金沙江下游昆明調(diào)控中心電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王桂平，龔傳利，張 微,連雪廣

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心，云南 昆明 443002）

0 引言

金沙江下游昆明調(diào)控中心下轄烏東德和白鶴灘電站,烏東德電站共裝機(jī)12臺(tái)，左、右岸各6臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量10 200 MW，電站距昆明約為125 km。白鶴灘電站共裝機(jī)16臺(tái)，左、右岸各8臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量16 000 MW，電站距昆明約為260 km。電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)采用中水科技iP9000智能對(duì)象一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)烏東德水電站“全監(jiān)全控”。

1 項(xiàng)目特點(diǎn)

該項(xiàng)目有如下特點(diǎn)：

（1）電站規(guī)模大,在電網(wǎng)中地位舉足輕重

烏東德電站總裝機(jī)容量為10 200 MW，位居世界第七、我國(guó)第四;白鶴灘電站是世界上單臺(tái)容量達(dá)到百萬的水電機(jī)組，總裝機(jī)容量16 000 MW，位居世界第二。這兩個(gè)電站分別在南網(wǎng)和國(guó)網(wǎng)，電站安全穩(wěn)定運(yùn)行將關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定，在電網(wǎng)中地位非常重要。

（2）全國(guó)產(chǎn)化

根據(jù)項(xiàng)目需要，電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)軟硬件需全國(guó)產(chǎn)化，即電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、工作站、路由器、交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、防火墻、縱向加密和入侵檢測(cè)等全部由國(guó)內(nèi)廠商提供。

（3）測(cè)點(diǎn)規(guī)模大

烏東德電站測(cè)點(diǎn)18萬點(diǎn)，白鶴灘電站測(cè)點(diǎn)30萬點(diǎn)，根據(jù)“全監(jiān)全控”要求，兩電站全部接入昆明電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，加上接入電調(diào)的水調(diào)和二次輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)點(diǎn)，電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)超過50萬點(diǎn)。該數(shù)據(jù)規(guī)模超過現(xiàn)有其他水電集控系統(tǒng)，這對(duì)于電調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)庫(kù)和歷史庫(kù)存取性能將是一個(gè)很大挑戰(zhàn)。

（4）水電調(diào)一體化

電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)與水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建面向調(diào)度值班人員的水電調(diào)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一操作平臺(tái)。電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)通過與綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)和昆明水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)通信接口，形成數(shù)據(jù)共享，并能與昆明水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)在綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)交叉調(diào)用各自應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)界面的一體化。

（5）網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)管

根據(jù)電力安全防護(hù)要求，需部署調(diào)控中心統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)管平臺(tái)，采集昆明電力監(jiān)控系統(tǒng)中的安全防護(hù)設(shè)備（入侵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、防火墻、縱向加密認(rèn)證裝置、橫向隔離裝置等）、主機(jī)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行信息、操作信息以及告警信息，并將采集到的安全監(jiān)視信息匯總至安全I(xiàn)I區(qū)的安全監(jiān)管平臺(tái)服務(wù)器。

（6）多系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)

昆明電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)需建立綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，除電調(diào)數(shù)據(jù)以外，還需采集下列系統(tǒng)數(shù)據(jù)：水調(diào)系統(tǒng)、安全穩(wěn)定控制主站系統(tǒng)、同步相量測(cè)量主站系統(tǒng)、故障錄波管理主站系統(tǒng)、保護(hù)信息管理主站系統(tǒng)、機(jī)房動(dòng)環(huán)系統(tǒng)和電能計(jì)量主站系統(tǒng)。

2 需要解決的關(guān)鍵問題

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，昆明電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)需要解決如下關(guān)鍵技術(shù)問題：

（1）基于全國(guó)產(chǎn)軟硬件環(huán)境，電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)軟件需要適配國(guó)產(chǎn)硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)，以前電調(diào)系統(tǒng)不需要考慮的問題，譬如硬件驅(qū)動(dòng)、操作系統(tǒng)提供的編譯和運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)性能，都需要逐項(xiàng)測(cè)試和解決。

（2）對(duì)于水電站集控系統(tǒng)，無論單站數(shù)據(jù)量和集控總數(shù)據(jù)量都是前所未有的，需解決海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和海量信息事件篩選查詢機(jī)制，既要避免數(shù)據(jù)丟失，又要防止重要信息淹沒，及時(shí)把重要信息推送給運(yùn)行人員。

（3）研究電調(diào)平臺(tái)可視化和交互技術(shù)，能通過界面實(shí)時(shí)交互獲取水調(diào)數(shù)據(jù)并在電調(diào)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)點(diǎn)、曲線、三維等方式展示，實(shí)現(xiàn)水電調(diào)平臺(tái)界面一體化。

（4）解決集控和電廠點(diǎn)表配置同步難題，兩邊配置點(diǎn)表工作量大，錯(cuò)位將導(dǎo)致嚴(yán)重后果，需從技術(shù)上解決該問題。

（5）電廠操作信息和過程信息及時(shí)上送集控系統(tǒng)，對(duì)于調(diào)控運(yùn)行人員全面掌握操作命令執(zhí)行情況至關(guān)重要，原有104規(guī)約不具備該功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

