張海龍，張宏艷，張衛(wèi)君，時小倩，韓文俊

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

2020年，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上向國際社會做出“力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的鄭重承諾。2021年9月，國家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，要求加快抽水蓄能電站核準建設，到2025年，抽水蓄能投產總規(guī)模較“十三五”翻一番，達到6 200萬kW以上；到2030年，抽水蓄能投產總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達到1.2億kW左右；到2035年，形成滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求的，技術先進、管理優(yōu)質、國際競爭力強的抽水蓄能現(xiàn)代化產業(yè)，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企業(yè)[1]?？梢郧逦A見，未來15年將是抽水蓄能產業(yè)蓬勃發(fā)展的15年。

抽水蓄能電站的快速發(fā)展，對區(qū)域抽水蓄能運行水平和管理水平提出了更高的要求，為了達到管控一體化，實現(xiàn)管轄廠站日常的啟停機、負荷分配調整、網絡及通信維護等功能，并最終達到精益管理、提質增效，創(chuàng)建國際一流調峰調頻發(fā)電企業(yè)的目的，建立抽水蓄能電站的遠方集中監(jiān)視和控制中心是實現(xiàn)多廠站少人可靠監(jiān)控的運行集約化的可行方案。調峰調頻公司集控中心是國內首個抽水蓄能集控中心，采用北京中水科技自主研發(fā)的iP9000智能一體化平臺，文中介紹了集控中心的建設情況，并針對抽水蓄能集控中心運維和功能特點在監(jiān)控系統(tǒng)應用設計上進行了探討。

1 集控中心設計

1.1 廠站接入情況

調峰調頻公司規(guī)劃在生產檢修試驗基地大樓內建設新的集控中心。新集控系統(tǒng)替代原老集控系統(tǒng)，進一步實現(xiàn)對管轄的天生橋二級水力發(fā)電廠（簡稱天二電廠）、魯布革水力發(fā)電廠（簡稱魯布革電廠）兩個常規(guī)電站，廣州蓄能水電廠（根據敘述需要簡稱廣蓄電廠或廣蓄A廠、廣蓄B廠）、惠州蓄能水電廠（簡稱惠蓄電廠）、清遠蓄能水電廠(簡稱清蓄電廠)、深圳蓄能水電廠(簡稱深蓄電廠)、海南瓊中蓄能水電廠(簡稱海蓄電廠)、陽江抽水蓄能電廠(簡稱陽蓄電廠)、梅州抽水蓄能電廠(簡稱梅蓄電廠)8個抽水蓄能電站進行集中遠方實時監(jiān)視和控制，實現(xiàn)對管轄廠站的日常監(jiān)控和統(tǒng)一管理。目前惠蓄電廠及廣蓄A廠仍采用法國阿爾斯通公司監(jiān)控系統(tǒng)，其功能及維護方面已無法滿足現(xiàn)在更高的監(jiān)控要求，技術性能方面的落后已嚴重限制通過IEC104的方式接入新集控系統(tǒng)，在兩個廠監(jiān)控系統(tǒng)改造完成前，采用工作站延伸的方式接入集控中心，其余廠站采用IEC104規(guī)約接入。各廠站接入集控中心的方式如圖1所示。

圖1 集控中心接入方式

1.2 建設目標

抽水蓄能電站有別于常規(guī)水電站，更多是負責電力系統(tǒng)的調峰、調頻、調相、事故備用、黑啟動等重要任務[2]，作為國內首個抽水蓄能集控中心，在建設目標上提出了更高的要求：

（1）集控中心接受南網總調、廣東中調、海南中調、深圳中調的調度指揮，接收并執(zhí)行這些調度機構下達的機組不同工況的調節(jié)命令，并向這些調度機構傳送管轄廠站信息。

（2）實現(xiàn)對管轄范圍內各廠站生產的海量數(shù)據實時、可靠且高質量地采集和存儲；按調度要求及管轄廠站的運行要求，實現(xiàn)對各電廠機組設備安全、便捷、全面、實時監(jiān)視與控制，確保管轄廠站所有機電設備安全、可靠運行。

（3）充分利用抽水蓄能電站的可發(fā)電可蓄水的靈活性實現(xiàn)管轄范圍內各廠站經濟運行和區(qū)域優(yōu)化調度。

（4）與本系統(tǒng)內、外相關系統(tǒng)進行通信，準確、及時、全面地收集管轄廠站調度管理所需的各種信息，同時可向其他相關系統(tǒng)傳送計算機監(jiān)控系統(tǒng)的相關數(shù)據信息。

1.3 系統(tǒng)架構

集控系統(tǒng)采用全開放的分布式結構，由網絡上分布的各節(jié)點計算機單元組成，各節(jié)點計算機采用局域網（LAN）互聯(lián)[3]；計算機監(jiān)控系統(tǒng)與外部系統(tǒng)（如：上一級調度機構、各管轄廠站）采用廣域網互聯(lián)、同時通過數(shù)據交換功能與集控中心其他綜合自動化系統(tǒng)通信，包括：管理信息大區(qū)數(shù)據中心、工業(yè)電視系統(tǒng)、調峰調頻公司態(tài)勢感知主站等。集控系統(tǒng)結構和系統(tǒng)配置見圖2。

