水电厂监控系统集中控制运行分析

水电厂监控系统集中控制运行分析

王元友

陕西汉江投资开发有限公司喜河水力发电厂  陕西安康  725200

摘要： 随着电力行业的发展，计算机控制技术大面积推广应用，水电厂监控集中控制是电网的重要组成部分之一。对水电厂进行集中监控和运行管理，是智慧电力下无人值守的重要举措。本文针对某水电厂计算机监控系统集中控制运行的实际情况进行分析，从建设思路，技术手段，接入方式，数据通信等方面展开分析，对系统运行效果提出改进，确保水电厂监控系统的集中控制运行安全稳定，有一定的推广价值

关键词： 水电厂；监控系统；集中控制；运行分析

0  引言

由于节能减排和气候变化等问题的出现、电力系统安全运行的需求增加，电力企业竞争力度的加大驱动着我国智慧电网的发展。水电作为清洁能源之一，发展最为成熟，我国是水电大国，装机容量和发电量一直稳居世界第一。在当今计算机技术和网络通信技术的飞速发展下，水电厂也不例外，水电厂计算机监控系统作为水电行业应用最广泛的系统之一，在水电厂的运行控制过程中起到了重要的作用。

水电厂计算机监控系统是应用计算机参与针对水电厂的监测与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以实现水电厂的安全、稳定、高效运行而构成的系统。内容主要包括：数据采集与处理、运行安全监视、设备操作监视、AGC、AVC、运行日志及报表、事件统计等。从组成结构上来说，水电厂计算机监控系统以多级通信网络为架构包含网络层和传输层，由物理层、数据链路层组成过程控制级，会话层、表示层和应用层构成监控级，该系统的集中控制运行，可以完成大中型水电厂的实时运行状况的监控，提高电网运行的安全性和可靠性。

1  现状分析

本文针对某水电厂监控系统进行集中控制运行分析，该水电厂总装机量1080 MW，承担当地及周边电网调峰调频任务。水电厂接入的计算机监控系统集控中心，由某自控公司研发投入，采用分布式分层结构和双中央处理站、双操作工作站结构，没有主系统，这种模式可以在主机出现故障时，由工作人员动态操作完成其他监控操作；网络架构采用总线通信，传输介质为光纤，根据监控模块设置双网关、双CPU光纤冗余的方式，合理设置控制单元，DDC直接上网，减少工控机的数量；调度结构采用光纤通信和载波数据结合，加强网调和遥测等信息交互，实现了“无人值守”的水电厂运行模式。本水电厂监控系统的集中控制中心有值班人员24名，五班三倒，通过计算机监控系统集控中心，实现统一调度、远方集控。

2 水电厂监控系统集控运行分析

    根据该水电站的实际运行情况来看，水电厂计算机监控系统的集中控制运行可靠性较好，随着技术的不断改进，系统功能的进一步丰富优化，技术手段不断更新，大大提高了系统的稳定性和可用性，水电厂监控系统的集中控制运行分析主要集中在以下方面：

2.1  分布式系统

采用分布式的计算机监控系统，分布式系统具有高度的内聚性和透明性，根据系统功能分为主站、调度、现场三级控制，机组等按监控装置的数量建立LCU，各级控制之间相互独立又相互联系，能够保障全局系统的安全运行，同时分布式系统也便于后期的管理维护和升级改造。

现场控制采集低层数据发送给主站和调度，主站控制运行稳定、人机友好、功能完善，可直接对调度级和现场级下达指令，主站控制有两种控制方式，第一种是现场操作员操作主站控制，第二种是主站根据电网频率和负载特性实现自动控制，由此完成水电站运行管理。在水电厂监控系统中，

2.2  多种通讯规约并存

水电厂监控系统的集中控制运行通常是基于局域网的架构，采用光纤来完成数据的传输。对于重要数据的传输采用TCP/IP通信协议，与此同对于要传输的数据包，包头包尾的校验可以确保数据的准确性，重发机制可以提高数据传输的可靠性。对于不重要的数据的传输采用UDP协议，提高数据传输的效率。

