宜興抽水蓄能電站遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)改造技術(shù)實(shí)現(xiàn)

喻洋洋，單鵬珠，周嘉元，楊 斌

（1.南瑞集團(tuán)公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇 南京211106；2.華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇 宜興214200）

0 引言

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，可進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的大型抽水蓄能電站也發(fā)揮著越來越重要的作用。我國(guó)在20世紀(jì)80、90年代建設(shè)的大型抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本采用ABB、阿爾斯通和西門子等國(guó)外進(jìn)口監(jiān)控產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中逐漸暴露出功能擴(kuò)展困難，售后服務(wù)響應(yīng)慢，備品備件價(jià)格昂貴、外方技術(shù)保密等種種弊端。隨著響水澗、蒲石河等大型抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化投入商業(yè)運(yùn)行，我國(guó)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化大型抽蓄監(jiān)控系統(tǒng)日臻成熟。因此，國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)與國(guó)外監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互是對(duì)外方監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展或升級(jí)改造的關(guān)鍵技術(shù)問題[1]。

宜興抽水蓄能電站總裝機(jī)容量為100萬kW，安裝了4臺(tái)25萬kW的可逆式水泵水輪機(jī)組。宜興抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用ABB公司的800xA系統(tǒng)，現(xiàn)地控制單元采用AC800M控制器及S800系列I/O模件，人機(jī)接口則采用基于Windows平臺(tái)的Power Generation Portal（PGP）軟件。宜興抽水蓄能電站與江蘇省調(diào)EMS系統(tǒng)的一平面104遠(yuǎn)動(dòng)通信功能由ABB外包第三方公司實(shí)現(xiàn)，江蘇省調(diào)智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)D5000需要電站增加新的遠(yuǎn)動(dòng)二平面104通信，由于ABB外包第三方公司已注銷，因此原通道不能增加新的遠(yuǎn)動(dòng)通信鏈路，也就無法實(shí)現(xiàn)與D5000系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)通信。本文以南瑞集團(tuán)公司NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件為開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)出與ABB公司800xA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的NARI OPC客戶端軟件，并采用IEC104實(shí)現(xiàn)與省調(diào)D5000系統(tǒng)的二平面遠(yuǎn)動(dòng)通信。

1 南瑞NC2000監(jiān)控平臺(tái)與ABB OPC技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 南瑞NC2000監(jiān)控平臺(tái)

南京南瑞集團(tuán)公司NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用多層分布式對(duì)象架構(gòu)，全面支持異構(gòu)平臺(tái)，具有高效安全可靠的監(jiān)控內(nèi)核、功能強(qiáng)大的組態(tài)工具、實(shí)用方便的應(yīng)用界面及多種標(biāo)準(zhǔn)的接口[2]。

（1）NC2000監(jiān)控軟件可運(yùn)行的操作系統(tǒng)包括IBM Unix、HP Unix、SUN Unix、REDHAT Linux、微軟Windows等多種平臺(tái)，充分滿足用戶對(duì)異構(gòu)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享需求。

（2）NC2000監(jiān)控軟件內(nèi)核運(yùn)用快速高效的C語言代碼編程，確保應(yīng)用軟件的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

（3）NC2000提供面向?qū)ο蟆⒐δ軓?qiáng)大的組態(tài)工具，用戶可在不同操作系統(tǒng)上靈活的完成數(shù)據(jù)庫、畫面、報(bào)表和流程等的組態(tài)工作。

1.2 ABB OPC技術(shù)

OPC（OLE For Process Control）是基于Windows平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)過程控制技術(shù)，OPC將各個(gè)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和通信程序封裝成獨(dú)立的OPC服務(wù)器，OPC客戶端無需關(guān)心硬件的性能特點(diǎn)，可以直接通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口訪問OPC服務(wù)器，從而使不同廠商的控制系統(tǒng)與用戶的應(yīng)用程序之間接口標(biāo)準(zhǔn)化[3]。

OPC技術(shù)是通過OPC服務(wù)器和OPC客戶端實(shí)現(xiàn)的，OPC服務(wù)器完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，OPC客戶端與OPC服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)鏈接，并通過OPC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)OPC服務(wù)器中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。

