趙勇飛,王淼,王飛,王崢瀛,梅林,郭潔,彭光瓊
(1.北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司,北京100038;2.中國(guó)水利投資集團(tuán)公司,北京100053;3.云南保山蘇帕河水電開(kāi)發(fā)有限公司,云南保山678000)
云南保山蘇帕河多流域梯級(jí)包括保山市龍陵縣蘇帕河流域和保山市騰沖縣龍川江流域。目前蘇帕河流域梯級(jí)已建成投產(chǎn)“一庫(kù)四級(jí)”水電站,包括茄子山水庫(kù)及一級(jí)茄子山電站、二級(jí)象達(dá)電站、三級(jí)烏泥河電站、四級(jí)阿鳩田電站,龍川江流域包括龍川江一級(jí)電站和騰龍橋二級(jí)電站。
蘇帕河多流域梯級(jí)電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將完成云南保山蘇帕河水電開(kāi)發(fā)有限公司集控中心對(duì)于梯級(jí)各電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控,即對(duì)蘇帕河流域四級(jí)電站、龍川江一級(jí)和騰龍橋二級(jí)電站的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控。
蘇帕河多流域梯級(jí)電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)蘇帕河流域和龍川江流域梯級(jí)水電站的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、流域EDC、自動(dòng)電壓調(diào)整、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等,并滿足上級(jí)調(diào)度部門(mén)對(duì)各水電站的監(jiān)視控制。
多流域集控中心監(jiān)控系統(tǒng)采用成熟先進(jìn)的全分布、開(kāi)放式H9000V4.0監(jiān)控系統(tǒng),具有高可靠性和可擴(kuò)充性。多流域集控中心監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下原則:
(1)監(jiān)控系統(tǒng)按無(wú)人值班(少人值守)的原則設(shè)計(jì);
(2)監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)定要求;
(3)監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余硬件結(jié)構(gòu);
(4)監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)、成熟的技術(shù)和系統(tǒng),確保系統(tǒng)安全、可靠;
(5)監(jiān)控系統(tǒng)采取分層分布式體系結(jié)構(gòu);
(6)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與挖掘;
(7)開(kāi)展多流域經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制。
蘇帕河多流域梯級(jí)電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn),由接入以太網(wǎng)和骨干以太網(wǎng)組成,配置系統(tǒng)服務(wù)器、操作員站、通信服務(wù)器、各種工作站等設(shè)備。系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過(guò)冗余配置的網(wǎng)絡(luò)連接,以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
監(jiān)控系統(tǒng)集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)采用二層結(jié)構(gòu),核心層設(shè)在集控中心,采用高性能的核心交換機(jī);接入層在各個(gè)電站,每個(gè)電站配置兩個(gè)接入交換機(jī)。交換機(jī)的接口配置及協(xié)議轉(zhuǎn)換功能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)主、備用通道的要求配置相應(yīng)接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
接入以太網(wǎng),采用100M以太網(wǎng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu),傳輸介質(zhì)為超5類(lèi)線,采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP。網(wǎng)上掛有2臺(tái)互為備用的通信服務(wù)器,2臺(tái)互為備用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。本網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的主、備用通道與蘇帕河流域及龍川江流域各梯級(jí)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信,通過(guò)通信服務(wù)器和骨干以太網(wǎng)交換信息。
骨干以太網(wǎng),采用1000M以太網(wǎng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu),傳輸介質(zhì)為超5類(lèi)線,采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP。網(wǎng)上掛有2臺(tái)互為備用的通信服務(wù)器、2臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器、2臺(tái)操作員工作站、1臺(tái)工程師/維護(hù)工作站、1臺(tái)數(shù)據(jù)處理工作站、1臺(tái)語(yǔ)音報(bào)警服務(wù)器、1臺(tái)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、1臺(tái)物理隔離設(shè)備、2臺(tái)互為備用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、2臺(tái)打印機(jī)。集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)主用通道采用電力光纖通道,備用電信通道。
