浅述黑水河流域集控中心监控系统升级改造

浅述黑水河流域集控中心监控系统升级改造

黄颖

四川小金川水电开发有限公司四川成都610041

摘要：本文结合黑水河流域集控中心监控系统升级改造现场安装调试，着重从集控中心监控系统设计构造、硬件配置、系统功能、应用软件、数据库等方面介绍该系统升级改造内容及方案，以供参考。

关键词：集控中心；监控系统；升级改造；方案；硬件；软件；数据库

Abstract:：BasinofHeishuirivermonitoring&controlsystemupgradeinstallation,focusingonMonitoring&controlsystemdesign,hardwareconfiguration,systemfunctions,database,applicationsoftwareareintroducedintheaspectsofthesystemupgradecontentandprogram,forreference.

Keywords：Centralizedcontrolcenter;monitoringsystem;upgrading;scheme;hardware;software;database

1概述

黑水河流域位于四川省阿坝州，目前同属于一家开发公司的水电站共有三级，分别是毛尔盖水电站、柳坪水电站、雅都水电站，其中毛尔盖水电站为上游梯级龙头水库电站。

黑水河流域集控中心（以下简称“集控中心”）由计算机监控系统、水情测报系统、时钟对时系统、调度数据专网二次安防系统、程控调度交换机系统、通信系统、工业电视系统、消防监控系统、内部网络系统组成，承担着黑水河流域三级水电站实时远程控制、监视、调度、流域水情水调、与四川省调度中心通讯及数据上传等管理，于2010年11月07日投入试运行，2011年04月26日正式投入运行。

集控中心投运后，经过一年多的观察和运行维护发现监控系统经常发生操作员站画面遥信、遥测数据丢失以及通信中断导致遥调、遥控命令无法下传的现象，加之Windows操作系统本身缺乏相应的稳定性，需要运行人员频繁重启操作员站及服务器方可正常监测、控制，甚至极端情况下需要把控制权限切换到厂站端才能正常控制的现象，严重影响梯级流域水电站电力生产的安全可靠性和灵敏性。通过与南瑞专业技术人员的多次沟通和技术交流，并对该系统设备进行科学严谨的软（硬）件评估和故障分析如下：

（1）原集控中心计算机监控系统设备生产于2007年，硬件配置较低，已无法完全满足当前监控系统庞大数据存储、管理的要求。

（2）集控中心于2010年投入运行，2011年新接入的毛尔盖水电站点位较多，现有的EC2000计算机监控系统软件不能满足三个水电站遥测、遥信、遥调、遥控点位需求，因此需要升级监控系统软件。

（3）随着新技术的发展，四川省电力公司和电监办对四川电网所辖电站的二次监控、通信设备提出了新的安防技术要求，例如建议通讯计算机操作系统采用Unix/Linux操作系统（原操作系统为windows），有利于系统的运行稳定性提高等。

（4）毛尔盖水电站接入集控中心后，使整个黑水河流域梯级电力生产调节能力大大增强，将来的流域经济调度对计算机监控系统提出了更高的稳定性、精确性及负荷调节速度要求。

（5）原集控中心网络结构采用令牌环网结构，因现场施工条件无法满足令牌环网的要求，故根据实际情况，更改为双总线网络结构模式。

综合上述原因，集控中心原有的监控系统设备已无法满足、尤其是毛尔盖水电站接入后（毛尔盖水电站新投）的运行要求，无法发挥流域梯级水电站联合调度的作用，故对集控中心监控系统软（硬）件设备进行升级改造是非常必要的。

2集控中心监控系统升级改造方案及实施

集控中心监控系统升级改造内容包括集控中心计算机监控系统设备及其附属设备的硬件设计、选型、制造、软件设计开发、系统集成、提供相关图纸资料、试验(包括工厂试验、出厂试验、交接试验)、包装、设备发运、现场开箱检查、现场安装指导、调试、系统验收以及对运行操作和维护人员的培训等。

具体方案如下：

2.1系统硬件配置及其特点

如上图所示，升级改造后的监控系统设备采用开放系统结构，系统服务器、历史数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、通信服务器等都使用符合开放系统国际标准的UnixRedHatLinux操作系统，采用TCP/IP网络通信协议。主要硬件配置如下：

