流域梯級電站調(diào)控運(yùn)行管理系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)踐

翟少軍，劉 歡，高 沖，劉園園

（中國長江電力股份有限公司三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心，湖北 宜昌 443002）

我國水能資源豐富，水電作為技術(shù)成熟且可大規(guī)模開發(fā)的清潔可再生能源，積極發(fā)展水電是推動構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、推動實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。流域統(tǒng)一有序梯級開發(fā)和統(tǒng)一調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)效益和流域效益的最大化，這已達(dá)成了普遍共識，我國改革開放以來的水電發(fā)展也映證了該理論。為實(shí)施流域梯級開發(fā)和統(tǒng)一調(diào)度，國內(nèi)各流域公司紛紛建立了梯級集控中心。雖然各梯級集控中心的定位和運(yùn)行管理模式各有差異，但梯級電站對外電力調(diào)度業(yè)務(wù)基本都統(tǒng)一由集控中心對口聯(lián)系，即由集控中心統(tǒng)一接收上級電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)調(diào)度指令，由集控中心進(jìn)行直接操作或者轉(zhuǎn)令至對應(yīng)電站運(yùn)行人員操作，操作完成后由集控中心匯報上級電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)。根據(jù)運(yùn)行管理模式不同，各集控中心與梯級電站之間的職責(zé)分工也不盡相同，集控中心調(diào)控值班人員和電站運(yùn)行值班人員之間需交互協(xié)作完成各項(xiàng)調(diào)度操作。

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切需要，國內(nèi)兩家國家級電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)，國調(diào)中心和南網(wǎng)總調(diào)分別于2019 年、2018 年建成了國調(diào)網(wǎng)絡(luò)化下令系統(tǒng)、南方電網(wǎng)調(diào)度指揮控制系統(tǒng)，各直調(diào)廠站通過該系統(tǒng)終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化受令，正常情況下不再通過調(diào)度電話進(jìn)行調(diào)度指令發(fā)受。該系統(tǒng)的應(yīng)用，可有效控制調(diào)度語音電話存在的語音歧義、信息缺失、誤記漏記等安全隱患，通過信息化安全防誤與校驗(yàn)機(jī)制還可控制誤下令風(fēng)險。然而在流域梯級集控中心，接到電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)通過網(wǎng)絡(luò)方式下達(dá)的調(diào)度指令后，往往還需要通過電話或者其他信息系統(tǒng)將調(diào)度指令轉(zhuǎn)換成梯級調(diào)控指令傳達(dá)到電站，電站運(yùn)行人員根據(jù)指令在監(jiān)控系統(tǒng)上執(zhí)行，這中間也可能會出現(xiàn)電話語音歧義、誤記漏記等安全隱患，電站執(zhí)行指令也存在安全校核機(jī)制不完善導(dǎo)致的誤操作風(fēng)險。

因此，有必要建立一套貫通上級調(diào)度-梯級集控中心-電站的調(diào)控運(yùn)行管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)全過程安全管控。同時，通過信息化技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)調(diào)度各項(xiàng)工作后評估、統(tǒng)計分析等自動化、智能化，提升調(diào)度業(yè)務(wù)工作的效率與安全效益。

本文以三峽梯級電站調(diào)控運(yùn)行管理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用實(shí)踐為例，分析了該系統(tǒng)設(shè)計原則和主要功能，并提出了系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用相關(guān)建議。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)與設(shè)計原則

三峽梯級電站調(diào)控運(yùn)行管理系統(tǒng)采用B/S 技術(shù)架構(gòu)，部署在安全Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)。系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計原則為數(shù)據(jù)源端維護(hù)、全局共享；業(yè)務(wù)全局在線互聯(lián)互通，閉環(huán)管理。系統(tǒng)功能覆蓋并貫通國調(diào)、南網(wǎng)總調(diào)、三峽梯調(diào)、梯級各電站。在安全Ⅱ區(qū)，與三峽梯調(diào)電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、三峽梯調(diào)水調(diào)自動化系統(tǒng)建立接口，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實(shí)時VPN 與國調(diào)網(wǎng)絡(luò)下令系統(tǒng)、南方電網(wǎng)調(diào)度指揮控制系統(tǒng)等建立接口；通過安全Ⅲ區(qū)與長江電力生產(chǎn)管理信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互連互通，三峽梯調(diào)、梯級電站各用戶通過長江電力生產(chǎn)管理信息網(wǎng)訪問系統(tǒng)服務(wù)。

2 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計

安全分區(qū)：系統(tǒng)部署在安全Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間部署正反向物理隔離裝置。

數(shù)據(jù)加密：數(shù)據(jù)通信內(nèi)容在應(yīng)用程序?qū)用孢M(jìn)行加密解密。

與其他系統(tǒng)接口：根據(jù)其他系統(tǒng)安全分區(qū)的不同，分別在安全Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)與其他系統(tǒng)建立接口。各接口均采用獨(dú)立的通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，通信網(wǎng)關(guān)機(jī)外側(cè)部署物理防火墻，在與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的縱向通信上，還有調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向加密裝置對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行安全保護(hù)。