為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及可靠性,蘇帕河多流域梯級(jí)電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)上,采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)角色定義,實(shí)現(xiàn)信息的分流,使主站系統(tǒng)與集控站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化管理。
兩臺(tái)操作員站均以主用方式并行工作,同時(shí)監(jiān)控各集控電站的設(shè)備,處理及完成相關(guān)趨勢(shì)報(bào)告和規(guī)定的計(jì)算,對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,執(zhí)行監(jiān)視和事件報(bào)警、越/復(fù)限檢查、過(guò)程監(jiān)視、狀態(tài)變化監(jiān)視、趨勢(shì)分析和異常狀態(tài)在線實(shí)時(shí)監(jiān)視、事故和報(bào)警報(bào)告、設(shè)備控制、參數(shù)調(diào)整、EDC多流域優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,并對(duì)本站正在操作的設(shè)備設(shè)置鎖定標(biāo)志,命令操作完成時(shí)進(jìn)行解鎖,在滿足監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)多流域電站同步監(jiān)控的同時(shí),保證設(shè)備操作的唯一性和安全性。
圖1 集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
兩臺(tái)通信機(jī)以主/熱備方式并行工作,負(fù)責(zé)各電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、設(shè)備控制命令的發(fā)送,并進(jìn)行通信狀態(tài)報(bào)警和命令發(fā)送返回報(bào)告。
兩臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器以群集方式工作,負(fù)責(zé)存儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理工作站進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的維護(hù)、處理,負(fù)責(zé)用戶客戶端程序的運(yùn)行、數(shù)據(jù)存盤(pán),保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。
工程師站主要用于系統(tǒng)軟件、人機(jī)接口應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)仿真、操作人員的培訓(xùn)及系統(tǒng)管理,同時(shí)也具有操作員備用工作站的功能,必要時(shí),可對(duì)各電站設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制。
語(yǔ)音報(bào)警服務(wù)器主要用于實(shí)時(shí)狀態(tài)語(yǔ)音報(bào)警,ON-CALL電話語(yǔ)音報(bào)警、查詢,短信報(bào)警、查詢。
通信網(wǎng)關(guān)機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)外數(shù)據(jù)通信工作等,并預(yù)留同遠(yuǎn)方控制中心等的接口,提供同大屏幕、水情等系統(tǒng)的通信接口。
WEB服務(wù)器通過(guò)建立數(shù)據(jù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全WEB服務(wù)及與MIS系統(tǒng)的通信接口。
系統(tǒng)時(shí)鐘接口上,通過(guò)接收GPS裝置的NTP時(shí)鐘信號(hào),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
各項(xiàng)功能分布在系統(tǒng)的相關(guān)節(jié)點(diǎn)上,每個(gè)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格執(zhí)行指定的任務(wù),通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。監(jiān)控系統(tǒng)采集、管理各類(lèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),接收監(jiān)控系統(tǒng)以外的其他廠內(nèi)外系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息,對(duì)采集的每種數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理,控制各相關(guān)設(shè)備,以支持系統(tǒng)完成監(jiān)視、控制和記錄功能。本方案加強(qiáng)了系統(tǒng)的處理能力,提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)速度,合理分解與協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的功能。
集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用于集控中心與各電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、電力交易系統(tǒng)等實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。
監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信功能,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)行高效、實(shí)時(shí)。系統(tǒng)通信規(guī)約基于TCP/IP及UDP協(xié)議,遵循開(kāi)放系統(tǒng)規(guī)則。
集控側(cè)通信服務(wù)器完成對(duì)梯級(jí)各電站數(shù)據(jù)掃描和監(jiān)視、安全校驗(yàn)、工程值轉(zhuǎn)換、模擬量和開(kāi)關(guān)量的變化檢測(cè)、控制命令發(fā)送,自動(dòng)統(tǒng)計(jì)通道誤碼率、源代碼監(jiān)視、故障時(shí)間、運(yùn)行狀態(tài)等,形成日志文件保存。
