初家祥 江 杰

（內(nèi)蒙古科技大學信息學院，呼和浩特 014010）

“十二五”時期，包鋼將進入再創(chuàng)業(yè)的歷史新階段。伴隨著產(chǎn)能的提升，發(fā)電量、用電量、用電范圍都將發(fā)生巨大的變化。而電力網(wǎng)絡是一個龐大而復雜的系統(tǒng)，涉及包鋼生產(chǎn)的方方面面，任何微小的事故都可能造成大的生產(chǎn)波動。其中應用信息化手段保證電網(wǎng)安全可靠運行又是供電廠日常生產(chǎn)管理工作的重中之重。

多年來包鋼供電廠在工業(yè)用戶電力監(jiān)控領(lǐng)域進行了深入的探索，借鑒國內(nèi)外電力監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和應用[1-5]，目前已經(jīng)形成了完善的全廠級電力監(jiān)控系統(tǒng)?；诖讼到y(tǒng)調(diào)度運行人員可以隨時掌握電力設備的運行工況，及時完成調(diào)度操作，并針對電網(wǎng)進行更高層次的運行分析計算以輔助決策。

該系統(tǒng)同時為能源管理中心提供第一手電氣數(shù)據(jù)，大大節(jié)省能源管理中心建設成本，加快能源管理中心建設進度。

1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

包鋼供電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)具有分層、分布式特征，系統(tǒng)整體由站控層、集控層、調(diào)度層三個層次組成。

圖1 包鋼供電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

站控層主要是各變電站綜合自動化系統(tǒng)，通過保護測控一體化化單元、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡、通信網(wǎng)關(guān)及后臺監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。目前實現(xiàn)了電力監(jiān)控的廠站包括1座220kV變電站，10座110kV變電站，38座10kV變配電站。

集控層則以生產(chǎn)業(yè)務為主要核心進行功能劃分，若干個變配電站劃分為一個集控中心，實現(xiàn)統(tǒng)一運行監(jiān)控和管理。集控中心接入了所管轄范圍內(nèi)變配電站的信息。集控層的設立可以大大減少現(xiàn)場變配電站值班人員，實現(xiàn)減員增效。包鋼供電廠目前設立了3個集控中心。

調(diào)度層從各變電站直接獲取數(shù)據(jù)，構(gòu)成對全廠電力系統(tǒng)的集成集控系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控、運行分析和輔助決策功能。

從站控層到集控層和調(diào)度層都通過覆蓋全廠的光纖通信系統(tǒng)實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，并采用統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)對各節(jié)點通信設備進行集中監(jiān)視。

變電站綜合自動化系統(tǒng)使用最多的是上海申瑞繼保電氣有限公司的DEP-4000N系統(tǒng)，其他的包括南自、北京四方、南瑞繼保的變電站綜合自動化產(chǎn)品。

集控和調(diào)度都采用上海申瑞的 Super2000調(diào)度自動化系統(tǒng)。

通信設備和網(wǎng)管系統(tǒng)都選用了CISCO的產(chǎn)品。

2 系統(tǒng)功能

2.1 數(shù)據(jù)采集和處理

1）電網(wǎng)運行參數(shù)采集，包括三相電壓、三相電流、有功、無功、功率因素、電度量、開關(guān)刀閘位置、保護事件等數(shù)據(jù)采集。

2）數(shù)據(jù)采樣，根據(jù)不同時間間隔設定把實時數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫。

3）數(shù)據(jù)處理，包括統(tǒng)計處理、越限處理、公式計算等。

2.2 運行監(jiān)視

1）對電網(wǎng)運行參數(shù)進行限值監(jiān)視，越限告警。

2）對系統(tǒng)運行工況進行監(jiān)視，異常告警。

3）告警支持文本輸出提示、自動打印、推出畫面、關(guān)鍵圖形閃爍定位、音響、發(fā)送短消息等多種模式。

4）通過各種組態(tài)畫面對運行工況進行在線監(jiān)視。支持各種動態(tài)圖元，可根據(jù)工況及限值設定實現(xiàn)變色、閃速、顯隱、移動等動畫效果提示調(diào)度員。

圖2 調(diào)度監(jiān)視畫面

2.3 遠程控制

1）變配電站開關(guān)、閘刀分合遠程控制。

2）主變分接頭調(diào)節(jié)。

3）順序控制、負荷控制、自動電壓無功控制等高級控制功能。

2.4 歷史事件、數(shù)據(jù)分析和報表

1）歷史事件查詢。

2）歷史負荷曲線查看和統(tǒng)計查詢。

3）基于EXCEL的報表制作功能。

4）報表自動生成和打印。

2.5 WEB和信息接口功能

1）基于物理隔離的實時數(shù)據(jù)同步功能。內(nèi)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)通過物理隔離設備動態(tài)同步到外網(wǎng)的 WEB服務器上。

2）外網(wǎng)用戶可通過瀏覽器查看歷史報表，運行組態(tài)畫面等。

3）同時WEB服務器也提供數(shù)據(jù)接口功能，向能源管理系統(tǒng)提供電氣設備運行工況信息。

2.6 高級應用功能

1）電網(wǎng)建模，支持基于IEC61970的CIM模型，通過電網(wǎng)設備對象方式建模，支持圖形化建模。

2）電網(wǎng)拓撲分析，對原始電網(wǎng)做動態(tài)拓撲分析，生成面向節(jié)點支路的電路模型，同時實現(xiàn)電氣島劃分，帶電、不帶電、接地分析，拓撲著色等。

