電力設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)方案研究

摘要：作為清潔再生能源的風(fēng)電及光伏，一般位置都偏僻、分散，維護(hù)費(fèi)用很高。目前風(fēng)電、光伏發(fā)電成本相比較為成熟的火電和水電要高出許多。固定資產(chǎn)折舊費(fèi)是煤電的1倍多，發(fā)電系數(shù)卻只相當(dāng)于煤電的一半。根據(jù)項(xiàng)目地域和通信網(wǎng)絡(luò)條件，提出電力設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)方案，通過(guò)集中運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)，降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和管理成本。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)施;遠(yuǎn)程;控制;通信網(wǎng)絡(luò)

在偏僻的地域或海島上，由于供電條件的限制而采用風(fēng)電或光伏發(fā)電。與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的通信網(wǎng)絡(luò)，并不能都覆蓋。

計(jì)劃實(shí)施的一項(xiàng)工程，采用風(fēng)電和光伏電站供電。設(shè)計(jì)條件中，要求將所建電力設(shè)施和電站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、少人值守，區(qū)域檢修。為將來(lái)采用輔助專家系統(tǒng)、故障預(yù)警診斷、系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化做基礎(chǔ)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和技術(shù)要求，我們進(jìn)行了技術(shù)方案研究和控制開(kāi)發(fā)。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

1、監(jiān)控系統(tǒng)分層

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)為兩層。第一層為風(fēng)電、光伏和電力設(shè)施側(cè)數(shù)據(jù)采集和命令執(zhí)行。第二層為遠(yuǎn)程集控中心集中監(jiān)視與控制，滿足安全運(yùn)行和管理要求。

2、功能要求

2.1第一層風(fēng)電、光伏和電力設(shè)施側(cè)主要實(shí)現(xiàn)功能：

配置通信管理機(jī)，從電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中采集設(shè)備數(shù)據(jù)，包括光功率預(yù)測(cè)、風(fēng)功率預(yù)測(cè)、無(wú)功補(bǔ)償、功率控制、電度計(jì)量、電流、電壓、繼電保護(hù)、故障錄波等，并執(zhí)行集控中心對(duì)電力設(shè)備的控制指令。

2.2第二層集中控制中心側(cè)主要實(shí)現(xiàn)功能：

數(shù)據(jù)的采集與處理

實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視與控制

綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及報(bào)表

重點(diǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控

集中報(bào)警處理

事故追憶及故障濾波

2.3時(shí)鐘同步數(shù)

在遠(yuǎn)程集控中心側(cè)提供雙授時(shí)服務(wù)，以北斗、GPS衛(wèi)星作為時(shí)間基準(zhǔn)源，確保遠(yuǎn)程集控中心的采集數(shù)據(jù)的時(shí)間一致性。

2.4數(shù)據(jù)采集與處理

系統(tǒng)的信號(hào)采集類型分為模擬量、開(kāi)關(guān)量。模擬量包括電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等電氣模擬量的實(shí)時(shí)測(cè)量。開(kāi)關(guān)量包括事故信號(hào)、斷路器及重要繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)等中斷開(kāi)關(guān)量，各類故障信號(hào)、斷路器及隔離開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)、設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)等非中斷開(kāi)關(guān)量?jī)煞N。

2.5過(guò)程畫面監(jiān)視

實(shí)時(shí)顯示電力設(shè)施主要運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)。內(nèi)容包括實(shí)時(shí)采集、計(jì)算、系統(tǒng)評(píng)估和人工置入的各種動(dòng)態(tài)及靜態(tài)運(yùn)行信息。

2.6數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的整合

整合各電站側(cè)相關(guān)控制系統(tǒng)與非控制系統(tǒng)，完成所轄電站的數(shù)據(jù)融合與統(tǒng)一展示。

2.7遠(yuǎn)程控制

完成電站主要設(shè)備的控制，主要包括：

對(duì)斷路器/隔離開(kāi)關(guān)分、合的遠(yuǎn)方操作

對(duì)補(bǔ)償電容器投、切的遠(yuǎn)方操作

風(fēng)電光伏遠(yuǎn)方啟動(dòng)、停機(jī)、復(fù)位、限功控制等。

2.8集中報(bào)警處理

對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的故障可進(jìn)行聲光和語(yǔ)音報(bào)警。語(yǔ)音報(bào)警包括預(yù)告報(bào)警和操作報(bào)警等內(nèi)容。

2.9事故追憶

將事件過(guò)程中各設(shè)備動(dòng)作順序，帶時(shí)標(biāo)記錄、存儲(chǔ)、顯示、打印，生成事件記錄報(bào)告，供查詢。

2.10故障錄波

通過(guò)相應(yīng)的電力通信協(xié)議，接入故障錄波數(shù)據(jù)。在集控中心側(cè)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷電站各系統(tǒng)、線路和設(shè)備故障發(fā)生的確切地點(diǎn)、發(fā)展過(guò)程和故障類型等。

2.11統(tǒng)計(jì)分析、查詢、報(bào)表功能

系統(tǒng)可以查詢歷史故障、歷史數(shù)據(jù)、日志等，可以進(jìn)行設(shè)備的故障報(bào)警統(tǒng)計(jì)和故障統(tǒng)計(jì)，并能夠打印。能對(duì)所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、統(tǒng)計(jì)分析。

