潘苗苗，黃家志，艾遠高，楊 云，張衛(wèi)君

（1.三峽水力發(fā)電廠,湖北 宜昌 443133；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

某巨型水電站布置14臺水輪發(fā)電機組（單機額定出力700 MW），總裝機容量9 800 MW。其計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象幾乎涵蓋電站所有設(shè)備：14臺水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備、14臺三相主變壓器、500 kV GIS開關(guān)站、泄洪設(shè)施、10 kV廠用電、油氣水設(shè)備等。由于機組容量大，控制監(jiān)視對象多，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的I/O點總量多達39 000點（不包括通信和計算點的數(shù)量），是世界上鮮見的超級巨型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

在電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造過程中，由于現(xiàn)地控制器ABB AC450所使用的MB300網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約與接口的專用性和封閉性，使得新系統(tǒng)上位機投運后不能實現(xiàn)與現(xiàn)地控制器的直接通信，也就無法實現(xiàn)對未改造機組的監(jiān)控，因而在新系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和上位機投入運行后，將形成新、老系統(tǒng)共同運行的過渡期。考慮到監(jiān)控系統(tǒng)的改造不可能在短期內(nèi)完成，老系統(tǒng)必須保留原有的AS500操作員站，以實現(xiàn)對未改造LCU的監(jiān)視與控制，同時老系統(tǒng)中與廠站層實現(xiàn)通信接口的各AC450控制器也必須在整個改造期間予以保留，以實現(xiàn)將未改造LCU的數(shù)據(jù)接入新系統(tǒng)中，即將老系統(tǒng)中的上位機功能遷移至新系統(tǒng)。這樣當(dāng)新系統(tǒng)投運時，在新老系統(tǒng)過渡期內(nèi)，AGC/AVC高級應(yīng)用、調(diào)度通訊、歷史數(shù)據(jù)存儲等廠站層功能都可以順利接管。由此可見，對老監(jiān)控系統(tǒng)上位機現(xiàn)有通信接口的研究是新老系統(tǒng)平穩(wěn)過渡的關(guān)鍵。

因此，通過本研究對監(jiān)控系統(tǒng)上位機內(nèi)各子系統(tǒng)通信接口的軟/硬件內(nèi)容進行全面分析和解析就顯得十分重要，研究的結(jié)果將可以幫助相關(guān)技術(shù)人員快速準(zhǔn)確開發(fā)出新系統(tǒng)與老系統(tǒng)的接口程序，以實現(xiàn)新老系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡和過渡期內(nèi)電站穩(wěn)定運行。

1 改造背景

該巨型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱“老系統(tǒng)”）由ABB標(biāo)準(zhǔn)的Advant OCS工業(yè)過程實時監(jiān)視與控制系統(tǒng)和ALSTOM公司在其基礎(chǔ)上開發(fā)的HPC-IMS電站歷史信息管理系統(tǒng)組成，于2003年投入運行，至今該套監(jiān)控系統(tǒng)已穩(wěn)定運行超過16年。經(jīng)過多年連續(xù)運行，設(shè)備逐漸老化，逐步暴露出設(shè)備和軟件的固有缺陷，故障率逐漸增多，部分設(shè)備備件已停產(chǎn)，備件購買困難且昂貴，特別是操作員站無法遷移其他型號工作站，直接影響電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，成為制約電站安全生產(chǎn)和智慧電站建設(shè)的瓶頸。

隨著國內(nèi)水電站計算機監(jiān)控技術(shù)的不斷進步成熟，且在國內(nèi)大中型電站已廣泛應(yīng)用。綜合考慮，確定采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司iP9000一體化平臺（以下簡稱“新系統(tǒng)”）對計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行整體更新改造，并在過渡期實現(xiàn)兩套系統(tǒng)的聯(lián)合運行。

2 改造過渡過程通信研究主要內(nèi)容

監(jiān)控系統(tǒng)改造過渡期方案如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)改造過渡期方案

