谷東永，潘二強，李清華，毛 琦，楊丹丹，李成龍

(1.中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京 100038；2.貴州三板溪水電廠，貴州 錦屏 556700)

0 引言

三板溪水電站位于沅水上游清水江段，壩址在貴州省黔東南自治州錦屏縣境內，距縣城25 km，距湖南省懷化市直線距離約140 km，是沅水干流上的龍頭電站，工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、旅游等綜合效益。電站安裝4臺250 MW混流式機組，總裝機容量1 000 MW，多年平均發(fā)電量24.28億kW·h，年利用小時數(shù)2 428 h，設計水頭128 m，采用一回500kV線路輸出，并入華中電網，送電湖南，承擔湖南電力系統(tǒng)的調峰、調頻和事故備用，電站本身及其對下游梯級電站的補償作用將顯著改善湖南電力系統(tǒng)的電源結構，并有利于湖南消納三峽的季節(jié)性電量。

掛治水電站位于沅水干流上游河段清水江的中下游，壩址位于貴州省黔東南苗族侗族自治州錦屏縣境內，為沅水規(guī)劃的第3個梯級電站，上游距三板溪水電站18 km，下距錦屏縣7 km。本電站為河床式電站，以發(fā)電為主、兼改善航運條件、并承擔三板溪電站的反調節(jié)任務等綜合利用效益的中型水電工程。電站安裝3臺、單機容量為50 MW的軸流轉槳式水輪發(fā)電機組。電站具有日調節(jié)性能，發(fā)電庫容710萬m3，保證出力42.5 MW，多年平均發(fā)電量4.021億kW·h，年利用小時數(shù)2 681 h。

三板溪電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公H9000V4.0系統(tǒng)，該系統(tǒng)已于2010年3月15日投入運行。

1 三板溪集控中心系統(tǒng)網絡結構

三板溪集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)包括位于三板溪電廠生活區(qū)的主站端和位于各水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)電站端，通過光纖通道將各水電站監(jiān)控系統(tǒng)與三板溪集控中心主站端相連，形成三板溪集控中心監(jiān)控系統(tǒng)網絡。

1.1 集控中心站網絡總體結構

系統(tǒng)采用全分布開放方式網絡結構，采用百兆以太網進行監(jiān)控數(shù)據通信，構成冗余熱備的星型樹狀輻射式網絡結構。集控中心采用雙百兆以太網總線，構成集控中心的網絡系統(tǒng)，系統(tǒng)內各設備至網絡交換機采用高品質超5類屏蔽雙絞線連接。集控中心系統(tǒng)與三掛兩廠監(jiān)控系統(tǒng)的主信道，通過百兆單模光纖收發(fā)器，經現(xiàn)有的三掛、廠辦單模光纖線路相連。系統(tǒng)主干交換機選用CISCO公司的Catalyst2 960。含有24個10/100/1 000M自適應端口，兩個單模光接口，可以滿足集控中心系統(tǒng)服務器和工作站等所有網絡設備的接入要求。

廠站接入系統(tǒng)通過FOCUS 60 km、40 km單模光纖收發(fā)器接入主干交換機，配置兩個有10槽的FOCUS機箱，使網絡柜中的結構和布局更加穩(wěn)定美觀。

三板溪電廠集控中心系統(tǒng)主站側網絡結構及系統(tǒng)配置圖如圖1：

圖1 三板溪、掛治聯(lián)控系統(tǒng)方案

1.2 廠站側網絡總體結構

在每個電站配置兩臺互為熱備的廠站通訊前置機，通過各自廠站系統(tǒng)的主干交換機，經由FOCUS 60 km、40 km單模光纖收發(fā)器與光纖相連接，最終接入三板溪集控中心的主干交換機。兩臺通訊前置機作為網關機配置多塊網卡，一端連接電站監(jiān)控計算機系統(tǒng)，一端連接通訊區(qū)交換機。通訊前置機實時采集監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據，經IEC104通訊規(guī)約將數(shù)據上送到集控中心監(jiān)控系統(tǒng)，并能及時轉發(fā)集控中心監(jiān)控系統(tǒng)下達的各種命令。

