西藏沃卡梯級水電站集控中心計算機監控系統設計

【摘要】隨著流域梯級水電站開始逐漸增多，梯級水電站集控中心的經濟價值和社會效益也日顯突出。本文結合沃卡梯級水電站集控中心的顯著作用，介紹了沃卡梯級水電站集控中心計算機監控系統設計原則、網絡結構等。對開發、改造梯級水電站集控中心有著一定的借鑒及參考意義。

【關鍵詞】集控中心；網絡結構；控制層；計算機監控系統

1、項目背景

沃卡發電公司是一廠兩壩三站的小型梯級水力發電廠，總裝機容量為30.4MW。三個梯級電站位于西藏桑日縣境內的雅魯藏布江左岸一級支流沃卡河上，距桑日縣25km，距山南地區行署所在地澤當鎮70km，距拉薩市269km，所在地海拔高程為3600m～3800m。公司生產區（位于西藏桑日縣白堆鄉境內）距公司綜合辦公大樓（位于西藏山南地區澤當鎮）70km。

沃卡一級站：位于沃卡河三個梯級電站最上游，由白堆、許莫兩個小型水庫和四臺單機容量5MW的水輪發電機組成，總裝機容量為20MW，1999年9月投產運行。

沃卡二級站：位于三個梯級電站中段，距沃卡一級站3.5km，由四臺單機容量1MW的水輪發電機組成，總裝機容量4MW。

沃卡三級站：位于沃卡河匯入雅魯藏布江處，距沃卡一級站7km，由四臺單機容量1.6MW的水輪發電機組成，總裝機容量為6.4MW，1978年7月投產運行。

利用公司已建成使用的澤當鎮綜合辦公大樓設置沃卡流域梯級電站集控中心，采用“擴大廠站”和常規控制結合的模式統一對沃卡一級、沃卡二級、沃卡三級電站進行集中監視、控制，實現梯級優化調度。

2、集控中心計算機監控系統的設計原則

集控中心設置一套計算機監控系統，考慮到計算機及其網絡技術發展迅速，計算機軟、硬件更新換代周期很短，對于計算機監控系統的總體方案設計、網絡結構、相應的功能及系統配置，總的設計原則如下：

（1）電站的優化調度管理：集控中心計算機監控系統應能接收利用有關部門制訂的發電優化調度、防洪調度方案或調度決策（長、中、短期），通過計算機監控系統執行調度指令，使電站在發電、防洪等方面發揮最大的綜合利用效益，實現電站的優化調度和經濟運行。

（2）電網調度的控制調節方式有兩種，方式一：按電網調度要求，直接調度電站，此時，該電站自行與電網調度通信，上傳電網調度機構要求的實時數據和運行參數等，接收電網調度發調控命令，進行實時控制調節、安全監視。同時，集控中心也可接收該電站上送的實時數據和運行參數等，用于監視；方式二：電網調度發調控命令和設定值到集控中心，由集控中心對電站進行遠方實時控制調節、安全監視，實現水電優化調度、經濟運行和統一調度管理。

（3）計算機監控系統必須滿足電站綜合利用各方面調度管理自動化的要求。采用按功能、任務、管理范圍等網絡分層、全分布、全開放的系統，系統結構應保證集控中心計算機監控系統在今后長期運行中的先進性、可維護性、可擴充性、兼容性和應用軟件的可移植性。

（4）集控中心基于計算機和網絡技術的應用系統，原則上劃分為生產控制大區和管理信息大區，生產控制大區又分為控制區和非控制區。計算機監控系統屬于生產控制大區，應嚴格進行安全防護。

（5）計算機監控系統局域網按IEEE802.3z設計，采用星型結構的交換式以

太網，全開放的分布式接口，局域網通信規約TCP/IP，網絡介質采用電纜，控制網絡所有端口的傳輸速率均為1000Mbps，監控數據通信網所有端口的傳輸速率均不低于100Mbps。

（6）集控中心與各梯級電站采用光纖網通信，計算機監控系統主通信通道為光纖通道通道帶寬為10Mbps，備用通信通道帶寬為4Mbps，采用IEC60870-5-104規約。集控中心計算機監控系統在滿足電網調度要求的前提下與調度的通信，同時能接受電網下發的相關信息。

（7）系統支持在線及離線編程，遠程維護和全網絡化數據信息交換。

3、網絡結構

計算機監控系統采用全開放的分層分布式網絡結構，由網絡上分布的各節點計算機單元組成。各節點計算機單元采用局域網（LAN）聯接，與西藏區調、備調采用廣域網（WAN）聯接。

計算機監控系統按IEEE802.3標準設計，網絡傳輸協議TCP/IP，控制網1、2號交換機采用千兆工業以太網交換機，該交換機以1000Mbps的速率通過RJ45口與千兆交換式工業以太網上的各計算機節點連接，傳輸介質采用雙絞線。

