黃登水電站CSCS系統建設與關鍵技術研究

顏現波，毛 琦，趙勇飛，盧小芳

（北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

黃登水電站位于瀾滄江上游河段，處于托巴水電站與大華橋水電站之間。該電站共設置4臺單機容量為475 MW發電機組，總裝機容量1 900 MW，在系統中承擔腰荷、調峰和調頻的任務。電站接受南方電網總調、云南省調及上級集控中心調管。整個CSCS建設方案采用H9000 V4.5國產化水電站計算機監控軟件。H9000 V4.5軟件已經成功應用于國內外數百個水電站，是一套成熟的水電站計算機監控系統。

1 黃登水電站CSCS系統建設總體原則

電站CSCS系統利用基于多主機、多規約、多鏈路的“調控一體化”技術實現現地、遠方、集控、調度等多方調控。在整個系統設計和部署過程中，堅持“設備對象數字化”、“數據通信規范化”、“監控平臺一體化”等原則，以適應智慧電網架構下“智能電站”的發展需要。

為解決大容量數據存儲問題，采用RAID磁盤存儲技術實現海量數據的安全、快速存儲。配備商業Oracle數據庫，用于秒級、分鐘、小時等歷史數據存儲與檢索，并按照實際需求配置專業數據可視化軟件SMA2000，以及靈活的報表制作軟件Hreport。

為實現網絡通信的高可靠性及快速傳輸性，電站廠站層系統主干控制網采用雙環型1 000 Mb/s冗余以太網結構。同時，現地LCU層設置冗余交換機，采用雙CPU、雙以太網保證監控數據的實時性和穩定性。CSCS系統主干網結構圖見圖1。

2 CSCS系統實現方案

2.1 廠站層控制系統構成及配置方案

（1）實時數據采集及高級功能應用服務器2套，主要功能為：

1）監控實時數據采集，DI、SOE量事件報警處理，AI、RTD量數值越限檢查,系統綜合計算庫執行、實時設備操作閉鎖庫生成等功能。

2）實現電站在調控模式下經濟運行（即自動發電AGC技術、自動電壓AVC技術）。

（2）ORACLE歷史庫服務器2套,主要功能為：

1)兩套服務器互為備用，共同完成對磁盤陣列的數據存儲及管理功能。

2）主控服務器按周期將實時數據庫寫入歷史庫，實現監控數據長期存檔，并對其他客戶端提供訪問接口及歷史數據查詢、調用服務。

（3）設置運行操作工作站5套,主要功能為：

1)基于H9000 V4.5的OIX人機界面軟件可以實現廠站人員對電站機電設備運行情況監視功能。如發電機組、調速器系統、勵磁系統、油系統等運行工況監視、事故告警、控制方式調節、機組啟停和開關設備操作等。

2）實現廠站人員對站控設備的控制命令下發功能。其中主要操作命令包括：機組順控流程操作、發電功率調節、斷路器、隔離開關及接地刀閘等設備操縱以及閘門升、降、停及開度給定操作等。

3）4套操作工作站分別布置在地面值守樓及地下控制室，地面值守樓及地下控制室的操作工作站應相互閉鎖，地下控制室的操作工作站優先。另外一臺操作工作站設置成移動式，主要完成現場調試、試驗及維護任務。

（4）設置對外通信服務器6套：為滿足調度中心對監控數據信號“直采直送”要求，通信服務器直接接入廠站層主干控制網。其中2套完成廠站與省調、地調通信，2套完成電站與南方電網網調的調度通信，2套完成電站與上級公司集控中心通信。

（5）配置工程師站1套、廠內通信工作站1套、語音告警及ON-CALL服務器1套，主要承擔系統數據庫、畫面的維護管理、電站輔控設備通信、語音報警及短信發送功能。ON-CALL報警系統支持中國移動、中國聯通、中國電信等移動通信運營商。

圖1 黃登水電站計算機監控系統網絡結構圖

2.2 現地層控制單元(LCU)系統構成

（1）機組LCU(LCU1～LCU4) 4套：每套均包含1個進水口遠程I/O和1套機組測溫LCU。

設置冗余的現地交換機，雙CPU、雙機架、雙以太網口、雙電源裝置。為滿足大型機組溫度監視需求，該系統配置獨立的機組測溫LCU系統。

（2）地 下 開 關 站LCU(LCUK1～LCUK4) 4套:500 kV每串設備和雙母線各設置一套LCU，共4套。LCU配置冗余的現地交換機，雙CPU、雙機架、雙以太網口、雙電源裝置，每個LCU與上位機通過工業以太網交換機相連接，組成雙星型網絡。

