何 婷，鄧子夜，張海龍，朱學(xué)勤

（北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司， 北京 100038）

在火力發(fā)電、常規(guī)水電站開(kāi)發(fā)逐漸飽和的形勢(shì)下，我國(guó)正處于能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模高比例發(fā)展，對(duì)調(diào)節(jié)電源的需求更加迫切，而抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)、儲(chǔ)能、緊急事故備用等功能[1]，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。根據(jù)《抽水蓄能中長(zhǎng)期規(guī)劃（十四五）》，預(yù)計(jì)到2035 年底，我國(guó)抽水蓄能電站投產(chǎn)總規(guī)模達(dá)到 3 億kW[2]，抽水蓄能電站迎來(lái)了高速高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。

抽水蓄能機(jī)組工況復(fù)雜，因業(yè)務(wù)的要求啟停比較頻繁，相對(duì)于常規(guī)水電站來(lái)說(shuō)控制要求更高[3]。建立抽水蓄能電站的遠(yuǎn)方集中監(jiān)視和控制中心，可極大地提高區(qū)域抽水蓄能運(yùn)行水平和管理水平，達(dá)到管控一體化，實(shí)現(xiàn)管轄廠站日常的啟停機(jī)、負(fù)荷分配調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)及通信維護(hù)等功能，并最終達(dá)到區(qū)域控制中心的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度。

抽水蓄能集控中心與管轄電站之間通信的穩(wěn)定性、時(shí)效性及適用性是保障集控中心高效運(yùn)維的關(guān)鍵點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的IEC104通信規(guī)約已無(wú)法滿足抽水蓄能集控中心和廠站之間功能和性能的需求，例如廠站側(cè)大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)在與集控側(cè)核對(duì)數(shù)據(jù)和關(guān)鍵屬性的方面需要更便捷的手段，廠站側(cè)重要數(shù)據(jù)因網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致無(wú)法上送集控中心造成信息缺失，調(diào)度計(jì)劃曲線下發(fā)的特殊要求等，因此本文針對(duì)抽水蓄能電站管理的特殊性探討對(duì)通信規(guī)約擴(kuò)展的研究和應(yīng)用。

1 IEC104規(guī)約的擴(kuò)展應(yīng)用

IEC104規(guī) 約 的 全 稱(chēng) 是IEC60870-5-104。IEC60870-5協(xié)議集是國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）第57技術(shù)委員會(huì)電力系統(tǒng)控制及其通信委員會(huì)為適應(yīng)電力系統(tǒng)（包括EMS、SCADA和配電自動(dòng)化系統(tǒng)）及其他公用事業(yè)的需要而制定的一系列傳輸規(guī)約[4]。IEC104規(guī)約傳輸數(shù)據(jù)主要是遙信、遙測(cè)、遙調(diào)和遙控信息，稱(chēng)為“四遙”，其中遙信、遙測(cè)為上行數(shù)據(jù)，遙調(diào)和遙控是下行數(shù)據(jù)。IEC104規(guī)約中的應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元（APDU）包含應(yīng)用規(guī)約控制信息（APCI）和應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU），其中ASDU的不同類(lèi)型標(biāo)識(shí)表達(dá)不同的傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型。

1.1 計(jì)劃曲線下發(fā)擴(kuò)展

由于水電站調(diào)節(jié)性能好、速度快，需要承擔(dān)日常調(diào)峰填谷的功能，所以需要經(jīng)常調(diào)節(jié)發(fā)電量，通常電網(wǎng)負(fù)荷首先通過(guò)調(diào)度中心或集控中心自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)來(lái)計(jì)算好再下發(fā)到各電站。調(diào)節(jié)負(fù)荷有兩種方式：①瞬間負(fù)荷給定方式，可采用IEC104的遙調(diào)方式來(lái)下達(dá)調(diào)節(jié)命令到電站；②日負(fù)荷給定曲線方式，即調(diào)度中心或集控中心在前一日下達(dá)次日的全天負(fù)荷計(jì)劃曲線給電站，電站從零時(shí)起按照此計(jì)劃曲線執(zhí)行當(dāng)天的發(fā)電計(jì)劃。

