龔傳利,文正國，謝源強,吳輝

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004）

五凌集控下轄五強溪、三板溪、托口等12個水電廠，分布在沅水、湘江和資江3個不同流域。五凌集控集中監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司提供的H9000 v4.0系統(tǒng)，自2010年4月投運以來運行良好。所轄12個水電站，全部實現(xiàn)電廠“無人值班，少人值守”，集控對電站設備“全監(jiān)全控”[1-5]。集控數(shù)據(jù)網(wǎng)采用IEC60870-5-104規(guī)約，5臺遠程通信服務器(WLYC1,WLYC2,WLYC3,WLYC4,WLYC5),實現(xiàn)集群通信，根據(jù)配置采集隊列和主機狀態(tài)確定最終通信采集優(yōu)先級順序，正常情況下每臺通信機負責一個區(qū)域數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)負載均衡，故障情況下按照優(yōu)先級順序自動接替采集任務[6]。五凌集控數(shù)據(jù)網(wǎng)集群通信運行穩(wěn)定且可靠性高，但在生產(chǎn)運行中發(fā)現(xiàn)有值得改進的地方。主要有以下幾個方面：

（1）通信服務器只有故障情況下才自動切換，無法根據(jù)需要進行手動切換。運維人員在故障處理和電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造接入集控聯(lián)調(diào)時，需要手動切換指定服務器鏈路，因此需要改進增加手動切換功能。

（2）電廠與集控通信機采用冗余配置，電廠側(cè)僅一臺通信服務器正常工作即可滿足通信需要，當前對備用服務器無監(jiān)視功能，如果備用服務器故障或網(wǎng)絡故障就無法起到正常備用功能，為安全生產(chǎn)埋下隱患，需要監(jiān)測網(wǎng)絡是否正常。

（3）集控與各集控電廠IEC104程序無“四遙”通信點表自動檢測功能，不利于集控模式下缺陷的迅速處理與定位，也無法實現(xiàn)集控與電廠聯(lián)調(diào)對點時的通信配置文件雙方互核，給集控運行模式下的安全生產(chǎn)埋下隱患。

（4）電站順控流程執(zhí)行情況和其他過程提示信息，由于沒有實際數(shù)據(jù)點的字符串信息，104規(guī)約不支持，需要擴展104規(guī)約，上送信息，便于集控中心實時管理。

（5）標準104規(guī)約不支持計劃曲線傳輸，集控中心水調(diào)系統(tǒng)制作發(fā)電計劃，無法及時下發(fā)計劃曲線。

（6）集控當前對電廠時間偏差沒有監(jiān)視，無法及時掌握電廠時間偏差。

（7）電廠機組檢修時，信息不正確可能干擾正常監(jiān)控效果，需要增加一鍵屏蔽部分或整個LCU上送信息功能。

基于以上需求，對IEC104通信進行優(yōu)化升級。

1 集群通信功能優(yōu)化

1.1 通道切換

修改集控IEC104程序，增加上位機集控通信機主用通道切換功能，當下令切換至某備用通信機時，此通信機即切換為某區(qū)域電廠的主用通信機（原主用通信機自動切成備用狀態(tài)）。當取消主用通信機切換指令，集控與集控電廠即按照配置表內(nèi)的主、備順序進行自動切換。

每個廠站增加一個狀態(tài)點，該狀態(tài)點可以支持6個狀態(tài)，字符串狀態(tài)改為無，WLYC1、WLYC2、WLYC3、WLYC4、WLYC5狀態(tài)為0時按照默認配置表定義的主備順序進行切換，當狀態(tài)不為0時（1為WLYC1，2為WLYC2，3為WLYC3，4為WLYC4，5為WLYC5），根據(jù)對應狀態(tài)值，切換對應的遠程通信工作站為主控，如果該遠程通信工作站為電力通道正常，則電力通道為主控，如果不正常，則電信通道為主控。

1.2 物理通道監(jiān)視

ICMP協(xié)議是一種面向無連接的協(xié)議，用于傳輸出錯報告控制信息。它屬于網(wǎng)絡層協(xié)議，主要用于在主機與路由器之間傳遞控制信息，包括報告錯誤、交換受限控制和狀態(tài)信息等。當遇到IP數(shù)據(jù)無法訪問目標、IP路由器無法按當前的傳輸速率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等情況時，會自動發(fā)送ICMP消息。利用ICMP協(xié)議，可以及時判斷電廠物理通道是否正常。每個電廠有兩臺通信服務器，每臺服務器分別有電力和電信通道，每個電廠建立4個狀態(tài)點，監(jiān)視4個通道，故障時報警提醒運行人員。集控側(cè)增加一個進程，定期發(fā)ping包，通過解析反饋信息，可及時掌握各物理通道信息。

