iP9000在南網調峰調頻公司集控中心的應用設計探討

張海龍，張宏艷，張衛君，時小倩，韓文俊

（北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

2020年，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上向國際社會做出“力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的鄭重承諾。2021年9月，國家能源局發布《抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035年）》，要求加快抽水蓄能電站核準建設，到2025年，抽水蓄能投產總規模較“十三五”翻一番，達到6 200萬kW以上；到2030年，抽水蓄能投產總規模較“十四五”再翻一番，達到1.2億kW左右；到2035年，形成滿足新能源高比例大規模發展需求的，技術先進、管理優質、國際競爭力強的抽水蓄能現代化產業，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企業[1]?？梢郧逦A見，未來15年將是抽水蓄能產業蓬勃發展的15年。

抽水蓄能電站的快速發展，對區域抽水蓄能運行水平和管理水平提出了更高的要求，為了達到管控一體化，實現管轄廠站日常的啟停機、負荷分配調整、網絡及通信維護等功能，并最終達到精益管理、提質增效，創建國際一流調峰調頻發電企業的目的，建立抽水蓄能電站的遠方集中監視和控制中心是實現多廠站少人可靠監控的運行集約化的可行方案。調峰調頻公司集控中心是國內首個抽水蓄能集控中心，采用北京中水科技自主研發的iP9000智能一體化平臺，文中介紹了集控中心的建設情況，并針對抽水蓄能集控中心運維和功能特點在監控系統應用設計上進行了探討。

1 集控中心設計

1.1 廠站接入情況

調峰調頻公司規劃在生產檢修試驗基地大樓內建設新的集控中心。新集控系統替代原老集控系統，進一步實現對管轄的天生橋二級水力發電廠（簡稱天二電廠）、魯布革水力發電廠（簡稱魯布革電廠）兩個常規電站，廣州蓄能水電廠（根據敘述需要簡稱廣蓄電廠或廣蓄A廠、廣蓄B廠）、惠州蓄能水電廠（簡稱惠蓄電廠）、清遠蓄能水電廠(簡稱清蓄電廠)、深圳蓄能水電廠(簡稱深蓄電廠)、海南瓊中蓄能水電廠(簡稱海蓄電廠)、陽江抽水蓄能電廠(簡稱陽蓄電廠)、梅州抽水蓄能電廠(簡稱梅蓄電廠)8個抽水蓄能電站進行集中遠方實時監視和控制，實現對管轄廠站的日常監控和統一管理。目前惠蓄電廠及廣蓄A廠仍采用法國阿爾斯通公司監控系統，其功能及維護方面已無法滿足現在更高的監控要求，技術性能方面的落后已嚴重限制通過IEC104的方式接入新集控系統，在兩個廠監控系統改造完成前，采用工作站延伸的方式接入集控中心，其余廠站采用IEC104規約接入。各廠站接入集控中心的方式如圖1所示。

圖1 集控中心接入方式

1.2 建設目標

抽水蓄能電站有別于常規水電站，更多是負責電力系統的調峰、調頻、調相、事故備用、黑啟動等重要任務[2]，作為國內首個抽水蓄能集控中心，在建設目標上提出了更高的要求：

（1）集控中心接受南網總調、廣東中調、海南中調、深圳中調的調度指揮，接收并執行這些調度機構下達的機組不同工況的調節命令，并向這些調度機構傳送管轄廠站信息。

（2）實現對管轄范圍內各廠站生產的海量數據實時、可靠且高質量地采集和存儲；按調度要求及管轄廠站的運行要求，實現對各電廠機組設備安全、便捷、全面、實時監視與控制，確保管轄廠站所有機電設備安全、可靠運行。

（3）充分利用抽水蓄能電站的可發電可蓄水的靈活性實現管轄范圍內各廠站經濟運行和區域優化調度。

（4）與本系統內、外相關系統進行通信，準確、及時、全面地收集管轄廠站調度管理所需的各種信息，同時可向其他相關系統傳送計算機監控系統的相關數據信息。

1.3 系統架構

集控系統采用全開放的分布式結構，由網絡上分布的各節點計算機單元組成，各節點計算機采用局域網（LAN）互聯[3]；計算機監控系統與外部系統（如：上一級調度機構、各管轄廠站）采用廣域網互聯、同時通過數據交換功能與集控中心其他綜合自動化系統通信，包括：管理信息大區數據中心、工業電視系統、調峰調頻公司態勢感知主站等。集控系統結構和系統配置見圖2。

