淺析水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。介紹了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了國內(nèi)外水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的特點(diǎn)；介紹了水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，同時結(jié)合實(shí)際情況，介紹了彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水電站遠(yuǎn)方集控的要求。

關(guān)鍵詞：水電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控；系統(tǒng)

中圖分類號: TV7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)0000-00

1引言

電力體制“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”改革的不斷深化，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用于水電站，同時，隨著水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，水電站自動化水平和監(jiān)控水平要求日益提高，因此，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠安全運(yùn)行是非常重要的。

2水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

2.1國內(nèi)外水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在國外發(fā)展較快，早在上個世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)就已經(jīng)被應(yīng)用于水電站監(jiān)控。國外水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要有“集成型”和“專用型”兩種方式。前者基于可編程控器的功能分別，是通用開放型模式，技術(shù)比較成熟，但是價格較高；后者的功能集中專用，技術(shù)不夠成熟，但發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

國內(nèi)新建大型水電站多采用計(jì)算機(jī)控制監(jiān)控系統(tǒng)，中小型或者運(yùn)行已久的水電站則大多數(shù)使用常規(guī)控制設(shè)備。根據(jù)我國水電站的實(shí)際情況，“專用型”計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)越來越是目前國內(nèi)應(yīng)用和研究的重點(diǎn)。

我國水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程見下表1，所示

表1水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程表

年 代

典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

幾個應(yīng)用實(shí)例

第一代80年代中

功能分布的多微機(jī)分層監(jiān)控系統(tǒng)

葛洲壩二江一期，富春江一期

第一代80年代末

設(shè)備單元分布的星型分層監(jiān)控系統(tǒng)

丹江口一期，漫灣一期

第三代90年代中

基于開放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

葛洲壩二江，富春江，白山，李家峽，隔河巖

第四代21世紀(jì)初

基于對象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

三峽、龍灘、彭水、二灘

2.2水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類

根據(jù)計(jì)算機(jī)的作用，配置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及控制的層次，功能和操作方法對水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分類，可以分為：①CASC，即水電站的常規(guī)控制設(shè)備為主，以計(jì)算機(jī)的監(jiān)控為輔；②CCCS，水電站常規(guī)控制設(shè)備和計(jì)算機(jī)同時進(jìn)行監(jiān)控；③CBSC，水電站監(jiān)控以計(jì)算機(jī)為主，以常規(guī)控制設(shè)備為輔；④水電站監(jiān)控全部由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2.3水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

自計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)被應(yīng)用于水電站，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般有以下方式：①水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用一臺主控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)集中式監(jiān)控，配備人機(jī)聯(lián)系，對外通信聯(lián)系，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，根據(jù)需要為提高系統(tǒng)可靠性，可以設(shè)置備用主控機(jī)。水電站在生產(chǎn)過程中主控機(jī)利用I/O通道采集設(shè)備和生產(chǎn)運(yùn)行的參數(shù)數(shù)據(jù)，主控機(jī)發(fā)出控制調(diào)節(jié)的命令，經(jīng)過I/O輸出通道進(jìn)行水電站發(fā)電技術(shù)的控制。可靠性高，投資少是其優(yōu)點(diǎn)，但是由于控制簡單所以目前僅在機(jī)組臺數(shù)少的中小型水電站使用；②水電站監(jiān)控指標(biāo)通過多臺計(jì)算機(jī)完成，每一項(xiàng)任務(wù)或一項(xiàng)以上任務(wù)都由單獨(dú)的計(jì)算機(jī)來完成，即水電站計(jì)算機(jī)功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是功能分散的監(jiān)控系統(tǒng)，一旦其中某臺計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，僅影響某一部分功能，而其他功能可以正常運(yùn)行，但是這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是某個功能出現(xiàn)故障，那么全廠的這部分功能都喪失，影響很大，從而影響到系統(tǒng)的可靠性，因此，目前這種方式也不常用；③水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為中央控制層（一般有一臺或兩臺主機(jī)，配備人機(jī)聯(lián)系設(shè)備）和現(xiàn)地控制層，即分層布式監(jiān)控系統(tǒng)。中央層可以對全廠進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，單元層則直接和生產(chǎn)設(shè)備相聯(lián)系，采集和處理現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，執(zhí)行控制調(diào)節(jié)的命令，具有非常強(qiáng)的獨(dú)立性。利用分布處理，那么各臺機(jī)組的信息通過各自的控制單元進(jìn)行處理，而不需要通過電纜傳遞信息集中處理，節(jié)省投資，目前，分層布式監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于水電站的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

3彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

①彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按照“無人值班(少人值守)”并最終實(shí)現(xiàn)關(guān)門運(yùn)行的原則進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置。電廠能滿足調(diào)度自動化的要求，機(jī)組開、停，功率設(shè)定及負(fù)荷調(diào)整均能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，同時，全部功能利用綜合一體化系統(tǒng)完成，各個隔層單元之間相互獨(dú)立；②彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)利用CPU方式，按照監(jiān)控，保護(hù)相互獨(dú)立的原則，輸入輸出，啟動等處理獨(dú)立完成；③系統(tǒng)采用模塊化，分布式的結(jié)構(gòu)，全部信息都存儲在單元設(shè)備中，同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，滿足計(jì)算機(jī)高速發(fā)展的要求，以便兼容擴(kuò)充；④系統(tǒng)具有防止誤操作功能，自我診斷，自我恢復(fù)，自我保護(hù)功能，采用了交流采樣的形式，裝置的精度大于0.5級；⑤系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的交直流電源系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)直流電源微機(jī)自動控制，保證當(dāng)電源突然失電時不致丟失信息及實(shí)時時鐘信號等。

3.2彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)為主，常規(guī)控制為輔的監(jiān)控方式，一方面充分利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控高自動化程度，高可靠性，同時，另一方面，一旦監(jiān)控某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，可以利用常規(guī)方式進(jìn)行監(jiān)控。

彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的是分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)置了電站級和現(xiàn)地單元控制級（LCU）。主控機(jī)是電站級，現(xiàn)地單元控制級按照被控對象，設(shè)置了7套，通過計(jì)算機(jī)PCC和人機(jī)界面組成了LCU，人機(jī)界面和PCC對接，進(jìn)行監(jiān)控。各個LCU通過雙以太網(wǎng)接入系統(tǒng)，雙網(wǎng)的兩路以太網(wǎng)互為冗余備用，任何一段網(wǎng)絡(luò)故障都不影響系統(tǒng)的正常通訊，實(shí)現(xiàn)和水電站站級的數(shù)據(jù)的實(shí)時交換。

電站級控制層的網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，設(shè)置冗余星型以太網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)速率100Mbps/1000Mbps自適應(yīng)，采用TCP/IP協(xié)議；現(xiàn)地控制層利用現(xiàn)場總線，進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O以及各現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備的鏈接。現(xiàn)地生產(chǎn)過程的各種繼電保護(hù)設(shè)備，自動設(shè)備，自動化設(shè)備，監(jiān)控儀表，機(jī)組設(shè)備等都由PLC組成控制系統(tǒng)掛在相適應(yīng)的總線上。

3.3彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)配置

電站級中心計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)水電站層計(jì)算機(jī)的運(yùn)行和處理，進(jìn)行綜合的優(yōu)化調(diào)度，綜合計(jì)算，運(yùn)行檔案管理，事故故障信號的分析處理，數(shù)據(jù)的采集和存儲，老師數(shù)據(jù)的管理，測點(diǎn)定義和超限值存儲，生成各類報表，系統(tǒng)時鐘管理等。

通過人機(jī)接口工作平臺，操作人員實(shí)現(xiàn)監(jiān)視，控制，調(diào)節(jié)等指令的發(fā)出，設(shè)定，或者打印各種圖線報表等；利用電話撥號方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)和診斷，按照國家電力系統(tǒng)“電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案”和“發(fā)電廠二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定”中最新文件和規(guī)定要求進(jìn)行升陸認(rèn)證和訪問；集控通信服務(wù)器專門完成電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與集控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信聯(lián)系；調(diào)度通信服務(wù)器負(fù)責(zé)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各級調(diào)度部門中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的通信聯(lián)系。

現(xiàn)地控制設(shè)備包括了七套現(xiàn)地控制單元，各個控制單元都具有冗余模塊，電源模件，現(xiàn)場總線模件，網(wǎng)絡(luò)模件，機(jī)架等組成。冗余模件的工作方式為在線熱備，不存在換無擾動，對各生產(chǎn)對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和實(shí)時監(jiān)控。

彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程控制兩種方式，既包含了電站調(diào)節(jié)和上級調(diào)度也就是集控中心的調(diào)節(jié)。監(jiān)控系統(tǒng)控制權(quán)在是電站控制方式時，電站操作人員能夠?qū)﹄娬镜闹鬏o設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)指令的發(fā)放，此時，上級調(diào)度中心及集控中心則處于監(jiān)視狀態(tài)；當(dāng)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制權(quán)處于“集控”方式，相應(yīng)LCU的操作權(quán)處于“集控”模式，集控中心操作人員可對該LCU的卞輔設(shè)備下發(fā)控制和調(diào)節(jié)命令，對操作權(quán)處于“電站”模式的LCU的主輔設(shè)備僅有監(jiān)視功能。

4結(jié)語

結(jié)合彭水水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，分析了水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類和模式結(jié)構(gòu)方式，研究了彭水水電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。彭水水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照冗余和開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，安全，結(jié)構(gòu)合理，功能完善，在水電站的運(yùn)營和實(shí)施遠(yuǎn)方集中控制上具有非常重要的意義。

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