黃東生,黃海軍,陳慶松
(1.廣西百色銀海發(fā)電有限責(zé)任公司,廣西 百色 533615;2.華電云南發(fā)電有限公司,云南 昆明 650228)
電力現(xiàn)貨市場(chǎng)[1-3]轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行后,發(fā)電廠的有功調(diào)整愈發(fā)頻繁多變,原人工下令的模式不再適應(yīng),依據(jù)發(fā)電計(jì)劃曲線自動(dòng)下令的方式悄然間成為了主流。由于應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng),多數(shù)的技術(shù)研究都針對(duì)計(jì)劃曲線的編制[4-7]、下令[8-9]、接收[10-11]等環(huán)節(jié)開展,而后續(xù)的運(yùn)行監(jiān)視環(huán)節(jié)研究較少。
在實(shí)際工作中,準(zhǔn)備不充分、功能不完備、測(cè)試不全面等因素客觀存在,電力市場(chǎng)的運(yùn)行難免存在一些不安全、不穩(wěn)定的因素。同時(shí),由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)廠商普遍使用C/C++開發(fā)通信程序,使用C++或Java開發(fā)界面程序,封裝性強(qiáng)、保密性好,導(dǎo)致了運(yùn)用過程中的異常難以檢測(cè),加上后期組態(tài)維護(hù)需要配置數(shù)據(jù)庫(kù)、修改程序等產(chǎn)生調(diào)度影響的復(fù)雜操作,不再具備及時(shí)修改的條件。因此,曲線接收雖然無異常,但程序及參數(shù)的不足引起的漏監(jiān)視、漏控制的現(xiàn)象偶有發(fā)生,甚至可能觸發(fā)一些嚴(yán)重的電力調(diào)度問題。綜上,必須進(jìn)一步研究和完善計(jì)劃曲線應(yīng)用過程中的參數(shù)檢測(cè)、異常診斷以及報(bào)警等功能。
首先需要獲取計(jì)劃曲線及系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。
南網(wǎng)總調(diào)采用IEC60870-5-104規(guī)約中的ASDU 137號(hào)報(bào)文[8]下發(fā)有功計(jì)劃曲線和電壓上下限曲線,每條曲線包含0:00-23:55時(shí)間段內(nèi)每5 min為間隔的288個(gè)時(shí)刻中的各個(gè)拐點(diǎn)的計(jì)劃值[12]。
以J集控中心的曲線報(bào)文為例:
報(bào)文中每個(gè)拐點(diǎn)由3個(gè)時(shí)間字節(jié)+2個(gè)計(jì)劃值字節(jié)組成。計(jì)劃值字節(jié)為歸一化值;時(shí)間字節(jié)由曲線起始地址疊加時(shí)間序號(hào)來表示,公式為:
式中:hn、mn為第n(1≤n<289)個(gè)拐點(diǎn)的小時(shí)、分鐘值,And為曲線第n個(gè)拐點(diǎn)的十進(jìn)制地址、Ah為曲線的十六進(jìn)制起始地址,hex2dec為十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的函數(shù)。
根據(jù)公式1和104報(bào)文規(guī)則,可知第1個(gè)拐點(diǎn)為 44 69 00 22 01,其時(shí)間為0:05(44 69 00)、計(jì)劃值為290 MW(22 01)。
拐點(diǎn)n后的數(shù)據(jù)保持不變,直到拐點(diǎn)n+1的前一個(gè)時(shí)刻x,該時(shí)刻到拐點(diǎn)n+1間的計(jì)劃值擬合公式為:
式中:Pn、Pn+1為前后兩個(gè)拐點(diǎn)的計(jì)劃值,Px是[5n-5,5n)時(shí)段內(nèi)第x min的理論值(0≤x<5)。
曲線的日期對(duì)應(yīng)于最后的7個(gè)字節(jié),為CP56Time2a 格式(見圖1),如00 00 00 00 f5 03 15(2021/03/21),可用于校驗(yàn)曲線有無誤用等。
圖1 CP56Time2a數(shù)據(jù)幀格式示意圖
上述數(shù)據(jù)通過bash、Python或者batch腳本語言來獲取,在不破壞系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性的情況下,形成“嵌入式”報(bào)警程序。當(dāng)然,南自、南瑞、中水科等主流的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均支持用子程序來獲取上述數(shù)據(jù)或有關(guān)的字符串;同樣可以使用腳本語言來截取字符串、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型等,使得報(bào)警程序的開發(fā)和應(yīng)用更為高效。
通常,廠站調(diào)度通信服務(wù)器負(fù)責(zé)信息接收和預(yù)處理,然后發(fā)送給各個(gè)服務(wù)器;主機(jī)完成邏輯運(yùn)算等處理后,將報(bào)警推送至操作員站(見圖2,括號(hào)中數(shù)文字表示冗余網(wǎng)絡(luò)或機(jī)器的標(biāo)識(shí))。
本方案在運(yùn)算機(jī)上使用腳本語言編程,進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、判斷、報(bào)警等,并將新的信息廣播至操作員站,最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電警報(bào)功能。
在常規(guī)報(bào)警的基礎(chǔ)上,增加控制模式、控制權(quán)限的判別,精確識(shí)別模式變換、負(fù)荷波動(dòng)等電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中的異常,降低了報(bào)警量,為運(yùn)行監(jiān)視提供有效的技術(shù)支撐。
圖2 電力生產(chǎn)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
2.2.1 控制模式的識(shí)別
南網(wǎng)總調(diào)的控制狀態(tài)信息格式為:“3+功率控制模式碼+功率調(diào)節(jié)模式碼”,見表1、表2:
表1 常見功率控制模式一覽表
表2 功率調(diào)節(jié)方式一覽表
實(shí)際的控制狀態(tài)多達(dá)35種,如果逐一進(jìn)行判別,那么編程的復(fù)雜度明顯過高。通過腳本語言的字符處理函數(shù)可以快速甄別模式,大大減少了if或case的層級(jí),提高運(yùn)算速度。同時(shí),針對(duì)電力管理的重點(diǎn),可對(duì)電力市場(chǎng)的相關(guān)模式進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控,能夠充分釋放運(yùn)行人員的監(jiān)屏壓力。