对于梯度调度采用基于 TCP IP 的 IEC60870-5-104远动规约，IEC60870-5-104只有物理层、数据链路层、应用层3层，应用层直接映射到数据链路层，加强了信息的实时性。

在分布式系统的链路连接中采用RS485物理接口，是一种异步半双工通信的对等网络协议，从通讯方式确保控制器之间和其他监控设备之间的通讯畅通，在便于维护扩展的同时，进一步实现集中控制。

2.3  智能监测仪表

现场控制级的主要功能是采集现场设备信息，调节机组发电运行，主要信息种类是输入输出类信息，系统采用计算机编程控制和智能检测仪表的组合形式，对数据采集上传，显示报警，辅助决策，实现在线实时监测。

智能检测仪表通过串口通信的方式将数据上传至控制中心，结构简洁安装方便，在水电厂监控系统集中控制的LCU单元中，基于RS485通信，布置智能交流量信号采集装置和SOE时间记录装置，与PLC之间的接口采用MB+，满足调控的同时进一步增强系统的可扩展性。

2.4  网络化控制芯片

传统的PLC功能有限，只能完成本地控制，随着计算机和互联网技术的发展，PLC功能开始集成以太网的功能，基本可以实现直接上网，信息处理的实时性和可靠性都有了显著提高。在接入网络的PLC在使用时，考虑不同厂家产品的差异，需要关注其与智能检测仪表的接口连接。

2.5  梯级调度

近年来，随着电网调度的不断深入研究，水电厂以及变电站SCADA系统功能不断完善，智能调度是水电厂监控系统集中控制运行的必然选择。结合水电厂的实际情况，深度挖掘SCADA系统数据，优化网络拓扑结构，研究故障诊断、状态评价等智能性功能，确保电站梯级调度的最优工作状态。水电厂和枢纽电站在实际运行中，建立良好的流域梯级电站联合调度制度，设置中心调度机构，各梯级电站与调度机构联网，确保调度指令的准确传达；与此同时，结合计算机等智能化技术，建立科学有效的监控系统，以提升水电厂的运行安全性和经济效益。

2.6  加强监控管理

在水电厂监控系统集中控制的运行管理中，要健全对应的安全监测管控制度，做到责任到人，及时监测设备运行状况，及时更新人工智能技术，完善集中控制，同时制定相关事故应急预案，尽量减少安全事故的发生，提高水电站经济效益和社会效益。

3  应用效果

    在对某水电厂监控系统集中控制运行的过程中，各级站点正常投入，主控级设置一用一备，服务器工作站双网运行，CPU使用率＜70%，人为退出主机后，备用机启动，无错误无死机。控制权切换功能、逻辑、时间满足设计要求。虚拟电厂接入调试， LCU及厂站扫查量数据采集正确，精度满足要求，设备操作指令正确，动作信号返回信号正常，动作及返回信号正常即时，操作监护功能正常，系统运行稳定扛扰动能力强。

4  结语

监控系统是水电生产控制过程的部分自动化，集中控制运行才是水电厂监控运行的更优解决方案，本文针对某水电厂计算机监控系统集中控制运行的实际情况进行分析，从建设思路，技术手段，接入方式，数据通信等方面展开分析，对系统运行效果提出改进，确保水电厂监控系统的集中控制运行安全稳定，有一定的推广价值

参考文献：

[1]周围. 水电厂计算机监控系统上位机改造新老系统网络割接的实践[J]. 农村电气化,2022,(07):61-63+90.

[2]陆才旺. 集控模式下水电厂监控智能报警优化[J]. 电工技术,2022,(04):142-144.

[3]罗娟. 水电站监控及流域集控系统建设和运行技术研究——评《水电厂计算机监控及流域集控技术》[J]. 水利水电技术,2020,51(08):229.

[4]谭丕成,吴东磊. 远程集控下水电厂监控自动化功能完善的思考[J]. 水电站机电技术,2020,43(02):36-38.

[5]周尹刚,刘丽. 水电厂集控监控系统及其应用研究[J]. 通讯世界,2014,(04):34-35.