圖2 集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

（1）集控系統(tǒng)局域網按IEEE802.3z設計，采用星型結構的交換式以太網，全開放的分布式接口，局域網通信規(guī)約TCP/IP，傳輸介質采用以光纖為主，雙絞線為輔的方式，介質訪問控制方式為帶有碰撞檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD），控制網絡的傳輸速率最高可至1 000 Mbps，集控中心管轄廠站數(shù)據接入區(qū)、調度數(shù)據網接入區(qū)網絡的傳輸速率最高可至1 000 Mbps，各層網絡以太網交換機采用相同速率的以太網交換機。

（2）集控中心至上一級調度機構的通信按采用各管轄廠站主要調度管理方的調度數(shù)據網雙平面接入。

（3）集控系統(tǒng)通過集控數(shù)據網雙平面的冗余通信通道（主通道、備用通道）與各管轄廠站通信。

2 iP9000監(jiān)控系統(tǒng)應用的設計

集控中心采用的iP9000智能一體化平臺是由北京中水科技結合在水電自動化、信息化領域的豐富經驗的基礎上研發(fā)的，為水電站的操作、調節(jié)、監(jiān)視預警、經濟運行，設備故障智能診斷與智能預測提供了強有力的技術手段，可廣泛應用于常規(guī)水電、抽水蓄能電站、集控中心和新能源電廠等。iP9000智能一體化平臺采用面向服務的軟件架構(SOA)，利用先進的面向對象的方法對數(shù)據庫組態(tài)，對監(jiān)視、報警和預警進行智能的優(yōu)化，提供強大的高級應用功能[4]。充分發(fā)揮流域集中管控的優(yōu)勢，探索和實現(xiàn)安全防護、信息通信、視頻監(jiān)控、經濟運行、梯級集控、水庫調度、狀態(tài)監(jiān)測、專家決策等水電生產運行管理的各個環(huán)節(jié)的智能一體化功能[5]。

2.1 設計原則

結合iP9000智能一體化平臺的特點和抽水蓄能集控中心運維的需求，iP9000監(jiān)控系統(tǒng)應用于南網調峰調頻公司集控中心按如下設計原則進行研發(fā)和部署：

（1）安全性：集控系統(tǒng)設計滿足電力二次系統(tǒng)安全防護、信息系統(tǒng)等級保護等國家、行業(yè)相關安全要求。

（2）可靠性：集控系統(tǒng)需要全年365 d、全天24 h無間斷提供服務，必須考慮系統(tǒng)的高可靠性?？煽啃栽谟嬎銠C監(jiān)控系統(tǒng)建設中體現(xiàn)在兩方面：硬件冗余、軟件可靠。其本身的局部故障不應影響現(xiàn)場設備的正常運行，應充分考慮采用成熟的技術和產品，在設備選型和系統(tǒng)的建設中盡量減少故障發(fā)生的可能性，提供完善的重要設備冗余和通道備份方案，自動備份重要數(shù)據。

（3）可擴展性：隨著業(yè)務需求的不斷變化，不可避免，集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)在功能上也需要不斷地擴展與完善。集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)應支持各種應用軟件及功能的開發(fā)應用，支持第三方軟件在系統(tǒng)上無縫集成和可靠運行，支持數(shù)據網絡通信，并能方便地與其他系統(tǒng)通信，系統(tǒng)在設計上必須具備良好的可擴展性，以保證新的功能能夠通過標準、便捷的方式接入到系統(tǒng)中，即“模塊化”原則。

（4）開放性：系統(tǒng)設計應盡可能采用已開發(fā)的標準、協(xié)議和技術，以提高系統(tǒng)的可擴展性、可維護性、互操作性和穩(wěn)定性。采用國際主流的網絡技術和平臺，以適應系統(tǒng)的發(fā)展，使系統(tǒng)具有良好的縱向和橫向兼容性。此外，系統(tǒng)需提供開放的數(shù)據接口便于完成與其它子系統(tǒng)的數(shù)據交換，并能夠與上一級調度部門、管轄廠站進行通信。

（5）實用性：出于集控中心計算機監(jiān)控實際需求來建設，做到功能實用、組網合理，在充分滿足需求的情況下，開發(fā)相關智能化應用(智能報警、智能監(jiān)盤、智能防誤、智能趨勢判斷等)，必須做到系統(tǒng)未來實現(xiàn)“一人一席多廠站”的目標運維更簡單，少人干預，監(jiān)控系統(tǒng)運維工作對實時運行影響風險最小化。