2.12節(jié)能分析與指標(biāo)管理

建立指標(biāo)管理體系，完成生產(chǎn)指標(biāo)的計(jì)算與分析，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的對(duì)標(biāo)管理、指標(biāo)控制以及評(píng)價(jià)管理等內(nèi)容。

3、工程設(shè)計(jì)原則和實(shí)施要求

3.1實(shí)用性和完整性：配置一個(gè)功能完善、設(shè)備齊全、管理方便的智能控制及管理系統(tǒng)。

3.2可靠性和穩(wěn)定性：在設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等各個(gè)方面充分考慮軟件、硬件的可靠性和穩(wěn)定性。

3.3安全性：

網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)目的是保障內(nèi)網(wǎng)安全，根據(jù)國(guó)家信息安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)采用防護(hù)—檢測(cè)—準(zhǔn)入—管理的思路，建設(shè)安全網(wǎng)絡(luò)：

防護(hù)：部署業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的防火墻、安全網(wǎng)關(guān)、防泄密等設(shè)備，隔離內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)，防止來(lái)自外網(wǎng)的攻擊。

檢測(cè)：部署業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的入侵防御設(shè)備，及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)入侵行為，并通過(guò)入侵防御技術(shù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，及時(shí)阻止不正當(dāng)行為。

管理：通過(guò)上網(wǎng)行為管理，規(guī)范內(nèi)網(wǎng)用戶上網(wǎng)習(xí)慣，提高內(nèi)網(wǎng)安全。行為審計(jì)溯源，規(guī)避法律風(fēng)險(xiǎn)。

安全接入：通過(guò)VPN設(shè)備，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，對(duì)移動(dòng)接入用戶進(jìn)行身份認(rèn)證和權(quán)限控制。保障互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全。

二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1、電力通信、網(wǎng)絡(luò)接入方案

在具備通信網(wǎng)絡(luò)條件下，依托電力專線建設(shè)穩(wěn)定、安全、可靠的監(jiān)控信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。集控中心的核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用冗余雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率不小于100Mbit/s，網(wǎng)絡(luò)配置規(guī)模需滿足系統(tǒng)遠(yuǎn)景要求。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖一

2、無(wú)線數(shù)傳接入方案

在通信網(wǎng)絡(luò)條件較差的區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境采用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)MDS的接入方案。無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)在整個(gè)系統(tǒng)中擔(dān)任數(shù)據(jù)傳遞的重要角色。MDS電臺(tái)具備高可靠度、高速率、遠(yuǎn)距離、組網(wǎng)和擴(kuò)容方式靈活的特點(diǎn)。通過(guò)這一網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制指令可以往返于主站和各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置之間。電臺(tái)主站采集到數(shù)據(jù)后，通過(guò)交換機(jī)接入集中控制中心網(wǎng)絡(luò)。集控中心的核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用冗余雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率不小于100Mbit/s，網(wǎng)絡(luò)配置規(guī)模需滿足系統(tǒng)遠(yuǎn)景要求。

無(wú)線數(shù)傳MDS電臺(tái)傳輸距離與發(fā)射塔高度、接收天線高度、電臺(tái)功率有關(guān)。傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可考慮在距離中間加裝中繼的方式。

三、軟件平臺(tái)配置方案

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備側(cè)配置工控機(jī)作為前置機(jī)，安裝IOServer采集器。IOServer采集現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，傳輸給集控中心的KingScada服務(wù)器、工業(yè)庫(kù)服務(wù)器。

集控中心控制網(wǎng)的工業(yè)庫(kù)設(shè)置采用冗余方式，通過(guò)IOServer采集器采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)為其他程序提供歷史數(shù)據(jù)。

集控中心控制網(wǎng)的KingScada服務(wù)器采用冗余方式，通過(guò)IOServer與現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。KingScada服務(wù)器主要進(jìn)行報(bào)警處理、事件處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)的登錄服務(wù)對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行集中管理等功能。KingScada客戶端作為操作員站，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的所有功能。設(shè)置工程師站，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理、開(kāi)發(fā)工作。

集控中心控制網(wǎng)設(shè)置計(jì)算服務(wù)器一臺(tái)，安裝KingCalculation軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算工作。設(shè)置報(bào)警服務(wù)器一臺(tái)，安裝KingAamp;E軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障代碼、告警代碼報(bào)警處理工作。

設(shè)置歷史回放工作站一臺(tái)，作為事故回放使用，采用KingGraphic軟件直接與控制網(wǎng)的工業(yè)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

集控中心控制網(wǎng)與管理網(wǎng)通過(guò)單向隔離網(wǎng)閘進(jìn)行數(shù)據(jù)隔離，控制網(wǎng)的工業(yè)庫(kù)通過(guò)鏡像方式將數(shù)據(jù)傳輸給管理網(wǎng)。管理網(wǎng)設(shè)置WEB服務(wù)器一臺(tái)，提供基于B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

通過(guò)對(duì)上述方案可靠性、安全性等性能指標(biāo)的試驗(yàn)測(cè)試，在相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行項(xiàng)目硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。