給定計(jì)劃曲線的方式并未在IEC104的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中定義，因此需要對(duì)ASDU的類(lèi)型標(biāo)識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充，南方電網(wǎng)對(duì)曲線ASDU定義為137號(hào)報(bào)文（帶CP56Time2a時(shí)標(biāo)計(jì)劃曲線傳送命令）[5]。計(jì)劃曲線主要按照AGC的要求，將1 d 24 h分為離散的288個(gè)點(diǎn)，每5 min一個(gè)點(diǎn)，每天的0點(diǎn)為第0個(gè)點(diǎn)，23：55為第287個(gè)點(diǎn)。IEC104下令時(shí)將點(diǎn)的個(gè)數(shù)、288個(gè)離散點(diǎn)的值都下發(fā)到廠站的子站端，子站接收到計(jì)劃曲線令后將曲線值存于相應(yīng)區(qū)域，并可將接收到的曲線值返送回集控中心主站，用于校驗(yàn)。

常規(guī)水電站接收到的負(fù)荷曲線值都為正數(shù)，而抽水蓄能電站不僅要承擔(dān)發(fā)電的功能還需要承擔(dān)泵站的功能，因此對(duì)抽水蓄能水電站的負(fù)荷計(jì)劃曲線傳送需要具備下發(fā)負(fù)值的功能，以適用于控制抽水蓄能機(jī)組不同的運(yùn)行工況。

1.2 單邊點(diǎn)表的擴(kuò)展

集控中心一般需要控制多個(gè)水電站，電站側(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和上行數(shù)據(jù)點(diǎn)表的修改往往需要人工通知集控中心做相應(yīng)的修改，才能保持一致，較為耗時(shí)且容易出錯(cuò)。單邊點(diǎn)表的功能擴(kuò)充可以將廠站側(cè)的按一定格式（如表1）要求配置好的包含點(diǎn)描述及各屬性的通信點(diǎn)表以json的格式上傳到集控中心，集控中心的數(shù)據(jù)庫(kù)、點(diǎn)表完全基于單邊點(diǎn)表來(lái)進(jìn)行構(gòu)建，保證了數(shù)據(jù)的一致性，并可實(shí)現(xiàn)IEC104自動(dòng)對(duì)點(diǎn)功能。

表1 從站側(cè)響應(yīng)的遙測(cè)點(diǎn)信息體包含內(nèi)容示例

單邊點(diǎn)表的功能由主站發(fā)起、從站相應(yīng)的交互方式實(shí)現(xiàn)。主站與子站建立鏈接后，首先進(jìn)行單邊點(diǎn)表的召喚與處理，校核無(wú)誤后才開(kāi)始IEC104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約中啟動(dòng)幀的發(fā)送，啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸工程。

當(dāng)從站收到單邊點(diǎn)表的召喚命令后，逐幀發(fā)送對(duì)應(yīng)的點(diǎn)表信息，發(fā)送完所有點(diǎn)信息幀后發(fā)送點(diǎn)表結(jié)束幀。單邊點(diǎn)表的傳輸也需要對(duì)ASDU類(lèi)型標(biāo)識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充，主站側(cè)召喚遙信/遙測(cè)/電度點(diǎn)表及從站確認(rèn)、完成召喚遙信點(diǎn)表類(lèi)型標(biāo)識(shí)分別為185、186、189，從站側(cè)響應(yīng)遙信點(diǎn)表/遙測(cè)點(diǎn)表/電度量點(diǎn)表的類(lèi)型標(biāo)識(shí)分別為195、196、199。主站收到單邊點(diǎn)表后將點(diǎn)表信息保存于csv文件中，并進(jìn)行校核，之后把校核結(jié)果寫(xiě)入單邊點(diǎn)表的校核報(bào)告中，以便于事后分析。主站發(fā)送單邊點(diǎn)表召喚命令后接收從站響應(yīng)幀超時(shí)情況下產(chǎn)生錯(cuò)誤日志，并關(guān)閉連接，超時(shí)時(shí)間設(shè)定為5 s。

