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；計算機監(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)域電站進行系統(tǒng)控制，可進一步合理分配機組出力，優(yōu)化機組運行工況，提高整體發(fā)電效率，實現(xiàn)全電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。針對有些區(qū)域電站機組容量小、電站規(guī)模不大、無法設(shè)置獨立集控中心的情況，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)計方案，達到集中控制的目的。

1 設(shè)計原則

(1) 以水電站A兼任集控中心，集中控制A、B、C 3個電站為例。集控中心與A電站共用一套計算機監(jiān)控系統(tǒng)，以“無人值班、少人值守”為原則，既可實現(xiàn)對A的站內(nèi)監(jiān)控，又能實現(xiàn)對B、C的遠程監(jiān)控。(2) 系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)分層、全分布、全開放的系統(tǒng)，在計算機系統(tǒng)發(fā)展快、更新周期短的前提下，保證今后長期運行中的可擴充性、兼容性，以及應(yīng)用軟件的可維護性和可移植性。(3) 系統(tǒng)支持在線、離線編程以及遠程專家維護。支持第三方軟件在系統(tǒng)上可靠運行和無縫集成，并能與其他系統(tǒng)進行網(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。任何一個重要節(jié)點發(fā)生故障，整體系統(tǒng)仍能正常運行。(5) 人機接口界面友好，操作方便，整體畫面風(fēng)格統(tǒng)一，A、B、C 3個廠站的監(jiān)控畫面采用不同底色加以區(qū)別。(6) 為運行和維護人員制定詳細的上崗培訓(xùn)方案。(7) 系統(tǒng)實時性好，抗干擾能力強，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個電站的實時數(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個電站的數(shù)據(jù)庫；負責(zé)A電站的開關(guān)量變位報警、模擬量越限報警、數(shù)據(jù)庫對象腳本計算、傳播實時數(shù)據(jù)至其他工作站，以及A電站AGC、AVC高級運算等任務(wù)。(3) 操作員工作站。供運行值班人員使用，具有顯示圖形、監(jiān)視全廠運行、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)維護人員提供平臺增加和修改數(shù)據(jù)庫、畫面、報表等功能，并可做應(yīng)用開發(fā)和軟件維護工作。同時，該機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。負責(zé)和A電站內(nèi)自成體系的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，完成與五防系統(tǒng)、機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、繼電保護管理信息系統(tǒng)等系統(tǒng)的通信功能。(8) ON-CALL服務(wù)器。負責(zé)事故自動尋呼(ON-CALL)，電話、語音及手機短信報警；實現(xiàn)全廠發(fā)電量、機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

(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)，通過路由進行數(shù)據(jù)交換，防止集控側(cè)的主機對電站側(cè)的信息組播產(chǎn)生影響，即避免電站側(cè)上位機系統(tǒng)既收到系統(tǒng)內(nèi)主機傳播的實時數(shù)據(jù)，又收到集控側(cè)主機傳播的數(shù)據(jù)，造成電站監(jiān)視數(shù)據(jù)紊亂。(2) 將集控上位機系統(tǒng)各節(jié)點均接入2臺交換機的電口，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。B電站和C電站的上下位機系統(tǒng)分別接入各自電站系統(tǒng)內(nèi)的交換機，與集控側(cè)的網(wǎng)絡(luò)交換機采用高速光纖連接。

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電站上位機監(jiān)控系統(tǒng))采用主機與各下屬電站現(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組、開關(guān)和公用的輔助設(shè)備。集控側(cè)2臺主機服務(wù)器通過路由器與電站側(cè)的下位機進行通訊，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，集控可直接將控制下發(fā)給電站的現(xiàn)地PLC，準確實時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，則由電站上位機系統(tǒng)監(jiān)控各自的下位機PLC。

對于AGC、AVC等高級功能，采用集控側(cè)主機節(jié)點與電站側(cè)相應(yīng)的通訊服務(wù)器節(jié)點通訊的方式，電站通訊機將運算所需的數(shù)據(jù)送給集控側(cè)主機，集控主機再將AGC、AVC的控制令發(fā)給電站通訊機，由通訊機轉(zhuǎn)發(fā)給電站的主機統(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算，集控中心監(jiān)控的數(shù)據(jù)均由A、B、C 3個站的下位機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PLC各增加一個與集控主機的上下位機通訊。(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、遠方集控中心和遠方調(diào)度4級。遵循控制令唯一性的原則，不允許PLC同時接受2個及以上的控制源發(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，在數(shù)據(jù)庫和控制畫面中作軟件閉鎖。由于集控主機直接與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#機組，必須滿足“B電站全廠控制權(quán)”在集控側(cè)、“B電站2#機組操作權(quán)”在集控側(cè)2個條件。當(dāng)全廠控制權(quán)切換回B電站，所有單臺機組操作權(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，省去了獨立集控中心的投資，運行和維護人員上崗容易，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)電站間的運行管理，優(yōu)化機組的運行工況，達到了省水多發(fā)電的目的。

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2014-06-20

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