2 梯調電調系統(tǒng)設計

2.1 梯調電調自動化系統(tǒng)體系結構

三板溪集控中心監(jiān)控系統(tǒng)由操作員工作站、通訊數(shù)據服務器、報表工作站、數(shù)據預處理工作站組成。主要設備詳細配置及實現(xiàn)功能如下：

歷史服務器兼通訊服務器：采用HP DL380G5服務器，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，安裝有商用數(shù)據庫軟件及ROSE HA雙機管理軟件，同時還配置有磁盤陣列，容量為6×500 GB，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據的管理功能，兩臺歷史服務器主機互為熱備用。

操作員工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系統(tǒng)，采用一機三顯的顯示方式，實現(xiàn)中控室運行人員監(jiān)視與控制功能。兩臺操作員站互為熱備用。

報表工作站兼歷史數(shù)據查詢工作站：采用HP XW6600，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，該工作站安裝有北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)的hista歷史數(shù)據庫管理軟件及Hreport報表軟件，為電站的歷史數(shù)據查詢提供了良好的操作平臺。

預處理工作站：采用HP XW4600，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據預處理功能和仿真培訓，日常維護功能。

GPS時鐘：采用BBS-3時鐘，配置4個NTP網絡模塊，4路串口、12個脈沖接口，提供多種對時方式。實現(xiàn)集控中心監(jiān)控系統(tǒng)及其它監(jiān)視設備時間一致功能。

歷史數(shù)據庫支撐系統(tǒng)采用oracle 9i企業(yè)版，實時數(shù)據庫系統(tǒng)采用H9000系統(tǒng)實時數(shù)據庫，應用軟件采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)的H9000CAS系統(tǒng)。

本系統(tǒng)軟件包括四大部分，即計算機系統(tǒng)軟件、基本軟件、應用軟件以及工具軟件。系統(tǒng)軟件是隨計算機硬件設備一同購入由系統(tǒng)軟件生產廠商提供的軟件，用以提供監(jiān)控系統(tǒng)其它軟件運行的環(huán)境，用戶軟件的開發(fā)手段，如用戶程序的編輯、編譯、聯(lián)接、任務的插入、運行、退出等?；拒浖菍崿F(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)基本監(jiān)控功能所必須的軟件，如數(shù)據采集，數(shù)據處理，數(shù)據庫管理，圖形顯示，報表生成，語音報警等軟件。應用軟件是實現(xiàn)生產過程操作或控制功能的軟件，如AGC、AVC等，由于電站特性的不同、功能要求的差異，應用軟件的差別很大，一般需特殊處理。工具軟件是提高系統(tǒng)開發(fā)效率的軟件，它可以減輕軟件開發(fā)與維護強度，提高系統(tǒng)的可維性，使開放系統(tǒng)真正地向用戶開放。

2.2 三板溪電廠集控中心系統(tǒng)主要特點

(1)本系統(tǒng)服務器和工作站的所有內部通信和所有與外部系統(tǒng)的通信都基于廣泛采用的國際和工業(yè)標準。系統(tǒng)采用冗余網絡結構、計算機冗余配置，以符合工業(yè)標準的局域網(LAN)連接起來，并按功能模塊來分配服務器和工作站。

(2)本系統(tǒng)采用冗余的交換式局域網結構，構成功能分布的開放系統(tǒng)。該系統(tǒng)能使用戶今后方便的進行硬件設備和應用軟件的擴充和升級。無論是單網故障，還是網上節(jié)點內的單點網絡故障都不能影響系統(tǒng)功能。

(3)系統(tǒng)采用開放式、分布式體系結構，采用模塊化設計、使用標準產品和接口、遵循國際軟/硬件標準。應用環(huán)境中使用的網絡管理技術、數(shù)據庫技術、通信技術、面向對象技術、電力應用軟件的國際標準，可滿足對相關系統(tǒng)的安全互聯(lián)需求以及系統(tǒng)總體功能需要，為集控電站安全、可靠、經濟運行提供技術支撐。