1.3 主從站時間偏差監(jiān)視

監(jiān)控系統(tǒng)時標是設備狀態(tài)信息報警和模擬量時效性的重要組成部分，準確時標是故障和事故分析的重要依據(jù)。根據(jù)電網(wǎng)兩個細則考核要求，需增加所轄電站和集控時間偏差監(jiān)視，偏差超出合理范圍，需報警提醒運行人員。

具體實現(xiàn)方法如下，電站將當前時間年月日時分秒轉(zhuǎn)化為絕對秒（以1970年1月 1日(00:00:00 GMT)為0 s起始時間）上送集控，集控收到后，與集控時間進行比較，當時間超過預設值時，產(chǎn)生事件報警提醒運行人員。

1.4 一鍵屏蔽上送功能

當電廠檢修時，設備處于非正常工作狀態(tài)，會出現(xiàn)頻繁報警信息和錯誤信息，過多信息會干擾集控中心運行人員監(jiān)盤，可能導致遺漏重要信息，給安全生產(chǎn)帶來隱患。每個LCU增加“一鍵屏蔽”狀態(tài)點和全廠“一鍵屏蔽”狀態(tài)點，當該點投入時，電廠不上送相應LCU或全廠的信息。

1.5 參數(shù)優(yōu)化

1.5.1 測試幀時間t3優(yōu)化

五凌集控對所轄電站進行“全監(jiān)全控”，對于數(shù)據(jù)實時性和準確性要求很高，要求集控與電站通信多重冗余配置，部分故障情況下也能無擾切換。但是，在電站暫時無變化數(shù)據(jù)情況下，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡中斷，譬如人為拔出網(wǎng)線，104需要通過超時判斷才能監(jiān)測出故障，通常需要十幾秒。為了及時發(fā)現(xiàn)主站與從站之間通信的意外中斷現(xiàn)象，推薦t3為1 s。主從站通過測試幀監(jiān)測鏈路狀態(tài)及時掌握切換情況，防止通信意外中斷。

1.5.2 k、w優(yōu)化

對于大型水電站集中監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到數(shù)據(jù)點較多，實時變化上送數(shù)據(jù)也多，如果按照標準規(guī)約推薦w為8，k為12，從站傳輸8幀數(shù)據(jù)就等待確認，將會影響數(shù)據(jù)傳輸效率。為了減少總召傳輸時間，將k、w優(yōu)化，便于提高傳輸速度。根據(jù)電站數(shù)據(jù)量規(guī)模，可以將標準規(guī)約推薦k和w乘以相同倍數(shù)，需要注意的是，主站和從站要保持參數(shù)一致，否則主從站將由于判斷依據(jù)不一致導致通信中斷。

2 自動核對主從站信息

通常電廠接入集控時，采用雙方電話核對點信息，該方式工作量大，且容易遺漏，核對時也只核對模擬量數(shù)值和狀態(tài)點狀態(tài)值，對于下列信息通常都難以逐一核對：①點地址信息；②更新時間；③接點屬性描述信息；④遙測量限值；⑤遙測量死區(qū)；⑥遙信點是否報警禁止；⑦數(shù)據(jù)點漢字描述信息。標準104規(guī)約不支持這類信息，采用擴展104規(guī)約方式，實現(xiàn)自動核對通信點表，則大大降低運維人員工作量，同時提高核對準確度。具體實現(xiàn)過程如下：

2.1 JSON格式簡介

該擴展功能為了便于后期根據(jù)需要進行內(nèi)容增減，采用JSON格式描述信息體。JSON是 JavaScript對象表示法，是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式。具有自我描述性，易于理解且語法簡潔。JSON有3種語法：