圖2 集控中心計算機監控系統結構圖

（1）集控系統局域網按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，傳輸介質采用以光纖為主，雙絞線為輔的方式，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），控制網絡的傳輸速率最高可至1 000 Mbps，集控中心管轄廠站數據接入區、調度數據網接入區網絡的傳輸速率最高可至1 000 Mbps，各層網絡以太網交換機采用相同速率的以太網交換機。

（2）集控中心至上一級調度機構的通信按采用各管轄廠站主要調度管理方的調度數據網雙平面接入。

（3）集控系統通過集控數據網雙平面的冗余通信通道（主通道、備用通道）與各管轄廠站通信。

2 iP9000監控系統應用的設計

集控中心采用的iP9000智能一體化平臺是由北京中水科技結合在水電自動化、信息化領域的豐富經驗的基礎上研發的，為水電站的操作、調節、監視預警、經濟運行，設備故障智能診斷與智能預測提供了強有力的技術手段，可廣泛應用于常規水電、抽水蓄能電站、集控中心和新能源電廠等。iP9000智能一體化平臺采用面向服務的軟件架構(SOA)，利用先進的面向對象的方法對數據庫組態，對監視、報警和預警進行智能的優化，提供強大的高級應用功能[4]。充分發揮流域集中管控的優勢，探索和實現安全防護、信息通信、視頻監控、經濟運行、梯級集控、水庫調度、狀態監測、專家決策等水電生產運行管理的各個環節的智能一體化功能[5]。

2.1 設計原則

結合iP9000智能一體化平臺的特點和抽水蓄能集控中心運維的需求，iP9000監控系統應用于南網調峰調頻公司集控中心按如下設計原則進行研發和部署：

（1）安全性：集控系統設計滿足電力二次系統安全防護、信息系統等級保護等國家、行業相關安全要求。

（2）可靠性：集控系統需要全年365 d、全天24 h無間斷提供服務，必須考慮系統的高可靠性?？煽啃栽谟嬎銠C監控系統建設中體現在兩方面：硬件冗余、軟件可靠。其本身的局部故障不應影響現場設備的正常運行，應充分考慮采用成熟的技術和產品，在設備選型和系統的建設中盡量減少故障發生的可能性，提供完善的重要設備冗余和通道備份方案，自動備份重要數據。

（3）可擴展性：隨著業務需求的不斷變化，不可避免，集控中心計算機監控系統在功能上也需要不斷地擴展與完善。集控中心計算機監控系統應支持各種應用軟件及功能的開發應用，支持第三方軟件在系統上無縫集成和可靠運行，支持數據網絡通信，并能方便地與其他系統通信，系統在設計上必須具備良好的可擴展性，以保證新的功能能夠通過標準、便捷的方式接入到系統中，即“模塊化”原則。

（4）開放性：系統設計應盡可能采用已開發的標準、協議和技術，以提高系統的可擴展性、可維護性、互操作性和穩定性。采用國際主流的網絡技術和平臺，以適應系統的發展，使系統具有良好的縱向和橫向兼容性。此外，系統需提供開放的數據接口便于完成與其它子系統的數據交換，并能夠與上一級調度部門、管轄廠站進行通信。

（5）實用性：出于集控中心計算機監控實際需求來建設，做到功能實用、組網合理，在充分滿足需求的情況下，開發相關智能化應用(智能報警、智能監盤、智能防誤、智能趨勢判斷等)，必須做到系統未來實現“一人一席多廠站”的目標運維更簡單，少人干預，監控系統運維工作對實時運行影響風險最小化。