計算機監控系統屬于生產控制大區，按IEEE802.3z設計，采用分層星型結構的快速交換式以太網，并設置冗余；全開放的分布式接口，局域網通信規約TCP/IP，網絡介質采用電纜，介質訪問控制方式為帶有碰撞檢測的載波監聽多路訪問（CSMA/CD）；控制網交換機所有端口的傳輸速率均為1000Mbps，采用二層1000Mbps以太網交換機；監控數據網所有端口的傳輸速率均不低于100Mbps，采用三層100Mbps以太網交換機。

集控中心計算機監控系統通過冗余通信通道（主、備通道為光纖）與電網調度進行數據通信，上送上級調度部門所需的電站信息。本系統選配1～2號通信網關與上級調度部門進行通信，在通信速率、規約等方面均滿足上級調度部門的要求。

同時，集控中心計算機監控系統通過以下通信通道與電站通信。

（1）主通道：帶寬10M光纖以太網通道，信息傳輸采用100M以太網接口；

（2）備用通道：帶寬4Mbps光纖以太網通道，信息傳輸采用100M以太網接口。

沃卡一級、沃卡二級、沃卡三級三電站屬于已投運電站。由于沃卡二級電站改造在本集控中心設計之前，故集控中心計算機監控系統選配1臺集控通信網關與沃卡二級電站通信，集控主機直接與沃卡一級和三級電站LCU通信，采集信息和下發調控命令。

集控中心計算機監控系統切換原則：正常情況下主通道運行，主通道故障時自動切換到備用通道運行；在備用通道運行時如監測到主通道正常，可手動切換到主通道運行。

流域計算機監控系統架構將分為三個層次：

集控層：通過以太網通道等構成的整個流域監控的主干網。在該主干網上連接集控中心、電站的計算機監控系統的網絡交換設備和計算機設備。

廠站層：為控制電站設備控制構成的控制子網，也就是電站內部的計算機監控系統網絡通常為100M/1000M的以太網。其下連接現地層。

現地層：現地設備控制層，可采用現場總線或以太網。

4、集控中心計算機監控系統功能

計算機監控系統能實時、準確、有效地完成對梯級水電站各被控對象的安全監控。其主要功能如下：

（1）系統層次；

（2）控制調節；

（3）數據采集和處理；

（4）安全運行監視；

（5）控制與調節；

（6）自動發電控制（AGC）；

（7）自動電壓控制（AVC）；

（8）人機接口；

（9）統計記錄與設備運行管理指導；

（10）生成報表和打印；

（11）系統自診斷；

（12）遠程維護和診斷；

（13）語音報警和ON-CALL；

（14）系統通信；

（15）培訓；

（16）時鐘同步。（下轉第頁）

（上接第頁）

5、集控中心計算機監控系統配置

（1）操作員工作站（2套）：服務器應采用高性能、多任務、多用戶型工作站。兩臺套操作員工作站以冗余方式工作，每個CPU應承擔一定的數據采集及運算任務。配有足夠的通信接口。各種存儲器應帶保護裝置，防止和避免因電源或不正確操作造成信息丟失和改變。

（2）報表工作站（1套）：服務器應采用高性能、多任務、多用戶型工作站。兩臺套操作員工作站以冗余方式工作，每個CPU應承擔一定的數據采集及運算任務。配有足夠的通信接口。各種存儲器應帶保護裝置，防止和避免因電源或不正確操作造成信息丟失和改變。

（3）工程師/編程員工作站（1套）：主要負責監控系統的開發，編制和修改應用軟件、建立系統數據庫、程序下載，系統維護和管理，及遠程診斷維護，操作員培訓，仿真等工作。工作站應采用高性能、多任務、多用戶型工作站。

（4）工程師/編程員工作站（1套）：主要負責監控系統的開發，編制和修改應用軟件、建立系統數據庫、程序下載，系統維護和管理，及遠程診斷維護，操作員培訓，仿真等工作。

（5）通信網關機（4套）：服務器應采用高性能服務器，配有足夠的通信接口，采用Linux、Unix操作系統；其中3、4號調度通信網關機接口要求及通信協議滿足電網調度要求。

（6）語音報警及ON-CALL系統工作站（1臺）

（7）打印機A3彩色（1臺）

（8）打印機A4黑白（1臺）

（9）便攜式計算機（1套）

（10）KVM、鼠標鍵盤設備（1整套）

6、結束語

沃卡梯級水電站集控中心于2016年6月30日投運，目前運行良好。沃卡集控中心可對沃卡一級、二級、三級水電站實施集中控制、優化調度，各電站之間能夠協調運行，系統能綜合準確的計算出各點知的出力和泄水量，能做到最經濟地利用水資源，多發電。

作者簡介：彭韞（ 1987-） ，女，四川綿竹人，工程師，工學碩士，從事水電站電氣二次設計。