國電投獅子灘新能源集控中心自動化系統(tǒng)建設

顏現(xiàn)波，邢建模，侯杰仁，王中才，張 青，

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；3.國家電投集團重慶獅子灘發(fā)電有限公司，重慶 401220）

0 引言

為了加快企業(yè)小水電改革進程以及優(yōu)化新能源電站管理模式，國電投集團對下屬企業(yè)在建及新建的新能源項目提出了“工業(yè)化、數字化、信息化”深度融合的要求，改變傳統(tǒng)運營管理方式、轉變觀念、將集控中心作為新型運行管理模式。根據國家電投新能源建設的統(tǒng)一規(guī)劃，在渝的下屬水電站、風電場及光伏電站等新能源項目將統(tǒng)一接入獅子灘集控中心，實現(xiàn)遠程集群集中控制。獅子灘新能源集控中心將成為國家電投集團區(qū)域性水電新能源生產運營中心。該中心將實現(xiàn)所有發(fā)電設備的實時監(jiān)視與遠方控制，對設備運行中產生的大量數據進行采集與存儲，為下一步集團公司數字化、智能化、大數據中心建設提供充實的數據基礎和分析依據。

獅子灘新能源集控中心自動化系統(tǒng)基于新一代H9000智能一體化監(jiān)控平臺而構建，以集控數據實時監(jiān)控、AGC/AVC經濟運行、檢修與生產運營等應用為架構核心，以標準化、模塊化、一體化、智能化為設計原則。整個自動化系統(tǒng)集成水電站計算機監(jiān)控、水情水調、風機監(jiān)控、光伏發(fā)電、電能計量及風、光功率預測系統(tǒng)等，解決了電站生產系統(tǒng)及各輔控系統(tǒng)各自孤立、數據隔離、維護復雜等問題，見文獻[1-4]。整個自動化系統(tǒng)設計理念及架構如圖1所示。

圖1 獅子灘新能源集控平臺設計理念及系統(tǒng)架構

1 系統(tǒng)概況

獅子灘新能源集控中心第一期集控建設目標將實現(xiàn)龍溪河流域的獅子灘、下硐、上硐、回龍寨水電站，以及大洪河流域的大洪河水電站的接入及控制工作。第二期集控建設目標為芙蓉江流域江口電站和金子山風電場的接入及控制工作。第三期集控建設目標為梅溪河流域渡口壩水電站以及五洞巖光伏電站接入及遠程集中控制。集控中心設置在位于國家電投集團重慶獅子灘發(fā)電有限公司運營中心大樓四樓。根據場所條件、集控中心的特點和設備配置情況，四樓統(tǒng)一劃分為集控大廳、盤柜室、蓄電池室、辦公區(qū)、交接班室等，接入規(guī)劃見表1。

表1 電站概況及接入規(guī)劃

2 系統(tǒng)設計原則

2.1 智慧電網架構下新能源集控中心自動化系統(tǒng)總體設計原則

（1）為適應智慧電網架構下“智能電站”的發(fā)展需要，該方案中采用基于多主機、多規(guī)約、多鏈路的“調控一體化”技術實現(xiàn)現(xiàn)地層、廠站層、集控層、省調、網調等多方數據通信及遠程調控功能。

（2）為滿足智慧電網架構下數據實時性的要求，采用熱備分級時鐘系統(tǒng)方案，搭建全廠時鐘對時系統(tǒng)，實現(xiàn)控制Ⅰ區(qū)所有設備統(tǒng)一對時，保證數據時效性。

（3）為實現(xiàn)網絡通信的高可靠性及快速傳輸性，滿足電站監(jiān)視及上級調度中心遠程調控要求，方案中通信網絡及控制網絡均采用雙環(huán)雙冗余網絡通信方式。系統(tǒng)配置滿足可靠、冗余原則，設備選型先進，符合當前技術發(fā)展特點，系統(tǒng)數據監(jiān)視實時性較高，數據傳輸抗干擾能力強。

（4）整個新能源集控中心自動化系統(tǒng)建設方案中貫徹“數字化、智能化、智慧化”的設計理念，堅持“設備對象數字化”、“設備管理及高級應用智能化”、“數據分析及決策應用智慧化”等原則，見文獻[5]。

2.2 新能源集控中心自動化系統(tǒng)安全防護原則

新能源集控中心整個自動化系統(tǒng)分為安全Ⅰ區(qū)即生產控制網（各電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)、箱變系統(tǒng)）、安全Ⅱ區(qū)即非控制網（保信系統(tǒng)、水情水調系統(tǒng)）、安全Ⅲ區(qū)即生產信息管理網（風、光功率預測、電能計量系統(tǒng)）。安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)之間配置有防火墻，Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間配置有正、反向隔離裝置。水調自動化系統(tǒng)配置有水調數據庫兼通信服務器，水調自動化工作站等。電能計量系統(tǒng)配置有電能計量采集服務器、電能計量歷史服務器及報表工作站等。WEB發(fā)布、在線趨勢分析、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)位于管理信息Ⅲ區(qū)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨立組網，租用電信運營商通道接入集控中心工業(yè)電視路由器，進而接入集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)。整體網絡拓撲圖及安全分區(qū)如圖2所示。