（6）先進性：現代信息技術的發展，新產品、新技術層出不窮。因此在投資預算許可的情況下，在系統的建設中充分利用現代最新技術，采用先進的產品，滿足未來集控中心各專業對智能化運行的業務需求，實現業務及信息的“縱向到底、橫向到邊”的全覆蓋以及功能建設的“即插即用”，使系統在盡可能長的時間內與社會發展相適應。

（7）針對性：集控中心管轄廠站以抽水蓄能電廠為主，兼有常規水電廠等其他類型電廠，不同于常規的流域梯級水電廠的經濟調度。對于系統軟件應充分尊重用戶水庫調度決策程序與習慣。應在滿足電網調度要求的前提下，應用區域優化調度的等思路，合理進行各廠站的綜合調度。針對區域和調度制度對軟件進行設計，充分體現輔助決策手段的針對性，為調度決策科學化提供依據。

（8）智能性：即實現信息互動、系統自愈和協同高效，滿足公司發展安全、經濟、優質、環保運行的要求。其內涵包括實現管轄廠站設備信息橫向和縱向的自由流轉與互動，打破專業壁壘；促進管轄廠站設備運行閉環控制，突出風險預警預控，保障管轄廠站設備安全穩定運行；全面提升管轄廠站設備運行協同作業能力，提高工作效率，實現管轄廠站設備運行的經濟效益與社會效益最大化[6]。

2.2 優化設計

集控中心第一階段下轄8個廠站，初步估計約有30萬點的海量測點信息，并且隨著調峰調頻公司力爭在“十四五”期間實現抽水蓄能裝機容量新增600萬kW；到2030年末，抽水蓄能裝機容量達2 900萬kW的發展目標，后續將會有更多的抽水蓄能電站陸續接入集控中心，監視數據量將呈現爆發式增長，如何實現更加高效的集約化控制，是擺在系統設計者和使用者面前的重大問題，經過多方論證，將從以下幾個方面對集控系統功能再次提升，優化集控系統操作方式：

（1）報警信息匯總：構建信號樹，進行報警逐級歸集，設置廠站總報警燈，報警出現時，廠站總報警燈閃爍，點擊可查看具體報警信息。另外每個LCU均設置總報警燈，當報警燈點亮閃爍時，點擊可查看對應詳細報警；報警一覽表每條信息可編輯導入該信息相關運行指導提示，可添加信號變量在圖紙或程序中的來源位置，注明該信號出現的原因、可能帶來的風險、可以采取的應對措施等等，值班人員點擊鼠標可查看。

圖3 監控畫面報警燈及運行指導功能

（2）監視信息匯總： 針對每個廠站設置監控匯總畫面，在畫面中可完成絕大部分值班功能，包括機組及主接線狀態顯示、報警自動歸集提醒、機組啟停操作、常用畫面快捷調取、流程執行狀態顯示及預警、機組跳閘顯示及預警等功能均可在該集控總畫面中完成，無需值班人員頻繁切換畫面。

圖4 監視信息匯總畫面

（3）防誤操作邏輯：為每個席位預先設置特定的監控廠站，只有值班人員的授權廠站包含該席位設置的廠站權限時，值班人員才能登錄成功。登錄成功后，集控畫面僅顯示授權范圍內的動態導航區域及廠站總報警燈；除系統軟件自動防誤功能，通過技術手段增加控制權限閉鎖、操作邏輯閉鎖及條件顯示，防止集控中心遠程操作流程受阻時由監控系統以彈窗方式自動提示操作受阻原因，以便運行人員做出正確的判斷并處理；值班員執行每個操作前，設置操作口令提示，只有值班員輸入操作口令且無誤后才能正常操作。

圖5 監控畫面區域監視控制及閉鎖彈窗界面

3 結論

介紹了南方電網調峰調頻公司集控中心的具體接入情況、建設目標和系統架構，并對iP9000智能一體化平臺在集控中心應用設計進行研究及探討，包括基本設計原則及優化設計方案。這些設計原則有力地保障了集控中心集控系統的安全性、高可靠性及先進性，提升了集控中心系統的安全、高效運行的能力。相信抽水蓄能電站集控系統在高速高效發展的新時代，其計算機監控系統的自動化、智能化水平將會迅速提升，也將更加成熟和完善。