根據(jù)改造過渡期的方案，本研究項目的主要內(nèi)容包括：

2.1 上位機與轉(zhuǎn)換節(jié)點控制器TN1/TN2接口分析

轉(zhuǎn)換節(jié)點控制器TN1/ TN2用作現(xiàn)地LCU與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的接口控制器，其他LCU通過程序把數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)集方式傳送至TN1/TN2，TN1/TN2再通過VIP通信方式把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。通過分析該接口并掌握其數(shù)據(jù)格式，新上位機系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)處理服務(wù)器即可通過AC450控制器TN1/TN2實現(xiàn)對未改造LCU的歷史數(shù)據(jù)采集，通信接口為VIP協(xié)議。需分析老系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器程序，解析其現(xiàn)有數(shù)據(jù)格式；分析如何把原來由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過UDP方式發(fā)給調(diào)度通信網(wǎng)關(guān)機的模擬量信息以合適的方式發(fā)給新系統(tǒng)的調(diào)度通信服務(wù)器。

2.2 上位機與應(yīng)用程序控制器APPC1/APPC2的接口分析

應(yīng)用程序控制器APPC1/APPC2主要作為現(xiàn)地LCU和應(yīng)用程序工作站之間的通信接口，其他LCU通過程序把數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)集方式傳送至APPC1/APPC2，APPC1/APPC2再通過VIP通信方式把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用程序工作站，同時APPC1/APPC2還包含部分簡單的AGC/AVC程序，如有功、無功設(shè)定值數(shù)據(jù)源選擇，調(diào)度曲線方式下有功總設(shè)定值的計算功能。新系統(tǒng)的應(yīng)用程序服務(wù)器須通過AC450控制器APPC1/APPC2實現(xiàn)與未改造機組LCU的數(shù)據(jù)交換，通信接口為VIP協(xié)議。通過分析該接口并掌握其數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)意義，新系統(tǒng)AGC/AVC程序應(yīng)能通過APPC控制器接收未改造機組的實時有功、無功、機組狀態(tài)等信息，并能把分配值、開停機命令等信息通過APPC控制器轉(zhuǎn)發(fā)給機組LCU。

2.3 上位機與RCI和MIMIC控制器的接口分析

轉(zhuǎn)換節(jié)點控制器RCI和MIMIC作為現(xiàn)地LCU與調(diào)度通信服務(wù)器1/2之間的通信接口，使用IEC101協(xié)議與現(xiàn)地LCU的AC450控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。各現(xiàn)地LCU為從站，轉(zhuǎn)換節(jié)點控制器RCI和MIMIC既為主站也為從站。通過分析該接口并掌握其數(shù)據(jù)格式，新系統(tǒng)的調(diào)度通信服務(wù)器即可通過與AC450控制器RCI和MIMIC通信實現(xiàn)對未改造LCU的事件信息采集，并把調(diào)度調(diào)節(jié)和控制命令發(fā)送給相應(yīng)LCU控制器，通信接口為IEC101協(xié)議。

3 通信接口分析

3.1 VIP通信接口分析

VIP通信的TCP/IP接口模件為ABB的CI546模件，采用UDP通信協(xié)議。VIP通信接口參數(shù)通過VIP-NETW、VIP-NODE、VIP-LINK和VIP-CHAN 4個功能塊進行配置，VIP-NETW用于配置和監(jiān)視VIP網(wǎng)絡(luò)，VIP-NODE將參與VIP通信的外部主機定義為一個VIP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，VIP-LINK用于在CI546和NODE之間建立通信鏈接，VIP-CHAN在通信鏈接內(nèi)定義用于傳遞通信消息的多個通道。VIP-W通信模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。

VIP通 信 數(shù) 據(jù) 包 的 格 式 與TCP和UDP通信報文格式相似，數(shù)據(jù)包由header和data組成。header包含有兩部分，message length（消息長度）和message id（消息號）組成。對于UDP協(xié)議，message length最大為9 500 bytes。對于TCP協(xié)議，message length最大為65 535 bytes。

圖2

1個data里，可以隨意包含多種數(shù)據(jù)，如整型、布爾型、實型和組數(shù)據(jù)，每種類型的數(shù)據(jù)格式如圖3。

圖3 數(shù)據(jù)格式

組數(shù)據(jù)是將同一類型數(shù)據(jù)組合的數(shù)據(jù)包，可以是16位整型、32位整型和實型數(shù)據(jù)。頭2個字節(jié)代表包大小，即組數(shù)據(jù)中包含數(shù)據(jù)的個數(shù)，不能超過255。