（6）先進性：現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，新產品、新技術層出不窮。因此在投資預算許可的情況下，在系統(tǒng)的建設中充分利用現(xiàn)代最新技術，采用先進的產品，滿足未來集控中心各專業(yè)對智能化運行的業(yè)務需求，實現(xiàn)業(yè)務及信息的“縱向到底、橫向到邊”的全覆蓋以及功能建設的“即插即用”，使系統(tǒng)在盡可能長的時間內與社會發(fā)展相適應。

（7）針對性：集控中心管轄廠站以抽水蓄能電廠為主，兼有常規(guī)水電廠等其他類型電廠，不同于常規(guī)的流域梯級水電廠的經濟調度。對于系統(tǒng)軟件應充分尊重用戶水庫調度決策程序與習慣。應在滿足電網調度要求的前提下，應用區(qū)域優(yōu)化調度的等思路，合理進行各廠站的綜合調度。針對區(qū)域和調度制度對軟件進行設計，充分體現(xiàn)輔助決策手段的針對性，為調度決策科學化提供依據。

（8）智能性：即實現(xiàn)信息互動、系統(tǒng)自愈和協(xié)同高效，滿足公司發(fā)展安全、經濟、優(yōu)質、環(huán)保運行的要求。其內涵包括實現(xiàn)管轄廠站設備信息橫向和縱向的自由流轉與互動，打破專業(yè)壁壘；促進管轄廠站設備運行閉環(huán)控制，突出風險預警預控，保障管轄廠站設備安全穩(wěn)定運行；全面提升管轄廠站設備運行協(xié)同作業(yè)能力，提高工作效率，實現(xiàn)管轄廠站設備運行的經濟效益與社會效益最大化[6]。

2.2 優(yōu)化設計

集控中心第一階段下轄8個廠站，初步估計約有30萬點的海量測點信息，并且隨著調峰調頻公司力爭在“十四五”期間實現(xiàn)抽水蓄能裝機容量新增600萬kW；到2030年末，抽水蓄能裝機容量達2 900萬kW的發(fā)展目標，后續(xù)將會有更多的抽水蓄能電站陸續(xù)接入集控中心，監(jiān)視數(shù)據量將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，如何實現(xiàn)更加高效的集約化控制，是擺在系統(tǒng)設計者和使用者面前的重大問題，經過多方論證，將從以下幾個方面對集控系統(tǒng)功能再次提升，優(yōu)化集控系統(tǒng)操作方式：

（1）報警信息匯總：構建信號樹，進行報警逐級歸集，設置廠站總報警燈，報警出現(xiàn)時，廠站總報警燈閃爍，點擊可查看具體報警信息。另外每個LCU均設置總報警燈，當報警燈點亮閃爍時，點擊可查看對應詳細報警；報警一覽表每條信息可編輯導入該信息相關運行指導提示，可添加信號變量在圖紙或程序中的來源位置，注明該信號出現(xiàn)的原因、可能帶來的風險、可以采取的應對措施等等，值班人員點擊鼠標可查看。

圖3 監(jiān)控畫面報警燈及運行指導功能

（2）監(jiān)視信息匯總： 針對每個廠站設置監(jiān)控匯總畫面，在畫面中可完成絕大部分值班功能，包括機組及主接線狀態(tài)顯示、報警自動歸集提醒、機組啟停操作、常用畫面快捷調取、流程執(zhí)行狀態(tài)顯示及預警、機組跳閘顯示及預警等功能均可在該集控總畫面中完成，無需值班人員頻繁切換畫面。

圖4 監(jiān)視信息匯總畫面

（3）防誤操作邏輯：為每個席位預先設置特定的監(jiān)控廠站，只有值班人員的授權廠站包含該席位設置的廠站權限時，值班人員才能登錄成功。登錄成功后，集控畫面僅顯示授權范圍內的動態(tài)導航區(qū)域及廠站總報警燈；除系統(tǒng)軟件自動防誤功能，通過技術手段增加控制權限閉鎖、操作邏輯閉鎖及條件顯示，防止集控中心遠程操作流程受阻時由監(jiān)控系統(tǒng)以彈窗方式自動提示操作受阻原因，以便運行人員做出正確的判斷并處理；值班員執(zhí)行每個操作前，設置操作口令提示，只有值班員輸入操作口令且無誤后才能正常操作。

圖5 監(jiān)控畫面區(qū)域監(jiān)視控制及閉鎖彈窗界面

3 結論

介紹了南方電網調峰調頻公司集控中心的具體接入情況、建設目標和系統(tǒng)架構，并對iP9000智能一體化平臺在集控中心應用設計進行研究及探討，包括基本設計原則及優(yōu)化設計方案。這些設計原則有力地保障了集控中心集控系統(tǒng)的安全性、高可靠性及先進性，提升了集控中心系統(tǒng)的安全、高效運行的能力。相信抽水蓄能電站集控系統(tǒng)在高速高效發(fā)展的新時代，其計算機監(jiān)控系統(tǒng)的自動化、智能化水平將會迅速提升，也將更加成熟和完善。