圖2 獅子灘新能源集控網絡拓撲及安全分區(qū)圖

3 集控中心數據接入網設計

3.1 水電站接入網絡

在集控下屬水電站各配置兩套光傳輸設備，用于傳輸水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)數據以及水調、電能計量數據。水電站數據接入網絡拓撲圖見圖3。

圖3 水電站數據接入網絡拓撲圖

3.2 風電場數據接入網絡結構

針對風電場設備分散、數據量大的特點。風機、箱變、功率控制等實時業(yè)務，通信規(guī)約大多采用Modbus TCP協(xié)議或者OPC協(xié)議，實時業(yè)務的數據通信量大，因此，在電站配置兩臺前置采集服務器，采集實時數據，采用IEC104規(guī)約轉發(fā)給集控中心，兼顧定期全送數據和變化數據主動上送的特點，可大量節(jié)省通信帶寬，并具有傳輸可靠、效率高等特點。保信子站、風功率預測系統(tǒng)、電能計量系統(tǒng)等非實時業(yè)務，通信數據量較小，集控中心直釆數據，效率更高。風電場數據接入網絡見圖4。

圖4 風電場數據接入網絡拓撲圖

3.3 光伏電站接入網絡

光伏電站接入集控中心的系統(tǒng)包括升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、光伏監(jiān)控系統(tǒng)、箱變監(jiān)控系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、光功率預測系統(tǒng)、電能量系統(tǒng)等。升壓站監(jiān)控系統(tǒng)集成了所有的實時系統(tǒng)，因此電站現(xiàn)場無需配置前置采集服務器，由集控主站系統(tǒng)直釆電站側數據，其他接入網絡與風電場類似。

3.4 功率控制系統(tǒng)

功率控制系統(tǒng)接入場站側的前置采集服務器，轉發(fā)給集控中心安全Ⅰ區(qū)。功率控制系統(tǒng)一般由調度直接控制，集控中心主要采集其數據進行風水光互補分析，保留對功率控制系統(tǒng)的調節(jié)控制權限，在調度允許的情況下根據風水光優(yōu)化分析策略進行風機的遙調和遙控。

3.5 風、光功率預測系統(tǒng)

風、光功率預測系統(tǒng)以兩種方式接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。①WEB方式，可以在集控中心采用WEB方式遠程訪問場站側預測系統(tǒng)。②風功率預測系統(tǒng)通過FTP協(xié)議方式接收場站文本格式的風功率預測短期和超短期文件。

3.6 保信子站

保信子站系統(tǒng)通過非實時通道接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。集控中心保信主站系統(tǒng)通過IEC60870-103協(xié)議采集場站保信子站的數據。

3.7 水調自動化系統(tǒng)接入網絡

水調自動化系統(tǒng)通過非實時通道接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。水調自動化系統(tǒng)開放數據庫接口，由集控中心水情測報系統(tǒng)直接讀取數據庫的方式采集數據，并采用FTP文本協(xié)議通過正向隔離裝置將相關水情水調數據傳送至集控中心自動化系統(tǒng)。

3.8 電能計量系統(tǒng)接入網絡

電能計量系統(tǒng)通過非實時通道接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。集控中心電能量系統(tǒng)集成在監(jiān)控系統(tǒng)內，集控中心通過威遠IEC60870-102協(xié)議采集場站電能量采集終端的數據，并將數據存儲于電能計量歷史服務器。

3.9 工業(yè)電視接入網絡

工業(yè)電視系統(tǒng)通過租用電信運營商網絡，將場站側的視頻監(jiān)控系統(tǒng)匯聚接入集控中心，集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供網絡接口給大屏幕系統(tǒng)，圖像質量不低于720 P；監(jiān)控系統(tǒng)提供2路DVI視頻信號給大屏幕系統(tǒng)，分辨率不低于1 600×1 200；大屏幕系統(tǒng)將網絡視頻信號和計算機視頻信號進行解碼。視頻監(jiān)控系統(tǒng)網絡拓撲圖見圖5。

圖5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)網絡拓撲圖

3.10 調度電話接入網絡

集控中心中控臺配置有4個工位，每個工位配備兩個調度電話和一個調度控制臺，每個場站配置兩個調度電話，調度電話經過重慶長壽地區(qū)光纖A/B網連通場站、集控和地調、省調。調度電話接入網絡如圖6所示。

圖6 調度電話接入網絡拓撲圖

4 結語

本文主要介紹獅子灘新能源集控中心自動化系統(tǒng)的設計方案及原則，根據水電站、風電場及光伏電站自動化系統(tǒng)不同特點，將場站不同類型的自動化系統(tǒng)數據接入到集控中心。該自動化系統(tǒng)對分布在不同地理空間的機電設備進行遠程監(jiān)視和調控，廠站內設備運行數據經由數據通信層傳輸至集控中心，集控中心自動化系統(tǒng)對設備運行數據進行存儲、計算、分析與診斷。集控自動化系統(tǒng)中高級應用功能在分析運行數據的基礎上引入大數據、深度學習、人工智能等優(yōu)秀算法對設備運行狀態(tài)及其潛在故障進行分析，為設備正常運轉提供精準的運維指導，極大地降低了電廠運行維護成本，大幅度提高了運行管理水平。獅子灘新能源集控中心實現(xiàn)了新能源電站“無人值班，少人值守”的運維管理模式，同時也為中、小水電企業(yè)改造提供了參考經驗和可借鑒實例。