供電集控站技術在本鋼能源管控系統的應用

石 巖 張衛紅

（1.本鋼板材股份有限公司能源部，遼寧 本溪 117000；2.上海申瑞繼保電氣有限公司，上海 200233）

能源管控系統是一種可以實現能源分散采集、集中監視、統一管理、平衡調度的實時在線計算機網絡信息管理系統。其主要構成思想是借助于完善的數據采集網絡獲取生產過程的重要參數和相關能源數據，經過處理、分析并結合對生產工藝過程評估，實時提供在線能源系統平衡信息和調整決策方案，確保能源系統平衡調整的科學性、及時性和合理性，從而提高能源利用水平，實現生產工序用能的優化分配及供應，保證生產及動力工藝系統的穩定性和經濟性，并最終實現提高整體能源利用效率的目的[1-2]。

電力作為鋼鐵生產過程中的重要能源介質，在整個能源管控系統中具有非常重要的作用。本鋼能源管控系統電力監控子系統要求對于本鋼管轄范圍內的重要變電所、高配進行監控，實現能源管理的功能要求。

常規的能源管理系統基于變送器模式實現用能數據采集，施工不便，工作量大，造價高。而冶金行業現有變電所絕大部分都具備綜自系統，已經實現了變電所所內自動化監控[3-5]。因此，完全可以利用已有的變電站綜合自動化系統實現能源管控系統信息集成。

1 本鋼供電系統自動化現狀

本鋼現有變電所30 座，其中220kV 變電所一座，66kV 變電所22 座，10kV 變電所7 座。

在上述變電站中已安裝綜自系統的24 座。采集信號3 萬余個，占整個能源中心系統信號點數的80%。

由于本鋼全公司范圍內有數量眾多的變電所，若每個站都獨立接入到能源管理系統來，則會大大增加能源管理系統的接口數量，不具備技術可操作性，同時也對系統的穩定性存在一定的不利因素。

因此，必須采取“分而治之”的設計方法，通過集控站建設進行合理分層，在全公司范圍內將各變電所和開關站按區域進行劃分，在地理位置上臨近的若干個變電站先把變電站采集信息集中到集控站，然后由集控站匯集數據并發往能源管理系統控制中心。

2 集控站整體設計方案

考慮到系統網絡及地理位置狀況，本鋼能源管控系統初步選定南芬、一開關站、新1#高爐變電所、二冷軋變電所、給水變、濱河變、歪頭山作為信號匯聚站，將其周圍附近的變電所和開關站站接入并上傳。

考慮到投資等因素，在能源中心一期只對南芬地區進行集控站改造，將南芬一號變改造成集控站，把附近的六個站所的信號匯集至南芬一號變，在南芬一號變對其他站所進行監視控制，其他站所可實現無人值守。南芬一號變與能源中心調度通信，能源中心只進行信號監視，不對南芬地區的變電所進行控制操作。

本鋼廠區的集控站只做信號匯集，不做集控站改造，待二期工程再進行改造。

圖1 南芬一號變集控站系統結構圖

圖2 本鋼能源中心電力調度組網示意圖

3 集控站軟硬件方案

3.1 集控站硬件方案設計

由圖3所示，集控站硬件由通信網關設備、網絡交換機設備以及后臺計算機等設備組成。

圖3 集控站硬件組網結構圖

其中通信網關設備是系統前置機，負責和各變電站綜合自動化系統進行通信，實現信息采集功能。

為了保障可用性，在各變電站當地都部署了具有數據存儲功能的接口網關，實現與各綜合自動化系統通信接口和數據存儲。

集控站通信網關機和變電站接口網關機之間通過工業光纖以太網進行通信。

集控站部署兩臺監控主機，互為備用。監控主機和通信網關機通過以太網通信。通信網關機同時也向能源管理中心轉發數據信息。

3.2 集控站軟件系統結構

由圖4所示，集控站軟件系統設計為多層客戶/服務器體系結構。系統服務器端基于 Windows Server2008 操作系統和SQL Server 關系型數據庫設計。服務器環境由數據庫訪問中間件、前置框架、系統服務等程序組成。客戶端環境由軟總線、跨平臺圖形庫等通用程序庫組成。服務器和客戶端環境構成了系統的平臺層。在此基礎上是SCADA、能源管理、調度管理等應用程序，構成了系統的應用層。