昆明調(diào)控中心電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和需求，按照高可靠性、高實(shí)時(shí)性、高安全性和高擴(kuò)展性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建分層分布式架構(gòu)（圖1）。

3.1 對(duì)象化數(shù)據(jù)建模

iP9000智能對(duì)象一體化平臺(tái)采用面向?qū)ο笏季S進(jìn)行設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)、畫面和報(bào)警事件等均采用面向?qū)ο蟮慕M織形式。畫面采用動(dòng)態(tài)對(duì)象圖元實(shí)現(xiàn)設(shè)備與流程的對(duì)象級(jí)展示與動(dòng)態(tài)切換。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織和表現(xiàn)可根據(jù)需要靈活修改（圖2）。

3.2 跨安全分區(qū)數(shù)據(jù)同步

圖1 金沙江下游昆明調(diào)控中心電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)拓?fù)鋱D

iP9000平臺(tái)提供了完整的跨安全分區(qū)數(shù)據(jù)同步機(jī)制，既完全滿足了網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的要求，又實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)的數(shù)據(jù)跨區(qū)同步功能。每一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象都可以獨(dú)立配置是否需要進(jìn)行跨區(qū)同步、同步的方向（從安全Ⅰ區(qū)到安全Ⅲ區(qū)、從安全Ⅲ區(qū)到安全Ⅰ區(qū)）?？鐓^(qū)同步功能完全由平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)用完全透明。只要事先配置，應(yīng)用可以訪問到任何需要的數(shù)據(jù)，不管這個(gè)數(shù)據(jù)來源于哪一個(gè)安全分區(qū)。

圖2 昆明集控對(duì)象數(shù)據(jù)化建模圖例

3.3 交互式圖元組態(tài)技術(shù)

通常組態(tài)式的監(jiān)控畫面只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示和控制功能，交互性不強(qiáng)，難以滿足水電調(diào)一體化要求。為此，iP9000平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了交互式控件圖元組態(tài)功能，用戶可以通過簡(jiǎn)單的畫面組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)水庫(kù)調(diào)度應(yīng)用、洪水演算預(yù)報(bào)、水情預(yù)警、閘門操作等應(yīng)用，各應(yīng)用人機(jī)界面顯示風(fēng)格及效果跟水調(diào)系統(tǒng)一致。

3.4 集群通信技術(shù)

電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)采用3臺(tái)通信服務(wù)器作為通信集群，電站分為左岸、右岸和控制樓3部分，每部分可以配置服務(wù)器采集隊(duì)列。梯調(diào)對(duì)電廠通信有3個(gè)物理通道，2個(gè)光纖通道，1個(gè)衛(wèi)星通道，每個(gè)通道均有1個(gè)傳輸數(shù)據(jù)邏輯鏈路為工作通道，但只有1個(gè)作為值班通道將數(shù)據(jù)廣播到電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，其他工作通道只做數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)補(bǔ)傳。每個(gè)物理通道可以配置采集隊(duì)列，當(dāng)排第1位服務(wù)器故障時(shí)，由排第2位服務(wù)器接替采集功能，依次類推。通過集群通信，實(shí)現(xiàn)了采集任務(wù)負(fù)載均衡和冗余傳送，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

3.5 單邊點(diǎn)表

通常IEC61850-5-104規(guī)約通信主站和從站同時(shí)配置點(diǎn)表，主從站根據(jù)序號(hào)建立數(shù)據(jù)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果主從站一方點(diǎn)表序號(hào)錯(cuò)位，則會(huì)導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)不一致，造成嚴(yán)重后果。為了解決該問題，主從站建立實(shí)時(shí)庫(kù)時(shí)預(yù)配置每個(gè)點(diǎn)配置唯一id（雙方約定一致），只從站配置點(diǎn)表，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)建立唯一的id號(hào)，主站根據(jù)電站上送的各點(diǎn)id號(hào)生成自己的點(diǎn)表，這樣主從站根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)id號(hào)建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，避免了數(shù)據(jù)點(diǎn)錯(cuò)位帶來的數(shù)據(jù)不一致問題。

3.6 字符串信息傳輸

IEC61850-5-104規(guī)約傳輸字符串信息，電廠的操作信息和操作中成功與否的過程信息，通常沒有實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣梯調(diào)無法掌握這些信息。為了主站能獲取操作信息及過程信息，該項(xiàng)目對(duì)104規(guī)約進(jìn)行擴(kuò)充，增加字符串傳輸類型，擴(kuò)展部分的ASDU部分如下：

表1 字符串信息傳輸ASDU說明

4 結(jié)束語

昆明調(diào)控中心電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)于2020年3月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，2020年7月13日烏東德4臺(tái)機(jī)組完成72 h試運(yùn)行接入梯調(diào)，7～9月2個(gè)多月運(yùn)行良好。該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首個(gè)全國(guó)產(chǎn)化且按照“全監(jiān)全控”建設(shè)的超大型集控系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)水電調(diào)一體化，文中提到的技術(shù)可供同類流域梯級(jí)電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)借鑒。