3）狀態(tài)估計，基于測量數(shù)據(jù)和電網(wǎng)拓撲模型實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)估計，計算出全網(wǎng)實時潮流，實現(xiàn)壞數(shù)據(jù)辨識、數(shù)據(jù)校正功能。

4）調(diào)度員潮流，基于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖獲取當前運行斷面，進行模擬操作，改變運行方式后計算電網(wǎng)潮流分布以進行安全性校驗。

5）負荷預測，基于歷史負荷數(shù)據(jù)、氣象模型、節(jié)假日模型、檢修計劃等多種影響因素進行短期負荷預測。

6）電壓無功優(yōu)化，根據(jù)電壓質(zhì)量指標對電容器進行自動投切，主變分接頭進行自動調(diào)節(jié)以優(yōu)化電網(wǎng)電壓水平。

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點

除了常規(guī)的 SCADA功能外，電力監(jiān)控系統(tǒng)在集控和調(diào)度端實現(xiàn)了一系列創(chuàng)新應用。

1）順序控制。系統(tǒng)實現(xiàn)了基于五防閉鎖的順序控制功能，在調(diào)度操作界面上通過一個按鈕即可實現(xiàn)多步驟電氣設備遠方操作。比如某條回路由運行轉(zhuǎn)備用，涉及到開關(guān)、隔離刀閘、接地刀閘的多個設備的分、合操作。此功能可大大提高調(diào)度操作效率，減少事故發(fā)生概率。

2）負荷控制。在緊急情況下可按照預先設定的控制策略進行緊急負荷控制，自動切除多個不重要回路的供電以保障重要負荷供電。系統(tǒng)會根據(jù)要切除的負荷量進行限荷回路匹配，并自動執(zhí)行限荷操作。

3）智能告警。通過信息分類和專家規(guī)則庫匹配海量告警信息，從中篩選出對調(diào)度員最有用的信息進行告警和提示，提高調(diào)度員決策速度和精度。

4）調(diào)度可視化。通過二維、三維圖形渲染的方式實現(xiàn)調(diào)度運行指標的可視化呈現(xiàn)?？梢允拐{(diào)度員很直觀了解電網(wǎng)運行工況。例如通過“生命線”功能實現(xiàn)設備負載率監(jiān)視。該功能根據(jù)設備負載率對一個矩形圖元進行動態(tài)填充，并在越限時變色，調(diào)度員可直觀判斷設備的負載嚴重等級以采取進一步措施。

4 通信架構(gòu)

4.1 站控層

站內(nèi)設備包括微機保護測控單元、直流屏、消諧、五防閉鎖等設備。微機保護測控單元大多具備以太網(wǎng)接口。其他IED設備一般具有RS-232或者RS-485接口。

各變配電站通信網(wǎng)關(guān)承擔著站內(nèi)信息集成和遠方信息轉(zhuǎn)發(fā)的職責。通信網(wǎng)關(guān)具備多個RS-232/485和以太網(wǎng)接口，可直接接入各種保護測控設備和IED設備，進行信息匯總和轉(zhuǎn)發(fā)。

微機保護測控單元通信規(guī)約為各廠家自有規(guī)約，基本是IEC60870-5-103規(guī)約的變種。而各IED設備常規(guī)采用MODBUS或者CDT規(guī)約。

4.2 集控層

集控層是一個小型的 SCADA系統(tǒng)，也具有前置機節(jié)點，前置系統(tǒng)通過光纖以太網(wǎng)和站控層的通信網(wǎng)關(guān)通信。而集控層的各計算機節(jié)點如服務器、前置機、調(diào)度工作站等則通過本地局域進行通信，采用 SCADA供應商內(nèi)部通信協(xié)議。如包鋼供電廠選用了上海申瑞繼保電氣有限公司的 Super2000 SCADA/EMS系統(tǒng)，集控層內(nèi)部通信為其SPBus軟總線通信協(xié)議。

4.3 調(diào)度層

調(diào)度層是規(guī)模更大的 SCADA系統(tǒng)，一般采取雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。和集控層一樣，調(diào)度層前置機和各站控層通信網(wǎng)關(guān)通過IEC60870-5-104協(xié)議進行通信。比較特殊的是由于包鋼供電廠通信網(wǎng)絡建設比較完善，因此采用了變電站直接和集控、調(diào)度通信的模式，而沒有采取集控轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度的方式。這樣集控和調(diào)度相互解耦，可大大增加系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠性。

5 結(jié)論

本文介紹了包鋼供電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體構(gòu)成、功能和創(chuàng)新應用。

放眼未來的發(fā)展，基于本系統(tǒng)還可以擴充調(diào)度員培訓仿真系統(tǒng)，并和實時電力監(jiān)控系統(tǒng)緊密結(jié)合，為調(diào)度員行人員提供教學培訓和考核工具。

包鋼供電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)建設過程歷經(jīng) 10多年，系統(tǒng)的建設基于統(tǒng)一規(guī)劃、分布實施、逐步完善的理念。至今電力監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)完整實施了SCADA和基本高級應用功能。電力監(jiān)控系統(tǒng)在供電廠日常生產(chǎn)運行中已經(jīng)起著不可替代的作用。

包鋼供電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的成功實施為冶金行業(yè)及其他工礦企業(yè)電力監(jiān)控提供了良好的工程應用范例。

可以預見，在“十二五”包鋼再創(chuàng)業(yè)的新階段，包鋼供電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)也將進一步發(fā)揮其強大的安全保障作用。

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