【摘要】隨著流域梯級(jí)水電站開(kāi)始逐漸增多，梯級(jí)水電站集控中心的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益也日顯突出。本文結(jié)合沃卡梯級(jí)水電站集控中心的顯著作用，介紹了沃卡梯級(jí)水電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。對(duì)開(kāi)發(fā)、改造梯級(jí)水電站集控中心有著一定的借鑒及參考意義。

【關(guān)鍵詞】集控中心；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；控制層；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

1、項(xiàng)目背景

沃卡發(fā)電公司是一廠兩壩三站的小型梯級(jí)水力發(fā)電廠，總裝機(jī)容量為30.4MW。三個(gè)梯級(jí)電站位于西藏桑日縣境內(nèi)的雅魯藏布江左岸一級(jí)支流沃卡河上，距桑日縣25km，距山南地區(qū)行署所在地澤當(dāng)鎮(zhèn)70km，距拉薩市269km，所在地海拔高程為3600m～3800m。公司生產(chǎn)區(qū)（位于西藏桑日縣白堆鄉(xiāng)境內(nèi)）距公司綜合辦公大樓（位于西藏山南地區(qū)澤當(dāng)鎮(zhèn)）70km。

沃卡一級(jí)站：位于沃卡河三個(gè)梯級(jí)電站最上游，由白堆、許莫兩個(gè)小型水庫(kù)和四臺(tái)單機(jī)容量5MW的水輪發(fā)電機(jī)組成，總裝機(jī)容量為20MW，1999年9月投產(chǎn)運(yùn)行。

沃卡二級(jí)站：位于三個(gè)梯級(jí)電站中段，距沃卡一級(jí)站3.5km，由四臺(tái)單機(jī)容量1MW的水輪發(fā)電機(jī)組成，總裝機(jī)容量4MW。

沃卡三級(jí)站：位于沃卡河匯入雅魯藏布江處，距沃卡一級(jí)站7km，由四臺(tái)單機(jī)容量1.6MW的水輪發(fā)電機(jī)組成，總裝機(jī)容量為6.4MW，1978年7月投產(chǎn)運(yùn)行。

利用公司已建成使用的澤當(dāng)鎮(zhèn)綜合辦公大樓設(shè)置沃卡流域梯級(jí)電站集控中心，采用“擴(kuò)大廠站”和常規(guī)控制結(jié)合的模式統(tǒng)一對(duì)沃卡一級(jí)、沃卡二級(jí)、沃卡三級(jí)電站進(jìn)行集中監(jiān)視、控制，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度。

2、集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

集控中心設(shè)置一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，計(jì)算機(jī)軟、硬件更新?lián)Q代周期很短，對(duì)于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的功能及系統(tǒng)配置，總的設(shè)計(jì)原則如下：

（1）電站的優(yōu)化調(diào)度管理：集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能接收利用有關(guān)部門(mén)制訂的發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、防洪調(diào)度方案或調(diào)度決策（長(zhǎng)、中、短期），通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行調(diào)度指令，使電站在發(fā)電、防洪等方面發(fā)揮最大的綜合利用效益，實(shí)現(xiàn)電站的優(yōu)化調(diào)度和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（2）電網(wǎng)調(diào)度的控制調(diào)節(jié)方式有兩種，方式一：按電網(wǎng)調(diào)度要求，直接調(diào)度電站，此時(shí)，該電站自行與電網(wǎng)調(diào)度通信，上傳電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)要求的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)等，接收電網(wǎng)調(diào)度發(fā)調(diào)控命令，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)、安全監(jiān)視。同時(shí)，集控中心也可接收該電站上送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)等，用于監(jiān)視；方式二：電網(wǎng)調(diào)度發(fā)調(diào)控命令和設(shè)定值到集控中心，由集控中心對(duì)電站進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)、安全監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)水電優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和統(tǒng)一調(diào)度管理。

（3）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須滿(mǎn)足電站綜合利用各方面調(diào)度管理自動(dòng)化的要求。采用按功能、任務(wù)、管理范圍等網(wǎng)絡(luò)分層、全分布、全開(kāi)放的系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)保證集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在今后長(zhǎng)期運(yùn)行中的先進(jìn)性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、兼容性和應(yīng)用軟件的可移植性。