ABB OPC技術(shù)可通過CSLib協(xié)議從ABB AC 800M控制器讀取實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，其提供的數(shù)據(jù)信息符合OPC DA（Data Access）2.0及AE（Alarm & Event）1.02 規(guī)范。

2 NARI OPC客戶端實(shí)現(xiàn)

NARI OPC客戶端采用微軟公司Visual C++語言編寫，其操作系統(tǒng)平臺(tái)為Windows Server 2008。NARI OPC客戶端用于實(shí)現(xiàn)與ABB 800xA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)控系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)指令進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)[4]。

NARI OPC客戶端應(yīng)用程序的主要編程實(shí)現(xiàn)如下所述。圖1為NARI OPC客戶端實(shí)現(xiàn)框圖。

圖1 NARI OPC客戶端實(shí)現(xiàn)框圖

（1）COM庫的初始化，注冊(cè)O(shè)PC組和OPC項(xiàng)。

HRESULT hndr;

hndr=CoInitializeEX（NULL，COINIT_MULTITHREADED）;

hndr返回值有S_OK和S_FALSE，分別為初始化成功或初始化失敗。

OpcServerName = ABB.AC800MC_OpcDaServer.3;

ABB.AC800MC_OpcDaServer.3 為 ABB OPC 服務(wù)器的標(biāo)識(shí)名。

hndr=CLSIDFromProgID（L“OpcServerName”，&CLSID ABBOpcSver）;

通過函數(shù)查詢OPC服務(wù)器的唯一CLSID。

（2）ABB OPC服務(wù)器創(chuàng)建實(shí)例及建立連接。

hndr=CoCreateInstanceEX（CLSID ABBOpcSver，NULL，CLSCTX_REMOTE_SERVER，NULL，IID_IUnknown，（void ＊ ＊）&pKun）;

hndr返回值有S_OK和S_FALSE，分別為實(shí)例創(chuàng)建成功和實(shí)例創(chuàng)建失敗。

pKun為接口指針，指向OPC服務(wù)器實(shí)例。

（3）ABB OPC添加組，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶具體OPC項(xiàng)的管理。

調(diào)用QueryInterface（）函數(shù)獲取ABB IOPCServer接口指針pABBInst。

HRESULT r1r1=pKun-＞QueryInterface（IID_IOPCServer，（void**）&pABBInst）;

通過AddGroup函數(shù)完成對(duì)ABB OPC服務(wù)器組名、激活狀態(tài)、刷新速率、死區(qū)等的設(shè)置。

hndr =pABBInst-＞AddGroup（GroupName，TRUE，1000，1，pTimeBias，pDeadBand，dwLCID，&hServerGroup，&dwRevisedUpdateRate，IID_IOPCItemMgt，&pItemMgt）

（4）ABB OPC添加項(xiàng)，完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理。

通過AddItem函數(shù)完成OPC項(xiàng)的數(shù)量、屬性、結(jié)果信息及錯(cuò)誤報(bào)警信息的設(shè)置。

hndr=pItemMgt-＞AddItem（dwCount，pItemArray，&pResults，&pErrors）。

（5）調(diào)用ReadItem（）與WriteItem（）數(shù)據(jù)同步函數(shù)，實(shí)現(xiàn)NARI OPC客戶程序與ABB OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。

hndr=pIOPCSyncIO-＞Read（OPC_DS_CACHE，ReadNumeber，hServerRead，&pItemValue，&pErrors）;

hndr=pIOPCSyncIO-＞W(wǎng)rite（WriteNumeber，hServerWrite，WriteValue，&pErrors）;

（6）最后，對(duì)ABB OPC組、項(xiàng)進(jìn)行移除操作，同時(shí)完成對(duì)內(nèi)存和指針的釋放。

hndr=pItemMgt-＞RemoveItems（1，pItemArray，&pErrors）;

hndr=pABBInst-＞RemoveGroup（hServerGroup，F(xiàn)ALSE）;

pItemMgt-＞Release（）;

pABBInst-＞Release（）;

