抽水蓄能電站與集控通信規約的擴展研究及應用

何 婷，鄧子夜，張海龍，朱學勤

（北京中水科水電科技開發有限公司， 北京 100038）

在火力發電、常規水電站開發逐漸飽和的形勢下，我國正處于能源綠色低碳轉型發展的關鍵時期，風電、光伏發電等新能源大規模高比例發展，對調節電源的需求更加迫切，而抽水蓄能電站在電力系統中承擔著調峰填谷、調頻、調相、黑啟動、儲能、緊急事故備用等功能[1]，是構建以新能源為主體的新型電力系統的重要組成部分。根據《抽水蓄能中長期規劃（十四五）》，預計到2035 年底，我國抽水蓄能電站投產總規模達到 3 億kW[2]，抽水蓄能電站迎來了高速高質量發展的關鍵時期。

抽水蓄能機組工況復雜，因業務的要求啟停比較頻繁，相對于常規水電站來說控制要求更高[3]。建立抽水蓄能電站的遠方集中監視和控制中心，可極大地提高區域抽水蓄能運行水平和管理水平，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，并最終達到區域控制中心的目標，實現各區域的聯合優化調度。

抽水蓄能集控中心與管轄電站之間通信的穩定性、時效性及適用性是保障集控中心高效運維的關鍵點，標準的IEC104通信規約已無法滿足抽水蓄能集控中心和廠站之間功能和性能的需求，例如廠站側大量的數據點在與集控側核對數據和關鍵屬性的方面需要更便捷的手段，廠站側重要數據因網絡中斷導致無法上送集控中心造成信息缺失，調度計劃曲線下發的特殊要求等，因此本文針對抽水蓄能電站管理的特殊性探討對通信規約擴展的研究和應用。

1 IEC104規約的擴展應用

IEC104規 約 的 全 稱 是IEC60870-5-104。IEC60870-5協議集是國際電工委員會（IEC）第57技術委員會電力系統控制及其通信委員會為適應電力系統（包括EMS、SCADA和配電自動化系統）及其他公用事業的需要而制定的一系列傳輸規約[4]。IEC104規約傳輸數據主要是遙信、遙測、遙調和遙控信息，稱為“四遙”，其中遙信、遙測為上行數據，遙調和遙控是下行數據。IEC104規約中的應用規約數據單元（APDU）包含應用規約控制信息（APCI）和應用服務數據單元（ASDU），其中ASDU的不同類型標識表達不同的傳輸數據類型。

1.1 計劃曲線下發擴展

由于水電站調節性能好、速度快，需要承擔日常調峰填谷的功能，所以需要經常調節發電量，通常電網負荷首先通過調度中心或集控中心自動發電控制（AGC）系統來計算好再下發到各電站。調節負荷有兩種方式：①瞬間負荷給定方式，可采用IEC104的遙調方式來下達調節命令到電站；②日負荷給定曲線方式，即調度中心或集控中心在前一日下達次日的全天負荷計劃曲線給電站，電站從零時起按照此計劃曲線執行當天的發電計劃。

給定計劃曲線的方式并未在IEC104的標準協議中定義，因此需要對ASDU的類型標識進行擴充，南方電網對曲線ASDU定義為137號報文（帶CP56Time2a時標計劃曲線傳送命令）[5]。計劃曲線主要按照AGC的要求，將1 d 24 h分為離散的288個點，每5 min一個點，每天的0點為第0個點，23：55為第287個點。IEC104下令時將點的個數、288個離散點的值都下發到廠站的子站端，子站接收到計劃曲線令后將曲線值存于相應區域，并可將接收到的曲線值返送回集控中心主站，用于校驗。

常規水電站接收到的負荷曲線值都為正數，而抽水蓄能電站不僅要承擔發電的功能還需要承擔泵站的功能，因此對抽水蓄能水電站的負荷計劃曲線傳送需要具備下發負值的功能，以適用于控制抽水蓄能機組不同的運行工況。

