，包括：采集并發送狀態量信息、遙信變位優先傳送、采集并發送數字量信息、采集并發送脈沖計數值、采集并發送模擬量測值、接收并執行遙控命令、接收并執行調整命令、被測量越定值傳送、越限告警、事件順序記錄、程序自恢復、主備通道自動切換，遙測、遙信、遙控、遙調容量組合等。

在確定采用仿真RTU方案后，鳳灘水電廠與監控廠家進行了仿真RTU系統軟、硬件的設計、開發及實驗室聯調工作。并測試了相關的功能、性能，其中完成了有關SOE功能，使事件分辨率達到了毫秒級，滿足了湖南省調度系統對仿真RTU軟件的要求，并通過了與湖南省中調的實驗室聯調測試。鳳灘水電廠采用雙套仿真RTU，從2004年開始現場安裝調試，并投入使用，替代原有RTU設備與湖南省電網調度中心系統進行通訊，實現調度系統對現地設備的遙測、遙信、遙調和遙控功能。通信規約支持湖南省調使用的SC1801及104等多種規約。目前仿真RTU在鳳灘水電廠運行情況良好，可用率≥99.8%，同時也大大減少了維護人員的工作量。

2.1 通訊規約選擇功能

調度仿真RTU與電力調度中心主站通訊的內容用遙測、遙信、遙控和遙調信息表文件定義。信息表文件采用結構化文本格式，該格式根據調度通訊雙方約定的RTU遠動規約類型而制定，信息表結構清晰便于運行人員修改和維護。調度仿真RTU的通信規約，早期使用DNP3.0、SC1801，目前已更換為104規約。

2.2 調度命令驗證和日志記錄功能

調度仿真RTU不但可以直接轉發調度系統下達的遙調遙控命令去控制設備運行，而且還可以通過監控系統本身的控制命令閉鎖功能對收到的遙調遙控令進行驗證，只有當現場條件確實具備后才轉發控制命令，否則拒絕執行。調度系統下達的所有遙調遙控命令都會在調度仿真RTU通訊服務器中留下記錄并形成日志文件，供有關人員查詢。

2.3 靈活的冗余通信配置方式

運行人員可以在調度仿真RTU通訊服務器上查看全廠實時數據庫、顯示監控系統所有畫面。用戶也可以用IPM做圖工具自己繪制針對RTU通訊的相關畫面以便集中監視調度通訊遙測遙信數據和通訊狀態。由于調度仿真RTU運行在通訊服務器上，所以具有較靈活的組合方式實現冗余功能提高通訊系統可靠性。例如：通過調度仿真RTU通訊服務器上的多個串行接口分別連接調度系統冗余通訊通道可實現“單機多通道冗余”運行方式；使用兩臺調度仿真RTU通訊服務器分別連接調度系統通訊冗余通道可實現“雙機雙通道冗余”運行方式；若監控系統配置了網絡串行服務器和兩臺調度仿真RTU通訊服務器，將網絡串行服務器上的串行接口與調度系統通訊單通道或冗余通道相連，則可以實現更加靈活的“雙機單通道”或“雙機多通道冗余”運行方式。

2.4 通訊狀態監視和程序自恢復功能

為保證調度通訊不間斷，調度仿真RTU設計了“看門狗”功能，當某個通訊程序出現異常退出運行后，“看門狗”將在幾秒鐘內（時間可以設定）把該通訊程序重新啟動并投入運行以確保上傳數據的實時性和連續性。在通信過程中，當因通訊通道故障導致通訊中斷后，調度仿真RTU會立即在監控系統網絡上發布綜合報警信息，運行值班員在操作員工作站上可以立即看到該通道的故障報警信息，并及時通知有關人員排除故障恢復通道暢通。

2.5 調度通訊與監控系統無縫連接

調度仿真RTU作為監控系統的一個子系統，它的各項功能完全融合在監控系統平臺內，因此調度仿真RTU能夠充分利用計算機監控系統已采集到的各種信息資源實現資源共享。調度仿真RTU不僅能夠實現發電廠RTU設備的全部功能，而且還具有現地RTU設備有無法替代的作用。例如通過運行調度仿真RTU軟件，本廠監控系統AGC可以直接接收上級電網調度系統AGC的遙調遙控命令，參與并配合電網AGC運行。

2.6 遠方診斷功能

由于調度仿真RTU是監控系統的一部分，因此有特殊權限的維護管理人員可以通過計算機監控系統遠程診斷接口，從遠方登錄到調度仿真RTU通訊服務器上進行運行監視和維護。

3 經濟和社會效益

調度仿真RTU多功能，運行穩定，實時性好，冗余配置結構靈活，易于功能擴充，系統維護管理簡單，電廠的調度通訊系統建設提供了新的實現方法，為電力系 統節約工程投資，降低運行維護成本創造了條件。調度仿真RTU在鳳灘水電廠計算機監控系統工程的實施，進一步提高了全廠生產自動化水平，為實現電站（尤其是偏遠和交通不便地區的電站）無人值班，“少人值守”奠定了基礎，具有非常高的推廣應用價值。鳳灘電廠仿真RTU比物理RTU為電廠節省200余萬人民幣，每年節省維護費用30萬人民幣。

4 結束語

仿真RTU采用現代網絡技術，價格便宜，維護方便，在鳳灘水電廠投運以來，有效地提高了電站綜合自動化水平，取得了良好經濟效益和社會效益。采用SC1801規約仿真RTU與省調通訊已穩定運行五年多，在省調改通訊規約為101和104規約后，仿真RTU也作了101和104規約相應配置，并已完成投運，運行半年多穩定可靠。仿真RTU替代物理RTU現在已成為水電廠與調度通訊的必然方向，鳳灘水電廠仿真RTU設計思想可供其他水電廠借鑒。

[1]周民，張毅，王桂平，等.H9000計算機監控系統虛擬RTU功能的實現〔J〕.水電自動化與大壩監測，2004，3.

[2]毛琦，姚維達，張衛君.H9000計算機監控系統在鳳灘電廠的應用〔J〕.水電站機電技術，2008，3.

[3]周民，姚維達，張毅.H9000計算機監控系統的新版本〔J〕.水電自動化與大壩監測，2002，4.

TP391.9

B

1672-5387（2010）03-0053-03

2010-04-28

周希念（1969-），男，工程師，主要從事水電廠電氣生產管理工作。（E-mail：zhouxn@mail.hn.sgcc.com.cn）