集控側(cè)和電站側(cè)各兩套通信服務(wù)器設(shè)置為成對(duì)的主備通道,當(dāng)主通信口出錯(cuò)率高于設(shè)定值或通信中斷時(shí)自動(dòng)切換為備用通信口運(yùn)行。通道切換由軟件完成,實(shí)現(xiàn)通道的軟切換,通道也可進(jìn)行人工切換。
為滿足實(shí)時(shí)性要求并確保各電站數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩涂煽?,并防止在電站電氣事故情況下,出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)信號(hào)在信道上擁擠,軟件對(duì)各站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所有上送數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和壓縮,并采取優(yōu)先級(jí)傳送方式,避免發(fā)生數(shù)據(jù)在通道內(nèi)堵塞。
電站側(cè)通信機(jī)同時(shí)與省調(diào)系統(tǒng)、水情系統(tǒng)、保山地調(diào)系統(tǒng)、集團(tuán)系統(tǒng)等通信,進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,命令接收。
控制模式上,集控側(cè)和電站側(cè)設(shè)置廠站控制權(quán),集控控制權(quán)的投入權(quán)限設(shè)置在廠站層,切除權(quán)限兩側(cè)均可進(jìn)行操作。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的每一個(gè)LCU設(shè)置一個(gè)“集控/廠站控制權(quán)”軟開(kāi)關(guān),切換權(quán)在電站層,實(shí)現(xiàn)集控對(duì)電站的安全控制。
集控計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享中心。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于反映監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)時(shí)值、狀態(tài)以及各項(xiàng)屬性、參數(shù)等信息,包括電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和管理所需要的全部數(shù)據(jù)項(xiàng)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的定義采用交互式環(huán)境,完成數(shù)據(jù)庫(kù)定義的錄入、修改、驗(yàn)證等過(guò)程。它對(duì)外提供一整套接口,外部模塊或程序可通過(guò)連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。H9000實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為網(wǎng)絡(luò)型全冗余分布式數(shù)據(jù)庫(kù),所有數(shù)據(jù)共享都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。廠站層各節(jié)點(diǎn)工作站服務(wù)器均具有完整的系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),各LCU站點(diǎn)一般只保留與本節(jié)點(diǎn)功能有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
H9000實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供一套完整的數(shù)據(jù)庫(kù)接口函數(shù),各應(yīng)用程序可非常方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢。H9000 RTDB數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)支持快速存取和實(shí)時(shí)處理,采用常駐內(nèi)存技術(shù)確保訪問(wèn)和處理速度。
歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù),由兩臺(tái)SUN公司服務(wù)器FireV490和一個(gè)StorageTek6140光纖通道陣列柜組成硬件環(huán)境,通過(guò)SunCluster建立群集操作系統(tǒng),兩個(gè)群集節(jié)點(diǎn)均為運(yùn)行相應(yīng)進(jìn)程的獨(dú)立服務(wù)器,進(jìn)程間彼此通信,對(duì)網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)形成一個(gè)單一系統(tǒng),協(xié)同起來(lái)提供歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序訪問(wèn)功能,以提供增強(qiáng)的系統(tǒng)可用性和可伸縮性,適應(yīng)模塊化增長(zhǎng)的容量,減少由軟件或硬件故障引起的系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間,確保數(shù)據(jù)安全和可用性。
歷史數(shù)據(jù)記錄包括秒級(jí)數(shù)據(jù)、一分鐘數(shù)據(jù)、整點(diǎn)數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、事件與命令等,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體進(jìn)行保存以供調(diào)用。
監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)歷史事件記錄、歷史數(shù)據(jù)、歷史曲線及歷史報(bào)表等功能,實(shí)現(xiàn)與歷史數(shù)據(jù)的交互。5.3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享中心