圖4 集控站軟件系統結構圖

3.3 集控站軟件功能設計

集控站后臺計算機軟件系統具有以下功能模塊：

1）數據采集模塊，系統實時采集遙測、遙信、電量及保護信號等信息。

2）數據處理模塊，數據處理包括標識轉換、工程量轉換、越限檢查、公式計算量、最大最小平均值統計等。

3）控制操作模塊，包括遠程控制、防誤閉鎖、批量控制、負荷控制、順序控制等。

4）告警模塊，包括越限告警、變位告警、事故告警、工況告警、系統告警等。

5）組態及監視，包括工程畫面編輯組態、實時監視等。

6）報表模塊，包括報表制作、報表自動生成、報表自動打印等。

7）歷史數據管理，包括歷史數據統計查詢、歷史數據導人導出等。

8）事件查詢，包括歷史事件查詢、數據導出等。

9）能源管理，包括能量分類分項統計，成本核算，能量定額考核管理，能源預測等功能。

4 集控站關鍵技術

4.1 通信規約選擇

由于各變電站采取了不同廠家的變電站綜合自動化產品，因此必須統一接口規約才能便于工程實施。

本項目統一采用IEC 60870-5-101 和IEC 60870- 5-104 規約作為各變電站綜合自動化系統接口規約。其中101 用于具有串口接口的變電站綜合自動化系統，而104 用于具有網絡接口的變電站綜合自動化系統。

從變電站接口網關機到集控中心接口網關機之間統一采用IEC 60870-5-104 規約。

此外，為了便于信息集成，對各變電站需要上送的數據的范圍和命名都做了統一規定。

4.2 通信網關設備

通信網關設備是集控站系統中負責對各變電站進行信息集成的重要設備。

本項目中選擇嵌入式工控機作為通信網關的硬件平臺，安裝SCADA 數據采集軟件。該設備中無旋轉設備，可在惡劣工況下長期穩定可靠運行。

該設備最多可配置18 個串口，10 個網口，可同時連接多個變電站綜合自動化系統。

4.3 數據緩存和恢復機制

在特殊工況下，由于網絡通信等原因可能引起變電站與集控中心、集控中心與能源管控中心之間的數據中斷。為了保證系統可用性，對于通信中斷后的數據恢復進行了功能設計。

變電站和集控中心的通信網關都要求具備數據緩存功能。數據中斷后上級采集系統可對通信網關發送自動、手動命令進行數據恢復。

5 應用效果

本鋼能管系統于2011年建設完成，由上海寶信軟件股份有限公司負責總體實施。通過對能源系統進行集中監控，大幅度提高了企業能源系統的勞動生產率。

項目涉及到本鋼多種能源介質的數據采集和信息集成。其中電氣量采集數據點多，采集點分布廣，工作量大。

在項目一期實施過程中，通過建立南芬集控系統，將所屬區域的多個變電站信息在集控系統集成后，通過集控站通信網關接口與能源管理中心實現數據接口。通過這種分層設計模式清晰地實現了電氣子系統與能管系統的數據接口。

基于數據緩存設計的通信網關在系統運行過程體現了較高的可靠性。在通信中斷故障恢復后，通過通信網關緩存數據自動同步恢復功能極大的保障了能源管理系統的數據連續性。

迄今為止，通過集控站進行電氣信息集成已經在本鋼能源管理系統中得到普遍應用。

6 結論

本文介紹了集控站技術在能源管控系統建設中的應用。隨著節能減排工作的推進，能源管控系統在越來越多的冶金企業得到應用。而電力運行數據的信息集成是能管系統中比不可少的組成部分。利用企業已有的變電站綜合自動化系統，可以通過集控站建設快速實現能管系統信息集成，投資少，見效快。可以預見，集控站技術將在能源管控系統建設中得到更廣泛的應用

[1] 梁少華,郝勇生,殷捷,等.鋼鐵企業信息化建設中EMS 的定位與應用[J].冶金動力,2013,160(6): 73-75.

[2] 王晶東.馬鋼南區能源管控中心電力調度自動化系統建設與應用[J].山東工業技術,2014(11): 165- 165.

[3] 徐志強,李洪繼,畢樸一.電力監控系統在邢鋼EMS 項目中的應用與探討[J].冶金動力,2012,152(4): 16-19.

[4] 李博,徐謙,趙博識.能源管理系統(EMS)在大規模能源生產中的節能作用[J].冶金動力,2012,154(5): 4-5.

[5] 初家祥,江杰.分布式電力監控系統在包鋼供電廠的應用[J].電氣技術,2012(8): 115-117.