（1）鍵/值對 key:value，用冒號分割。比如“名稱”：“調(diào)速器”。

（2）文檔對象 JSON對象寫在大括號中，可以包含多個鍵/值對。

如{“名稱”：“調(diào)速器”，“地址”：“北京”}。

（3）數(shù)組 JSON數(shù)組在方括號中書寫：數(shù)組成員可以是對象，值，也可以是數(shù)組(只要有意義)。

如：{“水輪機”：[“提速器”，“刀閘”，“斷路器”，“勵磁”]}。

2.2 工作方式

（1）自動對點功能由從站端發(fā)起、主站端響應的交互方式實現(xiàn)；

（2）自動對點過程中，數(shù)據(jù)上送和控制下達不受影響；

（3）自動對點功能通過擴展ASDU類型標識實現(xiàn)；

（4）主站側(cè)和從站側(cè)分別將自動對點的過程和內(nèi)容寫入自動對點報告文件，以便于事后分析；

（5）自動對點信息體采用JSON文本格式表示；

（6）收到自動對點幀找不到本地對應的信息地址時需回應錯誤響應幀，錯誤響應幀的類型標識為該自動對點幀的類型標識，傳送原因中的P/N置1；

（7）從站側(cè)發(fā)送自動對點幀后，主站響應幀超時情況下應產(chǎn)生錯誤日志，并關閉連接，超時時間為5 s。

2.3 規(guī)約設計

（1）自動對點數(shù)據(jù)幀均采用I幀類型；

（2）ASDU標識符定義（表1）

表1 ASDU標識符信息

（3）自動對點ASDU結(jié)構(gòu)

表2 自動對點ASDU信息

傳送原因：

監(jiān)視方向

<6>：＝ 激活（必須）

控制方向

<7>：＝激活確認

<44>：＝未知的類型標識

<45>：＝未知的傳送原因

<46>：＝未知的應用服務數(shù)據(jù)單元公共地址

2.4 自動對點信息體

（1）遙測信息體包含模擬量中文描述、實時值、更新時間、本地數(shù)據(jù)庫上限、下限、上上限、下下限。

表3 通信優(yōu)化遙感信息說明

（2）遙信信息體包含狀態(tài)量中文描述、實時狀態(tài)值、禁止報警、更新時間、本地數(shù)據(jù)庫狀態(tài)描述。

表4 通信優(yōu)化的本地數(shù)據(jù)信息

（3）主站側(cè)的錯誤響應幀信息體包含表5內(nèi)容。

表5 通信優(yōu)化的錯誤響應幀信息

2.5 自動對點報告

自動對點主從站均生成報告，可為excel或其他形式，運維人員很方便分析查看自動對點結(jié)果。

3 傳輸增加字符串信息

集控中心集中監(jiān)控系統(tǒng)，除了通常“四遙”信息外（這些都需要實際數(shù)據(jù)點支持），電站監(jiān)控系統(tǒng)通常會有些信息沒有實際點，譬如順控流程執(zhí)行信息，自診斷信息、AGC/AVC中間過程信息，這些沒有建數(shù)據(jù)點，對于這些信息傳輸，104規(guī)約沒有相應類型支持，有必要增加該類型。具體格式見表6。

表6 電站監(jiān)控識別系統(tǒng)

4 命令返送

集控中心需要及時掌握電站操作情況，對于電站監(jiān)控系統(tǒng)操作信息，需要上送集控。電站上送集控的104信息對象格式需包括用戶名、命令描述、操作點名、主機名、時標等，采用JSON格式。

表7 命令返送系統(tǒng)操作

命令返送信息體：

表8 命令返送信息說明

5 計劃曲線上送和下發(fā)

計劃曲線傳輸采用南方電網(wǎng)104規(guī)約[7-8]，具體參見南方電網(wǎng)DLT634.5104-2002遠動協(xié)議實施細則，因五凌集控所轄電廠調(diào)度計劃曲線均采用96點，且只有今日和明日兩天計劃曲線，為了降低處理難度，計劃曲線傳輸采用連續(xù)點全部上送的方式。具體見表9。

表9 計劃曲線傳輸流程

集控側(cè)通過命令觸發(fā)，可以下發(fā)今日或明日計劃曲線，電站側(cè)收到集控下發(fā)的計劃曲線或者計劃曲線有變化時，主動上送集控，電站側(cè)同時采用定時全送方式上送集控。

6 結(jié)語

集控監(jiān)控系統(tǒng)與電站通信通常采用IEC60870-5-104規(guī)約，對于數(shù)據(jù)量較小的通信，該規(guī)約功能滿足需要。但是隨著在中大型集控中心應用，逐漸發(fā)現(xiàn)很多方面不滿足生產(chǎn)實際需要，需進行功能優(yōu)化和規(guī)約擴充，才能更好滿足集控監(jiān)控系統(tǒng)需要。本文根據(jù)五凌集控生產(chǎn)需求進行功能優(yōu)化和規(guī)約擴充，這些需求具有通用性，可供同類集控中心與電站數(shù)據(jù)網(wǎng)通信系統(tǒng)借鑒。