巨型水電站監控系統改造過渡期通信研究

潘苗苗，黃家志，艾遠高，楊 云，張衛君

（1.三峽水力發電廠,湖北 宜昌 443133；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

某巨型水電站布置14臺水輪發電機組（單機額定出力700 MW），總裝機容量9 800 MW。其計算機監控系統的監控對象幾乎涵蓋電站所有設備：14臺水輪發電機組及其輔助設備、14臺三相主變壓器、500 kV GIS開關站、泄洪設施、10 kV廠用電、油氣水設備等。由于機組容量大，控制監視對象多，計算機監控系統的I/O點總量多達39 000點（不包括通信和計算點的數量），是世界上鮮見的超級巨型水電站計算機監控系統。

在電站計算機監控系統改造過程中，由于現地控制器ABB AC450所使用的MB300網絡通信規約與接口的專用性和封閉性，使得新系統上位機投運后不能實現與現地控制器的直接通信，也就無法實現對未改造機組的監控，因而在新系統的網絡和上位機投入運行后，將形成新、老系統共同運行的過渡期。考慮到監控系統的改造不可能在短期內完成，老系統必須保留原有的AS500操作員站，以實現對未改造LCU的監視與控制，同時老系統中與廠站層實現通信接口的各AC450控制器也必須在整個改造期間予以保留，以實現將未改造LCU的數據接入新系統中，即將老系統中的上位機功能遷移至新系統。這樣當新系統投運時，在新老系統過渡期內，AGC/AVC高級應用、調度通訊、歷史數據存儲等廠站層功能都可以順利接管。由此可見，對老監控系統上位機現有通信接口的研究是新老系統平穩過渡的關鍵。

因此，通過本研究對監控系統上位機內各子系統通信接口的軟/硬件內容進行全面分析和解析就顯得十分重要，研究的結果將可以幫助相關技術人員快速準確開發出新系統與老系統的接口程序，以實現新老系統的平穩過渡和過渡期內電站穩定運行。

1 改造背景

該巨型水電站計算機監控系統（以下簡稱“老系統”）由ABB標準的Advant OCS工業過程實時監視與控制系統和ALSTOM公司在其基礎上開發的HPC-IMS電站歷史信息管理系統組成，于2003年投入運行，至今該套監控系統已穩定運行超過16年。經過多年連續運行，設備逐漸老化，逐步暴露出設備和軟件的固有缺陷，故障率逐漸增多，部分設備備件已停產，備件購買困難且昂貴，特別是操作員站無法遷移其他型號工作站，直接影響電站計算機監控系統的正常運行，成為制約電站安全生產和智慧電站建設的瓶頸。

隨著國內水電站計算機監控技術的不斷進步成熟，且在國內大中型電站已廣泛應用。綜合考慮，確定采用北京中水科水電科技開發有限公司iP9000一體化平臺（以下簡稱“新系統”）對計算機監控系統進行整體更新改造，并在過渡期實現兩套系統的聯合運行。

2 改造過渡過程通信研究主要內容

監控系統改造過渡期方案如圖1所示。

圖1 監控系統改造過渡期方案

根據改造過渡期的方案，本研究項目的主要內容包括：

2.1 上位機與轉換節點控制器TN1/TN2接口分析

轉換節點控制器TN1/ TN2用作現地LCU與數據采集服務器的接口控制器，其他LCU通過程序把數據以數據集方式傳送至TN1/TN2，TN1/TN2再通過VIP通信方式把數據轉發給數據采集服務器。通過分析該接口并掌握其數據格式，新上位機系統的歷史數據處理服務器即可通過AC450控制器TN1/TN2實現對未改造LCU的歷史數據采集，通信接口為VIP協議。需分析老系統運行的數據采集服務器程序，解析其現有數據格式；分析如何把原來由數據采集服務器通過UDP方式發給調度通信網關機的模擬量信息以合適的方式發給新系統的調度通信服務器。

2.2 上位機與應用程序控制器APPC1/APPC2的接口分析

應用程序控制器APPC1/APPC2主要作為現地LCU和應用程序工作站之間的通信接口，其他LCU通過程序把數據以數據集方式傳送至APPC1/APPC2，APPC1/APPC2再通過VIP通信方式把數據轉發給應用程序工作站，同時APPC1/APPC2還包含部分簡單的AGC/AVC程序，如有功、無功設定值數據源選擇，調度曲線方式下有功總設定值的計算功能。新系統的應用程序服務器須通過AC450控制器APPC1/APPC2實現與未改造機組LCU的數據交換，通信接口為VIP協議。通過分析該接口并掌握其數據格式及數據意義，新系統AGC/AVC程序應能通過APPC控制器接收未改造機組的實時有功、無功、機組狀態等信息，并能把分配值、開停機命令等信息通過APPC控制器轉發給機組LCU。