系統(tǒng)鑒權(quán)管理：系統(tǒng)訪問采用HTTPS，用戶登錄采用賬號密碼及面部識別雙因子認(rèn)證。每個賬號賦予不同的權(quán)限。

3 主要功能

3.1 與南網(wǎng)總調(diào)調(diào)度指揮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化交互

與南網(wǎng)總調(diào)調(diào)度指揮控制系統(tǒng)建立縱向接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。交互內(nèi)容包括調(diào)度操作令、許可操作令、設(shè)備檢修單交互執(zhí)行、協(xié)同業(yè)務(wù)報告、停復(fù)電申請、信息匯報、布置/解除臨時安全措施、線路復(fù)電核實(shí)等內(nèi)容。

本系統(tǒng)與南網(wǎng)總調(diào)接口采用開放消息總線JMS作為數(shù)據(jù)通道，通過JMS 的TextMessage 類型的消息體以文本字符流進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。由集控中心端數(shù)據(jù)交互站提供JMS 服務(wù)接口，總調(diào)端數(shù)據(jù)交互站讀取及發(fā)送數(shù)據(jù)，建立總調(diào)與集控中心的單向數(shù)據(jù)通信通道，所有JMS 服務(wù)部署在集控中心端數(shù)據(jù)交互站上，供總調(diào)端數(shù)據(jù)交互站進(jìn)行訪問。總調(diào)端數(shù)據(jù)交互站調(diào)用集控中心數(shù)據(jù)交互站JMS 服務(wù)有兩種方式：事件觸發(fā)調(diào)用和定時掃描調(diào)用。事件觸發(fā)調(diào)用適用于總調(diào)向集控發(fā)送數(shù)據(jù)，例如總調(diào)下令、總調(diào)發(fā)起復(fù)電核實(shí)等場景。定時掃描調(diào)用適用于集控向總調(diào)上報數(shù)據(jù)，由集控將待上報數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)交互站服務(wù)器，總調(diào)數(shù)據(jù)交互站主動輪詢讀取數(shù)據(jù)，例如電廠復(fù)誦指令、電廠匯報故障信息等場景。

3.2 與國調(diào)網(wǎng)絡(luò)化下令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化交互

與國調(diào)網(wǎng)絡(luò)化下令系統(tǒng)建立縱向接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。交互內(nèi)容包括調(diào)度操作令、許可操作令、緊急搶修、缺陷異常申請單等內(nèi)容。

在接口數(shù)據(jù)交互過程中，為了保證數(shù)據(jù)交互的實(shí)時性、雙方在數(shù)據(jù)交互過程采取TCP 協(xié)議進(jìn)行交互，用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)處理后，系統(tǒng)即時將數(shù)據(jù)發(fā)送到對端；在接口數(shù)據(jù)交互過程中，為了保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性，雙方在數(shù)據(jù)交換建立連接時采用RSA 算法，發(fā)送端對數(shù)據(jù)做加密和簽名，接收端做解密和驗(yàn)密，雙方分別記錄交互痕跡，保證信息不可篡改；三峽各集控中心國調(diào)系統(tǒng)終端與梯級電站調(diào)控運(yùn)行管理系統(tǒng)并軌運(yùn)行，在接口故障時，可用國調(diào)系統(tǒng)終端正常處理業(yè)務(wù)，接口故障恢復(fù)后，調(diào)度端處理業(yè)務(wù)時將數(shù)據(jù)同步到受令端，從而保障發(fā)令端與受令端的數(shù)據(jù)一致性。

3.3 與梯級電站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化交互

該功能主要基于梯級電站設(shè)備庫，可根據(jù)相應(yīng)調(diào)度機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化下令系統(tǒng)下達(dá)的操作命令或檢修申請單，生成三峽梯調(diào)操作命令票并下發(fā)至電廠交互執(zhí)行；也可根據(jù)梯級電站操作任務(wù)申請，通過系統(tǒng)完成許可操作管理。主要包括操作命令票擬定、預(yù)令管理、命令操作管理、正令交互執(zhí)行操作、許可操作等子功能，相關(guān)子功能項(xiàng)均以組件的方式提供，易于進(jìn)行本地化業(yè)務(wù)定制及后期業(yè)務(wù)拓展。

圖1 為上級調(diào)度、集控、電站調(diào)度操作交互執(zhí)行典型流程。

圖1 上級調(diào)度、集控、電站調(diào)度操作交互執(zhí)行典型流程

3.4 智能成票

智能成票包括針對梯調(diào)調(diào)管設(shè)備的調(diào)度指令智能成票和根據(jù)關(guān)聯(lián)上級調(diào)度指令成票兩種。

梯調(diào)調(diào)管設(shè)備智能成票功能為梯調(diào)調(diào)度員選擇下令設(shè)備類型、操作設(shè)備、設(shè)備初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)后，系統(tǒng)根據(jù)這些條件自動生成梯調(diào)操作命令票，該命令票需要經(jīng)梯調(diào)調(diào)度員人工審核，可以進(jìn)行調(diào)整和修改。在生成梯調(diào)操作命令票時，會根據(jù)后臺成票規(guī)則、當(dāng)前設(shè)備實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行校核，如果狀態(tài)校核異常，將提醒調(diào)度員“狀態(tài)校核異常”。比如斷開某一開關(guān)的操作指令，如果當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)為斷開，則提醒調(diào)度員當(dāng)前狀態(tài)校核異常。