（3）廠用電設備LCU(LCUC1～LCUC4) 4套: 每段10 kV廠用電設置1套LCU，共4套，LCU配置冗余的現地交換機，雙CPU、雙機架、雙以太網口、雙電源裝置，LCU與上位機通過工業以太網交換機相連接，組成雙星型網絡。

(4)現地層控制單元還包括：1套公用設備LCU，1套壩區設備LCU，1套地面值守樓LCU以及一鍵式落門控制柜等。典型現地LCU網絡拓撲圖見圖2。

圖2 機組現地LCU I/O網絡拓撲圖

3 關鍵技術及實現方案

3.1 多主機、多規約、多鏈路通信網絡設計與實現

電站控制調節方式的優先級依次為：現地控制級、廠站控制級、集控中心、調度控制級。電站與集控中心網絡通信采用雙網絡IEC104規約。為保證大量數據通信的完整與安全，設計了基于多服務器、多規約、多鏈路的通信設計思想，并采用電信、電網雙通道冗余結構。集控通信網絡拓撲圖見圖3。

3.2 CSCS系統RAID存儲技術及實現方案

（1）RAID磁盤存儲技術原理是將一組磁盤驅動器用某種邏輯方式聯系起來，作為邏輯上的一個磁盤驅動器來使用。目前主要有RAID0、RAID1、RAID5等多種存儲方式，為了得到更高的速度、穩定性、更大的存儲能力以及容錯能力，一般都采用幾種RAID存儲方式組合形式。

（2）選用RAID存儲技術優勢：

1）采用快速數據校驗技術，保障較高的數據安全性和完整性。

圖3 黃登電站集控通信網絡拓撲圖

2）超大容量和級聯的擴展技術，實現海量數據存儲。

3）采用磁盤陣列自帶CPU 和內存技術，實現數據訪問的高速性。

4）配備雙機集群容錯軟件,保證作業連續性。

5）磁盤陣列采用級聯技術或SAN 存儲區域網技術，具有靈活的擴展能力。

（3）選型方案：2套歷史庫存儲服務器，一套聯想磁盤陣列。對于存儲服務器，為了具有更好的系統穩定性采用2塊硬盤做RAID1模式；為了實現更大的存儲能力以及容錯能力，磁盤陣列配置10塊硬盤并按照RAID5模式進行設置。

3.3 CSCS系統冗余技術及實現方案

（1）主機熱備冗余技術：關鍵節點服務器及工作站均設置雙套冗余方式工作。冗余工作站的運行模式均為熱備用方式，互相檢測，相互備用。主用計算機出現故障時，備用計算機能無擾動地、快速切換成主機運行。

（2）現地層LCU控制單元采用熱備冗余的配置方案，設置冗余交換機，雙CPU、雙以太網卡、雙電源供電裝置。冗余CPU之間數據交換通過獨立的數據同步光纖直連模塊，保證數據交換的高效率以及無擾主備切換。

（3）可靠的冗余UPS電源供給系統：UPS主機采用雙總線結構，兩套主機獨立工作，確保不存在兩路供電系統的關聯故障。CSCS系統設備均采用雙路電源供電，對于單電源設備，采用購置靜態切換開關（STS）供電，確保整個CSCS系統中不存在單點電源故障問題。

3.4 歷史數據快速查詢及報表方案

使用Hista歷史庫管理軟件可以實現歷史庫自定義配置及數據快速查詢功能。另，針對Oracle數據庫特點，配置了基于.Net Framework平臺的運行報表軟件Hreport V4.5,該軟件可以為用戶提供人性化的報表制作功能。

4 結束語

H9000 V4.0 CSCS系統在瀾滄江流域黃登電站的優化設計以及相應關鍵技術的實現，為該站后續機組并網發電積累了寶貴經驗，同時，也驗證了H9000 V4.0 CSCS系統針對大、中型水電站海量數據的超強處理能力和控制能力。