1.2 單邊點表的擴展

集控中心一般需要控制多個水電站，電站側數據庫和上行數據點表的修改往往需要人工通知集控中心做相應的修改，才能保持一致，較為耗時且容易出錯。單邊點表的功能擴充可以將廠站側的按一定格式（如表1）要求配置好的包含點描述及各屬性的通信點表以json的格式上傳到集控中心，集控中心的數據庫、點表完全基于單邊點表來進行構建，保證了數據的一致性，并可實現IEC104自動對點功能。

表1 從站側響應的遙測點信息體包含內容示例

單邊點表的功能由主站發起、從站相應的交互方式實現。主站與子站建立鏈接后，首先進行單邊點表的召喚與處理，校核無誤后才開始IEC104標準規約中啟動幀的發送，啟動數據傳輸工程。

當從站收到單邊點表的召喚命令后，逐幀發送對應的點表信息，發送完所有點信息幀后發送點表結束幀。單邊點表的傳輸也需要對ASDU類型標識進行擴充，主站側召喚遙信/遙測/電度點表及從站確認、完成召喚遙信點表類型標識分別為185、186、189，從站側響應遙信點表/遙測點表/電度量點表的類型標識分別為195、196、199。主站收到單邊點表后將點表信息保存于csv文件中，并進行校核，之后把校核結果寫入單邊點表的校核報告中，以便于事后分析。主站發送單邊點表召喚命令后接收從站響應幀超時情況下產生錯誤日志，并關閉連接，超時時間設定為5 s。

集控中心第一次與廠站建鏈后獲取單邊點表，若中斷后第二次重新建鏈時再次接收單邊點表，當發現此次點表與上次有區別時將通過告警的形式提醒運維人員，并產生差異報告，以便維護人員手動核對修改集控側數據庫。

采用單邊點表功能后，一個普通抽蓄電站上送單邊點表需要耗費10 s左右即可傳輸遙信/遙測/電度點表及其關鍵屬性，完成自動對點，在新電站接入和維護方面極大地節省了人力物力。單邊點表的功能不僅可以應用于同構監控系統，也可以應用于異構監控系統，在廠站和集控側均支持同一規則的單邊點表模式下，該應用可擴展到任意廠站與集控的IEC104通信中，具有非常強的通用性。

2 斷點續傳

IEC104規約為實時傳輸規約，對數據的實時性有較好的保障。但當網絡中斷導致通信鏈路中斷時，實時數據將無法再通過通信鏈路傳輸，廠站側有些重要的上行數據不能因為通信鏈路的中斷而丟失，這就需要在通道重新打通后，對通信中斷期間發生的截面數據進行斷點續傳，便于集控運行人員在發生事故時能夠掌握全面數據，進行事故分析。

IEC 104規約定義了文件的傳輸，但因通信中斷，廠站側保存下來的數據文件可能非常大，在實時數據傳輸的過程中如果再進行這些歷史數據文件的傳輸可能影響實時數據的傳輸效率，因此通信中斷時產生的歷史數據文件不宜通過IEC104來補傳。可在廠站側監測通信鏈路的狀態，當IEC104鏈路全部中斷后，將此期間的實時數據依據IEC104點表的特征保存到文件中，當通道恢復時，采用SFTP的方式將這些歷史數據文件在備用通道的鏈路上傳送到集控中心，集控中心接收到后同樣依據IEC104點表特征解析這些數據并存入集控的歷史庫中，達到斷點續傳的效果，同時保障了實時數據傳輸的時效性。

3 結論

文中介紹了抽水蓄能水電廠與集控中心通信規約的擴展研究及應用，包括基于標準IEC104規約擴展的計劃曲線下發命令及單邊點表的傳輸功能，采用SFTP傳輸的歷史數據文件的斷點續傳功能。這些擴展研究在南方電網調峰調頻有限公司建立的抽水蓄能集控中心已投入使用，有力地保障了集控中心與廠站之間通信的便捷性、一致性、穩定性，提升了集控中心系統的安全、高效運行的能力，為我國抽水蓄能事業的發展在細節優化上更進一步。相信抽水蓄能電站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。