根據(jù)關(guān)聯(lián)上級調(diào)度指令成票功能為系統(tǒng)通過梯調(diào)調(diào)度員人工關(guān)聯(lián)的上級調(diào)度操作任務(wù)自動生成梯調(diào)操作指令。

3.5 開停機(jī)提醒功能

在該系統(tǒng)中監(jiān)視各電站發(fā)電計劃和全廠實(shí)發(fā)出力，當(dāng)實(shí)發(fā)和計劃偏差值大于當(dāng)前已并網(wǎng)機(jī)組可調(diào)節(jié)容量時，提前提醒調(diào)度員作開機(jī)或者停機(jī)準(zhǔn)備。

3.6 泄水設(shè)施操作票擬定

原業(yè)務(wù)流程需要在epms 系統(tǒng)中擬定泄水設(shè)施操作命令票，通過水調(diào)系統(tǒng)的閘門開度-流量查算工具手工算出出庫流量變化量，并將流量變化量填到epms 系統(tǒng)的泄水設(shè)施操作命令票中，通過epms流轉(zhuǎn)至所屬電站執(zhí)行。同時需要在水調(diào)系統(tǒng)中創(chuàng)建閘門命令單，填入閘門初始開度、最終開度、執(zhí)行操作開始時間、執(zhí)行操作結(jié)束時間等信息。

新業(yè)務(wù)流程：在調(diào)控運(yùn)行管理系統(tǒng)中擬定泄水設(shè)施操作命令票，電站接收并操作完成后，將泄水設(shè)施操作命令票的執(zhí)行情況，自動錄入梯級水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)中，用于出入庫流量等計算。

3.7 調(diào)度信息報送

該功能包括變電故障報送、交流故障報送、調(diào)度綜合信息報送等。報送記錄內(nèi)容包括故障匯報ID、事件名稱、設(shè)備名稱、跳閘時間、涉及廠站、跳閘原因、負(fù)荷、事故處理過程、備注、匯報人、匯報時間、審核人、審核時間、跳閘設(shè)備（廠站、設(shè)備、設(shè)備類型、電壓等級、復(fù)電時間、調(diào)管、所屬地區(qū)）、廠站匯報信息（設(shè)備、保護(hù)動作信息、選相、設(shè)備檢查情況、天氣、現(xiàn)場有無工作、備注）、事故影響情況（事故影響情況內(nèi)容）、損失負(fù)荷（MW）、低壓脫扣（MW）、影響電量（MW·h）、影響用戶數(shù)、影響用戶情況（名稱、級別、影響負(fù)荷、影響電量）等。該功能可由電廠發(fā)起，集控調(diào)控值班人員審核確認(rèn)后傳至調(diào)度機(jī)構(gòu)，也可由集控調(diào)控值班人員發(fā)起，直接傳至調(diào)度機(jī)構(gòu)。

3.8 協(xié)同業(yè)務(wù)信息報告

主要實(shí)現(xiàn)調(diào)度機(jī)構(gòu)下發(fā)的通知等簽收交互功能。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)已于2021 年底實(shí)現(xiàn)與南網(wǎng)總調(diào)調(diào)度指揮控制系統(tǒng)互聯(lián)互通，總調(diào)終端與該系統(tǒng)終端雙軌運(yùn)行，并且實(shí)現(xiàn)了總調(diào)終端與該系統(tǒng)終端的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同步，實(shí)際運(yùn)行過程中提高了調(diào)度運(yùn)行操作協(xié)同效率。國調(diào)側(cè)已完成功能開發(fā)，接口互聯(lián)在推進(jìn)中。

經(jīng)過該系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行實(shí)踐，有以下建議。

（1）網(wǎng)絡(luò)下令系統(tǒng)作為近年來興起的一種電力調(diào)度指令交互手段，已逐漸取代了傳統(tǒng)的調(diào)度電話方式，給實(shí)際工作效率和安全性帶來了比較大的提高。各級調(diào)度機(jī)構(gòu)及廠站也都有建設(shè)類似系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)需求，建議調(diào)度機(jī)構(gòu)出臺統(tǒng)一接口規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，按需有序開放接口，促進(jìn)調(diào)度指令信息共享，助力調(diào)度最后1 km 提高效率和安全性。

（2）開展調(diào)度指令參與電站或集控中心監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備控制邏輯安全校核閉鎖研究，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指令從調(diào)度規(guī)程制度安全性和邏輯校核技術(shù)安全性雙重安全把關(guān)作用。

（3）梯級電站調(diào)控運(yùn)行管理系統(tǒng)將作為一個重要的調(diào)度生產(chǎn)系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可用性和可靠性。

（4）與OMS 系統(tǒng)、發(fā)電計劃申報系統(tǒng)等信息子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息聯(lián)動。