2.3 上位機與RCI和MIMIC控制器的接口分析

轉換節點控制器RCI和MIMIC作為現地LCU與調度通信服務器1/2之間的通信接口，使用IEC101協議與現地LCU的AC450控制器實現數據交互。各現地LCU為從站，轉換節點控制器RCI和MIMIC既為主站也為從站。通過分析該接口并掌握其數據格式，新系統的調度通信服務器即可通過與AC450控制器RCI和MIMIC通信實現對未改造LCU的事件信息采集，并把調度調節和控制命令發送給相應LCU控制器，通信接口為IEC101協議。

3 通信接口分析

3.1 VIP通信接口分析

VIP通信的TCP/IP接口模件為ABB的CI546模件，采用UDP通信協議。VIP通信接口參數通過VIP-NETW、VIP-NODE、VIP-LINK和VIP-CHAN 4個功能塊進行配置，VIP-NETW用于配置和監視VIP網絡，VIP-NODE將參與VIP通信的外部主機定義為一個VIP網絡節點，VIP-LINK用于在CI546和NODE之間建立通信鏈接，VIP-CHAN在通信鏈接內定義用于傳遞通信消息的多個通道。VIP-W通信模塊把數據發送數據采集服務器。

VIP通 信 數 據 包 的 格 式 與TCP和UDP通信報文格式相似，數據包由header和data組成。header包含有兩部分，message length（消息長度）和message id（消息號）組成。對于UDP協議，message length最大為9 500 bytes。對于TCP協議，message length最大為65 535 bytes。

圖2

1個data里，可以隨意包含多種數據，如整型、布爾型、實型和組數據，每種類型的數據格式如圖3。

圖3 數據格式

組數據是將同一類型數據組合的數據包，可以是16位整型、32位整型和實型數據。頭2個字節代表包大小，即組數據中包含數據的個數，不能超過255。

圖4 組數據示例

3.2 IEC101通信接口分析

IEC101通信的串口接口模件為ABB的CI535模件，采用IEC870-5-101標準通信協議。通信主站需通過R-CONF功能塊配置通信接口參數， 并起到啟、停、監視通信的作用；通信從站配置R-IND（從站上送單點和雙點信息）、R-AV（從站上送模擬量）、R-SETP（主站下發設定值）、R-GO（主站下發命令）等功能塊。

每個R-IND模塊最多可傳送16個帶品質位的開關量，當開關量發生變位時，模塊立即發送報文。各個報文包通過數據包ID（即BLOCK_N）進行識別，每個開關量通過所屬R-IND的BLOCK_N和在R-IND中的位置確定。

每個R-AV模塊可以傳送1個模擬量，模擬量的上下限必須與主站通信配置文件中的上下限相一致。各個報文包通過數據包ID（即BLOCK_N）進行識別。

每個R-SETP用來接收主站下發的遙調命令，各個命令包通過對象ID （OBJECT_N）進行識別，遙調命令的上下限必須與主站配置文件中的上下限相一致，且調度側下發的設定值也必須在此范圍之內。

每個R-GO用來接收主站下發的遙控命令，各個命令包通過對象ID（OBJECT_N）進行識別，每個遙控命令通過所屬R-GO的OBJECT _N和在R-GO中的位置確定。

主站通信點表中的測點均以IEC通道號標注，與從站程序中的測點一一對應。IEC通道號計算公式如下：

開關量IEC通道號＝R-IND的BLOCK_N×16＋（開關量在R-IND 中的位置－1）

模擬量IEC通道號＝R-AV的BLOCK_N+16 384

R-SETP通道號＝R-SETP的OBJECT_N+450 56

R-GO通道號＝R-GO的OBJECT_N×15+49 392+R-GO中的位置

開關量IEC通道號即為ASDU1中的信息體地址，模擬量IEC通道號即為ASDU9中的信息體地址，遙調命令IEC通道號即為ASDU48中的信息體地址，遙控命令IEC通道號即為ASDU51中的信息體地址。

從站有兩類數據上送，包括變化的開關量是一類數據，變化的模擬量是二類數據。主站不停向從站發送詢問報文，詢問從站是否有變化信息發送。一類信息的傳送可以打斷二類信息的傳送。主站也定時向從站發送一次總召喚命令，從站立刻把系統內包含的開關量和模擬量信息全部發給主站。

4 結束語

通過本項研究，對本巨型電站計算機監控系統上位機各子系統的主要通信接口有了清晰的認識。通過分析各通信接口的硬件和軟件組成，形成的最終研究報告將可直接應用于該電站監控系統改造過程中，指導相關技術人員完成新上位機系統中與老系統連接的各通信接口軟件開發和調試，對于電站監控系統改造的成功實施將起到重要作用，特別是對新老上位機系統并存時期內電站設備正常運行和上位機各項功能正常運行至關重要。

同時，參與本研究項目的相關人員對于對電站監控系統上位機現有結構和接口形式有了更深入的了解，在后期監控系統維護乃至改造過程中發揮了重要作用。