（4）集控中心基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)，原則上劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，生產(chǎn)控制大區(qū)又分為控制區(qū)和非控制區(qū)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)屬于生產(chǎn)控制大區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行安全防護(hù)。

（5）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)按IEEE802.3z設(shè)計(jì)，采用星型結(jié)構(gòu)的交換式以

太網(wǎng)，全開(kāi)放的分布式接口，局域網(wǎng)通信規(guī)約TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用電纜，控制網(wǎng)絡(luò)所有端口的傳輸速率均為1000Mbps，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)所有端口的傳輸速率均不低于100Mbps。

（6）集控中心與各梯級(jí)電站采用光纖網(wǎng)通信，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主通信通道為光纖通道通道帶寬為10Mbps，備用通信通道帶寬為4Mbps，采用IEC60870-5-104規(guī)約。集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)度要求的前提下與調(diào)度的通信，同時(shí)能接受電網(wǎng)下發(fā)的相關(guān)信息。

（7）系統(tǒng)支持在線(xiàn)及離線(xiàn)編程，遠(yuǎn)程維護(hù)和全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)信息交換。

3、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全開(kāi)放的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)上分布的各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)單元組成。各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)單元采用局域網(wǎng)（LAN）聯(lián)接，與西藏區(qū)調(diào)、備調(diào)采用廣域網(wǎng)（WAN）聯(lián)接。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議TCP/IP，控制網(wǎng)1、2號(hào)交換機(jī)采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，該交換機(jī)以1000Mbps的速率通過(guò)RJ45口與千兆交換式工業(yè)以太網(wǎng)上的各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)連接，傳輸介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)屬于生產(chǎn)控制大區(qū)，按IEEE802.3z設(shè)計(jì)，采用分層星型結(jié)構(gòu)的快速交換式以太網(wǎng)，并設(shè)置冗余；全開(kāi)放的分布式接口，局域網(wǎng)通信規(guī)約TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用電纜，介質(zhì)訪問(wèn)控制方式為帶有碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA/CD）；控制網(wǎng)交換機(jī)所有端口的傳輸速率均為1000Mbps，采用二層1000Mbps以太網(wǎng)交換機(jī)；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)所有端口的傳輸速率均不低于100Mbps，采用三層100Mbps以太網(wǎng)交換機(jī)。

集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)冗余通信通道（主、備通道為光纖）與電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，上送上級(jí)調(diào)度部門(mén)所需的電站信息。本系統(tǒng)選配1～2號(hào)通信網(wǎng)關(guān)與上級(jí)調(diào)度部門(mén)進(jìn)行通信，在通信速率、規(guī)約等方面均滿(mǎn)足上級(jí)調(diào)度部門(mén)的要求。

同時(shí)，集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)以下通信通道與電站通信。

（1）主通道：帶寬10M光纖以太網(wǎng)通道，信息傳輸采用100M以太網(wǎng)接口；

（2）備用通道：帶寬4Mbps光纖以太網(wǎng)通道，信息傳輸采用100M以太網(wǎng)接口。

沃卡一級(jí)、沃卡二級(jí)、沃卡三級(jí)三電站屬于已投運(yùn)電站。由于沃卡二級(jí)電站改造在本集控中心設(shè)計(jì)之前，故集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選配1臺(tái)集控通信網(wǎng)關(guān)與沃卡二級(jí)電站通信，集控主機(jī)直接與沃卡一級(jí)和三級(jí)電站LCU通信，采集信息和下發(fā)調(diào)控命令。

集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)切換原則：正常情況下主通道運(yùn)行，主通道故障時(shí)自動(dòng)切換到備用通道運(yùn)行；在備用通道運(yùn)行時(shí)如監(jiān)測(cè)到主通道正常，可手動(dòng)切換到主通道運(yùn)行。

流域計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)將分為三個(gè)層次：

集控層：通過(guò)以太網(wǎng)通道等構(gòu)成的整個(gè)流域監(jiān)控的主干網(wǎng)。在該主干網(wǎng)上連接集控中心、電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備。

廠站層：為控制電站設(shè)備控制構(gòu)成的控制子網(wǎng)，也就是電站內(nèi)部的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通常為100M/1000M的以太網(wǎng)。其下連接現(xiàn)地層。