（1）系统服务器（2套），机型：SUNFireV445服务器；

（2）历史数据服务器（2套），机型：SUNFireV445服务器；

（3）操作员工作站（2套），机型：HPXW6400型工作站；

（4）工程师工作站（1套），机型：HPXW6400型工作站；

（5）语音报警及短信寻呼服务器兼打印服务器（1套），机型：HPXW6400；

（6）调度通信服务器（2套），机型：HPML370G5；

（7）厂内通信服务器（1套），机型：HPZ600；

（8）大屏幕管理控制计算机及液晶电视，机型：HPDX7400；

2.2监控系统主要软件特点

1操作系统

操作系统具有下列特点：

（1）提供了多用户、多进程、多线程、并发文件和记录操作，完善的用户安全机制，功能强大、方便的通讯和联网能力。

（2）操作系统在所提供的硬件构造中有实用成功的经验。

（3）具有很强的外围设备控制管理能力。

（4）支持多种高级语言软件开发平台。

（5）能将数据从一种格式转换成另一种格式。

（6）执行诊断检查、自动切除故障和自动重新启动。

（7）对系统的启动、终止、监视、组态和其它联机活动将有交互式语言、命令程序支持。

（8）方便高效的多种通讯功能。

（9）文件管理系统采用性能优良的层次文件结构和多重保护机制，提供文件控制功能、包括文件的打开、关闭、读出和记录的基本存取方法。

（10）操作系统具有错误检测和校正的标准程序。

2开发系统

开发系统提供多种工具及管理程序，满足各种应用系统的开发需求。C，C++，JAVA等高级语言编译系统及交互式可视化环境提供了较强的编程能力和各式各样的工具，开发用户接口可设计直观、灵巧、风格一致的应用程序，提供了实现多进程、多线程的开发手段，极大地满足了多种高效并发处理的客观需求。

2.3系统基本应用软件

本系统基本应用软件包括数据采集、实时数据库和数据处理、控制和调节、人机界面、历史数据和生产管理软件、顺序控制、统计检索等，能很好地满足电站生产运行管理需要。

其中数据采集包括电气模拟量采集和预处理、非电气模拟量采集和预处理、单、双结点开关量采集和预处理、SOE量采集和预处理、电能量采集和预处理、特殊通信量采集和预处理、I/O通道状态处理等；实时数据库和数据处理包括模拟量监视和报警、开关量监视和报警、综合数据监视和报警、实时数据库加载、、实时数据库管理、事故追忆等功能；控制和调节包含控顺控流程管理、顺控流程执行、顺控流程在线调试、顺控流程执行在线监视、顺控流程回放、功率设定及PID调节、控制安全分析、机组功率调节安全闭锁等。

2.4二次安防功能

依据省电监办《电力二次系统安全防护规定》和《电力二次系统安全防护总体方案》等文件要求，并结合黑水河流域的实际情况，按照电力调度数据网"安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证"的基本原则，将水调系统、监控系统、OMS系统划为生产控制区，MIS系统、办公OA系统划入信息管理区，生产控制区部署综合安全日志审计系统，对各种网络设备运行日志、操作系统运行日志、数据库访问日志、业务应用系统运行日志、安全防护设备运行日志等进行集中收集、自动分析和告警处理。两区通信采取横向隔离方式，使用南瑞Syskeeper2000电力专用网络安全隔离装置实现生产控制区至信息管理区的单向访问控制功能，对边界网络数据报文进行动态检测，以及时发现网络安全事件。如下图所示：

2.5系统高级应用软件

1综合利用优化方案

采集毛尔盖库区水文、水情、气象测预报及流域工况等信息，以及各电站发电设备、金属结构、枢纽建筑物等的运行信息，按各电站开发任务综合利用要求，对各电站优化调度（发电调度、水库调度、防洪调度），使各电站在发电、防洪等方面发挥最大的综合利用效益，实现各电站的联合优化调度和经济运行。

2经济运行和优化调度

接收电网调度机构对各电站运行、调度、管理的要求，根据各电站枢纽当前运行状况和各方面综合利用要求，对各电站进行优化调度，包括，根据水调自动化系统在发电、防洪等方面作出的调度决策或接受有关部门的调度决策，发送相应的调度指令，保证各电站的安全和优化运行。

3水库调度

接收电网调度机构关于各电站的调度指令以及接收水库的水情及水库运行信息，根据水调自动化系统水库调度决策对结合水库调度进行发电调度。

4发电调度

接收电网调度机构关于各电站的发电调度指令，并能按电力系统调度要求和发电调度决策，参加系统调频，进行经济调度和自动发电控制计算，负责调频功率在各电站的经济负荷分配；进行无功功率控制，负责无功功率在各电站的经济负荷分配，并向各电站计算机监控系统发送调度指令。