(4)系統(tǒng)保證整個系統(tǒng)使用期內對實時數(shù)據庫及歷史數(shù)據庫擴容的需要。系統(tǒng)應提供支持軟件，包括圖形界面生成工具，圖形界面方式的數(shù)據庫生成及維護工具等，使用戶無須編程，即可對系統(tǒng)進行擴充。

(5)系統(tǒng)人機界面按“所見即所得”的風格設計，并提供有工具軟件，可方便地生成并維護顯示畫面及控制菜單，具備數(shù)模一體化能力。技術人員可自己完成LCD畫面生成和數(shù)據庫的定義。電調自動化系統(tǒng)的實時、歷史、應用等數(shù)據庫間具備自動的內部映射關系(或數(shù)據復制功能)，避免數(shù)據庫內元件的多次定義。所有人機工作站和服務器均支持各種功能的操作界面，并具有統(tǒng)一的、風格一致的系統(tǒng)體系。

3 三板溪電廠集控中心主要功能

集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)所屬子站水電站的數(shù)據采集、監(jiān)視和控制(SCADA)、經濟調度、梯級AGC，自動電壓調整(AVC)等，并滿足上級調度部門通過本系統(tǒng)實現(xiàn)梯級各水電站五遙(遙信、遙測、遙調、遙控和遙視)功能，實現(xiàn)五凌電力公司首個集控中心的投運，最終實現(xiàn)五凌電力公司長沙集控中心對所屬電站的統(tǒng)一聯(lián)合調度。

3.1 對子水電站的集中控制功能

三板溪電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)三板溪、掛治水電站的集中監(jiān)視和控制，將水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能集中到梯級調度中心，在近期實現(xiàn)減少每個水電站的值班人員，最終實現(xiàn)所屬水電站的“無人值班(少人值守)”控制目標。

本系統(tǒng)的控制層次包括調度遠方/集控/站調/現(xiàn)地。系統(tǒng)通過完整的控制策略，可實時改變水電站/機組的控制權限?？刂茩嘞薜霓D移按現(xiàn)地優(yōu)先的原則設計，即下級調度有權切換控制權限，上級調度如需將控制權切換給自己，必須通知下級調度切換權限。

電調系統(tǒng)的控制功能主要有：機組啟/停，機組有功、無功功率調整，斷路器投/切，AGC/AVC的投退、其他設備的有關控制等。

3.2 數(shù)據采集和監(jiān)視功能

三板溪電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據采集和處理功能主要由系統(tǒng)通訊服務器、實時數(shù)據庫服務器、歷史數(shù)據庫服務器完成。

系統(tǒng)可以適應多源數(shù)據采集，如：來自于水電站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(主備雙通道)，來自于調度部門調度自動化系統(tǒng)的數(shù)據，來自于乙方提供的電調自動化系統(tǒng)應用軟件輸出的數(shù)據，來自于水調自動化系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)等的數(shù)據，人工輸入的數(shù)據，來自于標準時鐘系統(tǒng)等數(shù)據源。數(shù)據類型涵蓋模擬量數(shù)據，狀態(tài)量數(shù)據，SOE數(shù)據，帶時標電能量數(shù)據，計算數(shù)據控制命令和設點命令數(shù)據等。系統(tǒng)對采集到的數(shù)據要進行合理性檢查、越限報警、狀態(tài)量的事故判別等預處理。

3.3 統(tǒng)計考核功能

可以對監(jiān)視點的電壓、頻率、功率、電能量、梯級系統(tǒng)運行指標、電調系統(tǒng)運行指標等數(shù)據進行統(tǒng)計考核，并對所有遙測量、遙信量和計算量都配置數(shù)據質量碼，以反映數(shù)據的可靠程度。

3.4 事件/報警處理

子站電站事件和三板溪電廠集控中心自動化系統(tǒng)事件按站調系統(tǒng)、集控中心系統(tǒng)不同的記錄表來存儲和分類查詢，能分開記錄、保存和打印。保存的記歷史記錄可分類檢索。事件/報警的顯示和打印有隨機方式，調度員請求方式。