現(xiàn)地層：現(xiàn)地設(shè)備控制層，可采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)或以太網(wǎng)。

4、集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效地完成對(duì)梯級(jí)水電站各被控對(duì)象的安全監(jiān)控。其主要功能如下：

（1）系統(tǒng)層次；

（2）控制調(diào)節(jié)；

（3）數(shù)據(jù)采集和處理；

（4）安全運(yùn)行監(jiān)視；

（5）控制與調(diào)節(jié)；

（6）自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）；

（7）自動(dòng)電壓控制（AVC）；

（8）人機(jī)接口；

（9）統(tǒng)計(jì)記錄與設(shè)備運(yùn)行管理指導(dǎo)；

（10）生成報(bào)表和打?。?/p>

（11）系統(tǒng)自診斷；

（12）遠(yuǎn)程維護(hù)和診斷；

（13）語(yǔ)音報(bào)警和ON-CALL；

（14）系統(tǒng)通信；

（15）培訓(xùn)；

（16）時(shí)鐘同步。（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）

（上接第頁(yè)）

5、集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置

（1）操作員工作站（2套）：服務(wù)器應(yīng)采用高性能、多任務(wù)、多用戶(hù)型工作站。兩臺(tái)套操作員工作站以冗余方式工作，每個(gè)CPU應(yīng)承擔(dān)一定的數(shù)據(jù)采集及運(yùn)算任務(wù)。配有足夠的通信接口。各種存儲(chǔ)器應(yīng)帶保護(hù)裝置，防止和避免因電源或不正確操作造成信息丟失和改變。

（2）報(bào)表工作站（1套）：服務(wù)器應(yīng)采用高性能、多任務(wù)、多用戶(hù)型工作站。兩臺(tái)套操作員工作站以冗余方式工作，每個(gè)CPU應(yīng)承擔(dān)一定的數(shù)據(jù)采集及運(yùn)算任務(wù)。配有足夠的通信接口。各種存儲(chǔ)器應(yīng)帶保護(hù)裝置，防止和避免因電源或不正確操作造成信息丟失和改變。

（3）工程師/編程員工作站（1套）：主要負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，編制和修改應(yīng)用軟件、建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、程序下載，系統(tǒng)維護(hù)和管理，及遠(yuǎn)程診斷維護(hù)，操作員培訓(xùn)，仿真等工作。工作站應(yīng)采用高性能、多任務(wù)、多用戶(hù)型工作站。

（4）工程師/編程員工作站（1套）：主要負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，編制和修改應(yīng)用軟件、建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、程序下載，系統(tǒng)維護(hù)和管理，及遠(yuǎn)程診斷維護(hù)，操作員培訓(xùn)，仿真等工作。

（5）通信網(wǎng)關(guān)機(jī)（4套）：服務(wù)器應(yīng)采用高性能服務(wù)器，配有足夠的通信接口，采用Linux、Unix操作系統(tǒng)；其中3、4號(hào)調(diào)度通信網(wǎng)關(guān)機(jī)接口要求及通信協(xié)議滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)度要求。

（6）語(yǔ)音報(bào)警及ON-CALL系統(tǒng)工作站（1臺(tái)）

（7）打印機(jī)A3彩色（1臺(tái)）

（8）打印機(jī)A4黑白（1臺(tái)）

（9）便攜式計(jì)算機(jī)（1套）

（10）KVM、鼠標(biāo)鍵盤(pán)設(shè)備（1整套）

6、結(jié)束語(yǔ)

沃卡梯級(jí)水電站集控中心于2016年6月30日投運(yùn)，目前運(yùn)行良好。沃卡集控中心可對(duì)沃卡一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)水電站實(shí)施集中控制、優(yōu)化調(diào)度，各電站之間能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行，系統(tǒng)能綜合準(zhǔn)確的計(jì)算出各點(diǎn)知的出力和泄水量，能做到最經(jīng)濟(jì)地利用水資源，多發(fā)電。

作者簡(jiǎn)介：彭韞（ 1987-） ，女，四川綿竹人，工程師，工學(xué)碩士，從事水電站電氣二次設(shè)計(jì)。