2.2.2 控制機(jī)構(gòu)的識(shí)別
發(fā)電警報(bào)的實(shí)時(shí)性、必要性需要考慮控制權(quán)所有者。特別是在電力市場(chǎng)下,指令變化快,處理時(shí)限短,自動(dòng)化要求明顯提高。通過及時(shí)識(shí)別控制權(quán)的變化,結(jié)合控制權(quán)考慮報(bào)警的頻次,有助于運(yùn)行人員快速響應(yīng)電力市場(chǎng)要求。
當(dāng)曲線模式投入時(shí),判斷曲線有無正常下發(fā)。
超時(shí)報(bào)警:判斷有無正常下發(fā),判斷時(shí)間翻轉(zhuǎn)是否正確。
新接收提醒:接收到新曲線后進(jìn)行提醒。
數(shù)值越限報(bào)警:根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行工況精準(zhǔn)調(diào)整有功上下限,并判斷數(shù)值有無越限。
數(shù)據(jù)變化報(bào)警:如果前后兩個(gè)周期間數(shù)值有變化,那么彈出報(bào)警。
數(shù)據(jù)變化過大報(bào)警:如果前后兩個(gè)周期數(shù)值偏差過大,且機(jī)組沒有在調(diào)整過程中,那么推送報(bào)警;以便運(yùn)行人員及時(shí)開停機(jī)。
偏差報(bào)警計(jì)算條件:計(jì)算給定和實(shí)發(fā)的差值,如果差值大于全廠調(diào)節(jié)死區(qū),那么進(jìn)入判斷。
單周期差值過大報(bào)警:如果單個(gè)運(yùn)算周期內(nèi)差值過大,那么報(bào)警。
多周期偏差過大報(bào)警:如果連續(xù)3個(gè)周期都偏差過大,那么推送一級(jí)報(bào)警。
累積變化量過大報(bào)警:機(jī)組通常在40 s左右完成功率調(diào)整,如果30 s累積變化量過大,那么推送一級(jí)報(bào)警。
報(bào)警程序中,首先通過腳本語言獲得計(jì)劃曲線相關(guān)數(shù)據(jù)后,進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì),構(gòu)建報(bào)警模型(邏輯設(shè)計(jì)見圖3),然后通過SSH啟動(dòng)操作員站的語音報(bào)警,達(dá)成發(fā)電報(bào)警的目的。
圖3 算法邏輯簡(jiǎn)圖
上述語音文件通過離線TTS引擎合成,而SSH遠(yuǎn)程播音可以使用play等工具,如圖4:
圖4 語音報(bào)警的廣播演示
腳本語言不光可以實(shí)現(xiàn)“嵌入式”的報(bào)警程序,同樣可以與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行交互。
調(diào)用系統(tǒng)子程序,可以對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行讀、寫操作,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互效果。見圖5:
圖5 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和文本報(bào)警演示
文本報(bào)警:在數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)上,改變已有的或新增的開關(guān)量測(cè)點(diǎn)當(dāng)前值,從而借助計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自身的簡(jiǎn)報(bào)功能進(jìn)行文本報(bào)警。
語音報(bào)警:調(diào)用系統(tǒng)已有的語音程序,直接進(jìn)行語音廣播(無須SSH遠(yuǎn)程調(diào)用),從而啟用系統(tǒng)的語音報(bào)警。
腳本程序獨(dú)立地根據(jù)曲線報(bào)警模型進(jìn)行報(bào)警,并寫入一個(gè)實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)p1去觸發(fā)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部報(bào)警;同時(shí),定期檢測(cè)該測(cè)點(diǎn)p1有無復(fù)位,如果復(fù)位,那么同步復(fù)位(終止)循環(huán)報(bào)警程序。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部,由于測(cè)點(diǎn)p1被腳本程序置位,因此點(diǎn)亮p1光字牌,直至人工操作復(fù)位為止。由此,兩個(gè)程序通過一個(gè)實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)(p1)就實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外部之間的操作交互,見圖6。
圖6 報(bào)警程序與系統(tǒng)程序的交互邏輯示意
發(fā)電報(bào)警程序的開發(fā)應(yīng)用,提高了電力現(xiàn)貨市場(chǎng)下設(shè)備的運(yùn)行管理水平。該程序部署在云南省某大型水電流域集控中心,使用已近一年,解決了原有設(shè)備系統(tǒng)中計(jì)劃跳變、計(jì)劃突變等無法檢測(cè)的問題,提高了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)能力,為準(zhǔn)確、及時(shí)、高效地按照電力現(xiàn)貨市場(chǎng)需求提前完成機(jī)組開停機(jī)提供了技術(shù)支撐;特別是數(shù)據(jù)的交互設(shè)計(jì)功能,大大增強(qiáng)了夜間防止漏監(jiān)視、漏調(diào)整的能力,保障了供電的穩(wěn)定性。
采用“嵌入式”腳本的方式進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)的功能擴(kuò)展開發(fā),不會(huì)改變?cè)邢到y(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性,具有較強(qiáng)的實(shí)用意義;非設(shè)備廠商的技術(shù)人員參照上述方法,也可以基于已有的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā),提高了發(fā)電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的快速落地,彌補(bǔ)了廠商系統(tǒng)的不足,亦有助于提高所在單位的發(fā)電運(yùn)行水平。