3.5 梯級電站AGC(自動發(fā)電控制)

系統(tǒng)可根據上級調度部門下達或梯調水調自動化系統(tǒng)傳來的短期發(fā)電計劃曲線，實現(xiàn)所控水電站或機組的負荷出力調節(jié)，按照給定的曲線實現(xiàn)水電站或機組的有功分配；具備在上級調度部門許可的情況下，三板溪電廠集控中心系統(tǒng)接收上級AGC控制命令后，按照分配策略可迅速分配至電站的某一機組或幾個機組，參加整個電網的功率調節(jié)，實時實現(xiàn)上級調度部門傳來的有功功率值的再次分配。集控中心AGC控制能夠做到水電站全廠有功調節(jié)，也可實現(xiàn)單個機組的有功調。

3.6 H9000/HistA歷史數(shù)據管理系統(tǒng)

H9000/HistA歷史數(shù)據管理系統(tǒng)是以商業(yè)數(shù)據庫(如：Oracle、Sybase等)為后臺數(shù)據庫，使用PowerBuilder為前端開發(fā)工具開發(fā)的一個具有Client/Server體系結構的應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行在中文Windows NT軟件環(huán)境下。

歷史庫系統(tǒng)可以存儲一分鐘數(shù)據表、五分鐘數(shù)據表、十五分鐘數(shù)據表(當年和歷史)、整點數(shù)據表(當年和歷史)、日數(shù)據表、月數(shù)據表、統(tǒng)計表、報警數(shù)據表(當年和歷史)。運行和維護人員可以很方便的查詢某個模擬量點的歷史數(shù)據和開關量的動作信息以及報警記錄，對于電站的安全生產具有重要的統(tǒng)計意義。

3.7 HReport功能

H9000/HReport是為電力系統(tǒng)量身定做的一套報表快速生成及歷史信息查詢軟件，系統(tǒng)支持C/S(HReport)和B/S(WebReport)體系。對于B/S模式，客戶端使用IE瀏覽查詢報表；對于C/S模式一般適用于局域網用戶，客戶端可分別配置成不同功能的瘦客戶。三板溪電廠集控中心采用的是C/S模式。以下是C/S部分的功能介紹：

HReport是建立在Microsoft Excel自動化技術、OleDb數(shù)據庫訪問技術以及XML技術上的一套具有良好用戶界面的快速報表生成軟件，完全兼容Excel電子表格和XML文檔。

HReport以Excel插件的形式存在，可以運行于Excel2000及以上的版本。利用Excel提供的自動化模型，將報表生成邏輯及數(shù)據庫訪問嵌入到Excel界面，依托于Excel強大的編輯功能、友好的用戶界面。系統(tǒng)由用戶自定義需要的周期類型，通過友好的配置界面對各類報表的數(shù)據來源、表現(xiàn)形式、使用的周期等進行配置，可以自定義報表目錄樹對報表模板分類管理。

3.8 閉鎖條件庫與防誤操作功能

系統(tǒng)具有完善的防誤操作功能，可以確保由計算機系統(tǒng)發(fā)出的命令安全可靠。用戶不需編程，只需將各種操作閉鎖關系按規(guī)定的格式填入定義文件，建立相應的閉鎖庫即可。ControlLock會自動對計算機系統(tǒng)的各項指令進行條件判斷，滿足條件則執(zhí)行，不滿足條件則閉鎖，并給運行人員進行閉鎖原因提示。子站收到命令后需進行條件判斷再執(zhí)行命令。

4 結束語

三板溪電廠集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)從投入試運行到現(xiàn)在，各項功能穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，所有設備運行正常，操作控制正確可靠，遠方開停機、設備的控制、AGC動作正確率均達到100%，系統(tǒng)可用率高，為五凌電力公司長沙集控中心集控的實現(xiàn)和成功投運奠定了堅實的基礎。