根據(jù)《電網(wǎng)和電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)規(guī)定》,應(yīng)保證安全級(jí)別最高的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的安全可靠性,與安全級(jí)別較低的其他系統(tǒng)有足夠的安全隔離。在WEB服務(wù)器建立“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享中心”,系統(tǒng)通過(guò)電力專(zhuān)用隔離裝置,將處于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息單向遷移至WEB服務(wù)器,遷移的信息包括圖形報(bào)表、電站機(jī)組參數(shù)模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等。非電力監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享中心獲得計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信息,實(shí)現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)共享的需求。
通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享中心獲取計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù),對(duì)外WEB發(fā)布,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全WEB服務(wù)。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,WEB瀏覽界面在風(fēng)格與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部圖形一致,實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能,發(fā)布信息包括圖形、報(bào)表、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史曲線、告警信息、統(tǒng)計(jì)信息等。WEB瀏覽具有完善的權(quán)限管理功能,在合理實(shí)現(xiàn)信息共享的同時(shí)避免信息泄漏。
通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享中心,計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)留與電能量計(jì)量系統(tǒng)(EMS)、MIS系統(tǒng)等數(shù)據(jù)交換接口,保證各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。
多流域梯級(jí)水電站所處的自然優(yōu)勢(shì)明顯,多流域經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制EDC具有較大意義。
蘇帕河流域一庫(kù)一級(jí)電站茄子山水庫(kù)是蘇帕河流域梯級(jí)電站的龍頭水庫(kù),二、三、四級(jí)電站水庫(kù)的入庫(kù)水量均由上一級(jí)電站的發(fā)電下泄流量和區(qū)間流量?jī)刹糠纸M成。一級(jí)電站水庫(kù)庫(kù)容較大,具有梯級(jí)電站的年調(diào)節(jié)能力,二、三、四級(jí)電站水庫(kù)庫(kù)容很小,調(diào)節(jié)能力有限,各級(jí)電站區(qū)間來(lái)水量變化較大,龍川江流域庫(kù)容較小,區(qū)間來(lái)水量變化較大,各流域必須考慮區(qū)間來(lái)水問(wèn)題,由此導(dǎo)致了多流域的經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制約束條件的復(fù)雜多變性。
多流域梯級(jí)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度,目標(biāo)主要有兩個(gè):其一是調(diào)度期內(nèi)發(fā)電量最大,其二是調(diào)度期末各梯級(jí)水庫(kù)蓄能最大。EDC負(fù)責(zé)對(duì)多流域梯級(jí)所屬電站實(shí)施聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度,各梯級(jí)水電站相互配合,在遵循電網(wǎng)安全約束條件和機(jī)組本身各項(xiàng)限制條件的前提下,根據(jù)調(diào)度初期水庫(kù)水位、調(diào)度期各時(shí)段區(qū)間來(lái)水以及調(diào)度期梯級(jí)各時(shí)段應(yīng)發(fā)負(fù)荷,實(shí)時(shí)將梯級(jí)發(fā)電總負(fù)荷在各電站間進(jìn)行優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)的合理分配,以梯級(jí)水電站各級(jí)水庫(kù)計(jì)算期末總蓄能量最大為原則優(yōu)化分配站間負(fù)荷,盡量減少發(fā)電用水,保持各級(jí)電站在較高的水頭下運(yùn)行,增加梯級(jí)系統(tǒng)蓄能,并避免負(fù)荷的較小變動(dòng)導(dǎo)致機(jī)組的頻繁啟停、負(fù)荷大規(guī)模轉(zhuǎn)移以及站間聯(lián)合避開(kāi)機(jī)組振動(dòng)區(qū)。在滿足電力調(diào)度發(fā)電控制要求的條件下,考慮到電力市場(chǎng)條件下的電價(jià)等因素,實(shí)現(xiàn)多流域梯級(jí)水電站發(fā)電優(yōu)化控制和聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,能提高梯級(jí)水電站群的總體經(jīng)濟(jì)效益。
多流域梯級(jí)電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的投運(yùn),將為梯級(jí)各電站最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班(少人值守)創(chuàng)造有利條件,極大地提高整個(gè)流域的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及綜合自動(dòng)化水平,充分挖掘各梯級(jí)電站潛力,發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力,顯著提高經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和梯級(jí)調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)和管理水平。
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