集控中心第一次與廠站建鏈后獲取單邊點(diǎn)表，若中斷后第二次重新建鏈時(shí)再次接收單邊點(diǎn)表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)此次點(diǎn)表與上次有區(qū)別時(shí)將通過(guò)告警的形式提醒運(yùn)維人員，并產(chǎn)生差異報(bào)告，以便維護(hù)人員手動(dòng)核對(duì)修改集控側(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

采用單邊點(diǎn)表功能后，一個(gè)普通抽蓄電站上送單邊點(diǎn)表需要耗費(fèi)10 s左右即可傳輸遙信/遙測(cè)/電度點(diǎn)表及其關(guān)鍵屬性，完成自動(dòng)對(duì)點(diǎn)，在新電站接入和維護(hù)方面極大地節(jié)省了人力物力。單邊點(diǎn)表的功能不僅可以應(yīng)用于同構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于異構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)，在廠站和集控側(cè)均支持同一規(guī)則的單邊點(diǎn)表模式下，該應(yīng)用可擴(kuò)展到任意廠站與集控的IEC104通信中，具有非常強(qiáng)的通用性。

2 斷點(diǎn)續(xù)傳

IEC104規(guī)約為實(shí)時(shí)傳輸規(guī)約，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性有較好的保障。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致通信鏈路中斷時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將無(wú)法再通過(guò)通信鏈路傳輸，廠站側(cè)有些重要的上行數(shù)據(jù)不能因?yàn)橥ㄐ沛溌返闹袛喽鴣G失，這就需要在通道重新打通后，對(duì)通信中斷期間發(fā)生的截面數(shù)據(jù)進(jìn)行斷點(diǎn)續(xù)傳，便于集控運(yùn)行人員在發(fā)生事故時(shí)能夠掌握全面數(shù)據(jù)，進(jìn)行事故分析。

IEC 104規(guī)約定義了文件的傳輸，但因通信中斷，廠站側(cè)保存下來(lái)的數(shù)據(jù)文件可能非常大，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中如果再進(jìn)行這些歷史數(shù)據(jù)文件的傳輸可能影響實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸效率，因此通信中斷時(shí)產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)文件不宜通過(guò)IEC104來(lái)補(bǔ)傳?？稍趶S站側(cè)監(jiān)測(cè)通信鏈路的狀態(tài)，當(dāng)IEC104鏈路全部中斷后，將此期間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)依據(jù)IEC104點(diǎn)表的特征保存到文件中，當(dāng)通道恢復(fù)時(shí)，采用SFTP的方式將這些歷史數(shù)據(jù)文件在備用通道的鏈路上傳送到集控中心，集控中心接收到后同樣依據(jù)IEC104點(diǎn)表特征解析這些數(shù)據(jù)并存入集控的歷史庫(kù)中，達(dá)到斷點(diǎn)續(xù)傳的效果，同時(shí)保障了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性。

3 結(jié)論

文中介紹了抽水蓄能水電廠與集控中心通信規(guī)約的擴(kuò)展研究及應(yīng)用，包括基于標(biāo)準(zhǔn)IEC104規(guī)約擴(kuò)展的計(jì)劃曲線下發(fā)命令及單邊點(diǎn)表的傳輸功能，采用SFTP傳輸?shù)臍v史數(shù)據(jù)文件的斷點(diǎn)續(xù)傳功能。這些擴(kuò)展研究在南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻有限公司建立的抽水蓄能集控中心已投入使用，有力地保障了集控中心與廠站之間通信的便捷性、一致性、穩(wěn)定性，提升了集控中心系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行的能力，為我國(guó)抽水蓄能事業(yè)的發(fā)展在細(xì)節(jié)優(yōu)化上更進(jìn)一步。相信抽水蓄能電站在高速高效發(fā)展的新時(shí)代，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平將會(huì)迅速提升，也將更加成熟和完善。