CoUninitialize（）。

3 OPC客戶端與NC2000監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)

NARI OPC客戶端運(yùn)行于Windows服務(wù)器，NARI NC2000監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行于Linux服務(wù)器，OPC客戶端與NC2000監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的交互數(shù)據(jù)分為3類：開關(guān)量和模擬量、控制量和調(diào)節(jié)量以及報(bào)警信息。這3類數(shù)據(jù)采用UDP協(xié)議通過Windows服務(wù)器和Linux服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每類數(shù)據(jù)的傳輸過程均經(jīng)過有效性檢驗(yàn)。

兩臺(tái)Windows服務(wù)器和兩臺(tái)Linux服務(wù)器均為并列運(yùn)行方式，每臺(tái)Windows服務(wù)器只與一臺(tái)Linux服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，兩條數(shù)據(jù)通道保持獨(dú)立狀態(tài)。圖4為NARI NC2000監(jiān)控平臺(tái)與OPC客戶端數(shù)據(jù)流向圖。

圖4 NARI NC2000監(jiān)控平臺(tái)與OPC客戶端數(shù)據(jù)流向圖

4 與省調(diào)D5000系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)

宜興抽水蓄能電站ABB 800xA系統(tǒng)布置有2臺(tái)OPC主機(jī)服務(wù)器，冗余方式配置[5]，主機(jī)服務(wù)器與ABB AC800M冗余控制器通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，AC800M控制器通過Modbus Bus光纖與S800 I/O采集單元獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。OPC服務(wù)器上安裝的MB300 OPC Server軟件負(fù)責(zé)獲取MB300網(wǎng)絡(luò)OPC服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。OPC服務(wù)器是典型的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)源程序，它收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端使用。

南瑞遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了宜興抽水蓄能電站ABB監(jiān)控系統(tǒng)與江蘇省調(diào)D5000系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)和交互。遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)配置2臺(tái)Windows服務(wù)器和兩臺(tái)Linux服務(wù)器。Windows服務(wù)器通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與ABB MB300網(wǎng)絡(luò)上的ABB OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；Linux服務(wù)器通過遠(yuǎn)動(dòng)IEC870-5-104規(guī)約將電站生產(chǎn)信息上傳至省調(diào)，同時(shí)接收省調(diào)D5000系統(tǒng)對(duì)宜興電站的遙調(diào)指令。

江蘇省調(diào)D5000系統(tǒng)（智能電網(wǎng)電力調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)）采用了面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）設(shè)計(jì)[6]，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)子站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效率實(shí)時(shí)采集。南瑞NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過IEC104遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)與D5000系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

5 結(jié)語

我國(guó)早期的大型抽水蓄能電站監(jiān)控產(chǎn)品基本是與ABB、西門子或阿爾斯通等主機(jī)捆綁購(gòu)買，一方面由于投產(chǎn)時(shí)間較早，其監(jiān)控系統(tǒng)在遠(yuǎn)動(dòng)通信、歷史數(shù)據(jù)分析等方面已經(jīng)不能滿足電站當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)行的需求；另一方面，由于國(guó)外監(jiān)控廠家的技術(shù)封鎖和高昂的后期運(yùn)維成本，使得電站往往要付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)才能獲得監(jiān)控系統(tǒng)功能的部分升級(jí)[7]。因此，國(guó)內(nèi)早期抽水蓄能電站迫切需要一種功能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、性價(jià)比高的監(jiān)控系統(tǒng)功能擴(kuò)展方法。

本文針對(duì)江蘇宜興抽水蓄能電站D5000遠(yuǎn)動(dòng)通信的功能擴(kuò)充，以國(guó)內(nèi)主流計(jì)算機(jī)監(jiān)控產(chǎn)品南瑞NC2000為平臺(tái)，結(jié)合OPC現(xiàn)場(chǎng)過程控制技術(shù)，提出了一種遠(yuǎn)動(dòng)通信技術(shù)方案，有效地解決了電廠的技術(shù)難題，也為其他有監(jiān)控系統(tǒng)功能擴(kuò)展需求的電站提供了很好的技術(shù)參考。