5实现电站有功、无功功率定。

本功能可由电网调度机构给定，可由集控根据EDC/AGC算法给定，也可由运行人员在控制室给定。

6实现机组负荷分配。

7操作员工作站上实时控制调节

可实现开停机、单点设备控制及其他相关设备控制等。

8经济调度和自动发电控制（EDC/AGC）

具有对其运行条件及操作员的操作进行监视和处理能力（包括自适应控制处理），以保证其控制在任何情况下不导致电站运行方式或状态发生波动；具有实现梯级发电优化控制的功能，在满足电力系统正常调度要求前提下，使发电总功率在各电站间按安全、可靠、经济的原则进行分配，EDC的目标是在保证梯级发电满足给定总功率及其它限制的条件下，使梯级发电耗水量或弃水量最少。

2.6运行调度

1综合利用优化方案

采集雅都、毛尔盖库区水文、水情、气象测预报及流域工况等信息，以及各电站发电设备、金属结构、枢纽建筑物等的运行信息，按各电站开发任务综合利用要求，对各电站优化调度（发电调度、水库调度、防洪调度）。使各电站在发电、防洪等方面发挥最大的综合利用效益,实现各电站的联合优化调度和经济运行。

2经济运行和优化调度

接收电网调度机构对各电站运行、调度、管理的要求，根据各电站枢纽当前运行状况和各方面综合利用要求，对各电站进行优化调度，包括，根据水调自动化系统在发电、防洪等方面作出的调度决策或接受有关部门的调度决策，发送相应的调度指令，保证各电站的安全和优化运行。

（1）水库调度

接收电网调度机构关于各电站的调度指令，包括长、中、短期调度。接收水库的水情及水库运行信息，根据水调自动化系统水库调度决策对结合水库调度进行发电调度。

（2）发电调度

接收电网调度机构关于各电站的发电调度指令，并执行。集控中心按电力系统调度要求和发电调度决策，参加系统调频，进行经济调度和自动发电控制计算，负责调频功率在各电站的经济负荷分配。调频功率可由集控中心分配到机组，包括最优开停机组合和运行机组间经济负荷分配，并向各电站计算机监控系统发送调度指令，对各电站发电设备进行自动监视，并按电力系统调度要求及各电站和开关站运行要求，对各电站和开关站设备进行自动控制；调频功率也可由集控中心分配到各电站厂站层，再由各电站厂站层分配到机组。

3现场施工方案

3.1毛尔盖水电站的接入

毛尔盖水电站接入集控中心方式采用扩大厂站方式，即集控中心计算机直接连接毛尔盖水电站计算机监控系统的LCU，毛尔盖水电站的LCU既接受毛尔盖水电站上位机系统的控制又接受集控中心的控制，此部分的调试工作和毛尔盖水电站的监控系统同步调试，同步投入使用。调试完成后，在集控中心和毛尔盖水电站皆可以控制电站设备，对负荷的调整可以选择在集控中心也可以在各水电站。

3.2雅都水电站的接入

雅都水电站接入集控中心采用标准IEC870-104方式，即集控中心采用标准的IEC870-104通讯规约和雅都水电站监控系统的通讯机进行连接，所有的上、下行报文皆需通过雅都水电站的计算机监控系统来实现。

3.3柳坪水电站的接入

柳坪水电站接入集控中心方式拟采用扩大厂站方式，即集控中心计算机直接连接柳坪水电站计算机监控系统的LCU，柳坪水电站的LCU既接受柳坪水电站上位机系统的控制又接受集控中心的控制。

4小结

黑水河流域集控中心监控系统升级改造是为了满足流域电站生产需要，同时也是技术更新的结果。其中毛尔盖水电站作为新投接入电站，增加了对监控系统的功能要求，为进一步优化调度结构、提升系统功能、改善操作性能，监控升级改造必不可少；而系统软硬件配置随着科技进步亦显落后，不能满足现有需要，监控升级改造是技术进步的必然要求。

黑水河流域电站原设计为“无人值守、少人值班”理念，监控升级亦是践行该理念的一个过程；随着监控升级改造成功，进一步提升了系统软硬件功能，加强了流域优化调度，改善了远方操作，使得流域电站调度更加集约化、合理化，是流域电站集约发展的一大成果。