圖4 組數(shù)據(jù)示例

3.2 IEC101通信接口分析

IEC101通信的串口接口模件為ABB的CI535模件，采用IEC870-5-101標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。通信主站需通過R-CONF功能塊配置通信接口參數(shù)， 并起到啟、停、監(jiān)視通信的作用；通信從站配置R-IND（從站上送單點和雙點信息）、R-AV（從站上送模擬量）、R-SETP（主站下發(fā)設(shè)定值）、R-GO（主站下發(fā)命令）等功能塊。

每個R-IND模塊最多可傳送16個帶品質(zhì)位的開關(guān)量，當(dāng)開關(guān)量發(fā)生變位時，模塊立即發(fā)送報文。各個報文包通過數(shù)據(jù)包ID（即BLOCK_N）進行識別，每個開關(guān)量通過所屬R-IND的BLOCK_N和在R-IND中的位置確定。

每個R-AV模塊可以傳送1個模擬量，模擬量的上下限必須與主站通信配置文件中的上下限相一致。各個報文包通過數(shù)據(jù)包ID（即BLOCK_N）進行識別。

每個R-SETP用來接收主站下發(fā)的遙調(diào)命令，各個命令包通過對象ID （OBJECT_N）進行識別，遙調(diào)命令的上下限必須與主站配置文件中的上下限相一致，且調(diào)度側(cè)下發(fā)的設(shè)定值也必須在此范圍之內(nèi)。

每個R-GO用來接收主站下發(fā)的遙控命令，各個命令包通過對象ID（OBJECT_N）進行識別，每個遙控命令通過所屬R-GO的OBJECT _N和在R-GO中的位置確定。

主站通信點表中的測點均以IEC通道號標(biāo)注，與從站程序中的測點一一對應(yīng)。IEC通道號計算公式如下：

開關(guān)量IEC通道號＝R-IND的BLOCK_N×16＋（開關(guān)量在R-IND 中的位置－1）

模擬量IEC通道號＝R-AV的BLOCK_N+16 384

R-SETP通道號＝R-SETP的OBJECT_N+450 56

R-GO通道號＝R-GO的OBJECT_N×15+49 392+R-GO中的位置

開關(guān)量IEC通道號即為ASDU1中的信息體地址，模擬量IEC通道號即為ASDU9中的信息體地址，遙調(diào)命令I(lǐng)EC通道號即為ASDU48中的信息體地址，遙控命令I(lǐng)EC通道號即為ASDU51中的信息體地址。

從站有兩類數(shù)據(jù)上送，包括變化的開關(guān)量是一類數(shù)據(jù)，變化的模擬量是二類數(shù)據(jù)。主站不停向從站發(fā)送詢問報文，詢問從站是否有變化信息發(fā)送。一類信息的傳送可以打斷二類信息的傳送。主站也定時向從站發(fā)送一次總召喚命令，從站立刻把系統(tǒng)內(nèi)包含的開關(guān)量和模擬量信息全部發(fā)給主站。

4 結(jié)束語

通過本項研究，對本巨型電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機各子系統(tǒng)的主要通信接口有了清晰的認(rèn)識。通過分析各通信接口的硬件和軟件組成，形成的最終研究報告將可直接應(yīng)用于該電站監(jiān)控系統(tǒng)改造過程中，指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)人員完成新上位機系統(tǒng)中與老系統(tǒng)連接的各通信接口軟件開發(fā)和調(diào)試，對于電站監(jiān)控系統(tǒng)改造的成功實施將起到重要作用，特別是對新老上位機系統(tǒng)并存時期內(nèi)電站設(shè)備正常運行和上位機各項功能正常運行至關(guān)重要。

同時，參與本研究項目的相關(guān)人員對于對電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和接口形式有了更深入的了解，在后期監(jiān)控系統(tǒng)維護乃至改造過程中發(fā)揮了重要作用。