三板溪电厂集控中心计算机监控系统及应用

谷东永，潘二强，李清华，毛 琦，杨丹丹，李成龙

(1.中国水利水电科学研究院中水科技公司，北京 100038；2.贵州三板溪水电厂，贵州 锦屏 556700)

0 引言

三板溪水电站位于沅水上游清水江段，坝址在贵州省黔东南自治州锦屏县境内，距县城25 km，距湖南省怀化市直线距离约140 km，是沅水干流上的龙头电站，工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、旅游等综合效益。电站安装4台250 MW混流式机组，总装机容量1 000 MW，多年平均发电量24.28亿kW·h，年利用小时数2 428 h，设计水头128 m，采用一回500kV线路输出，并入华中电网，送电湖南，承担湖南电力系统的调峰、调频和事故备用，电站本身及其对下游梯级电站的补偿作用将显著改善湖南电力系统的电源结构，并有利于湖南消纳三峡的季节性电量。

挂治水电站位于沅水干流上游河段清水江的中下游，坝址位于贵州省黔东南苗族侗族自治州锦屏县境内，为沅水规划的第3个梯级电站，上游距三板溪水电站18 km，下距锦屏县7 km。本电站为河床式电站，以发电为主、兼改善航运条件、并承担三板溪电站的反调节任务等综合利用效益的中型水电工程。电站安装3台、单机容量为50 MW的轴流转桨式水轮发电机组。电站具有日调节性能，发电库容710万m3，保证出力42.5 MW，多年平均发电量4.021亿kW·h，年利用小时数2 681 h。

三板溪电厂集控中心监控系统采用北京中水科水电科技开发有限公H9000V4.0系统，该系统已于2010年3月15日投入运行。

1 三板溪集控中心系统网络结构

三板溪集控中心计算机监控系统包括位于三板溪电厂生活区的主站端和位于各水电站的计算机监控系统电站端，通过光纤通道将各水电站监控系统与三板溪集控中心主站端相连，形成三板溪集控中心监控系统网络。

1.1 集控中心站网络总体结构

系统采用全分布开放方式网络结构，采用百兆以太网进行监控数据通信，构成冗余热备的星型树状辐射式网络结构。集控中心采用双百兆以太网总线，构成集控中心的网络系统，系统内各设备至网络交换机采用高品质超5类屏蔽双绞线连接。集控中心系统与三挂两厂监控系统的主信道，通过百兆单模光纤收发器，经现有的三挂、厂办单模光纤线路相连。系统主干交换机选用CISCO公司的Catalyst2 960。含有24个10/100/1 000M自适应端口，两个单模光接口，可以满足集控中心系统服务器和工作站等所有网络设备的接入要求。

厂站接入系统通过FOCUS 60 km、40 km单模光纤收发器接入主干交换机，配置两个有10槽的FOCUS机箱，使网络柜中的结构和布局更加稳定美观。

三板溪电厂集控中心系统主站侧网络结构及系统配置图如图1：

图1 三板溪、挂治联控系统方案

1.2 厂站侧网络总体结构

在每个电站配置两台互为热备的厂站通讯前置机，通过各自厂站系统的主干交换机，经由FOCUS 60 km、40 km单模光纤收发器与光纤相连接，最终接入三板溪集控中心的主干交换机。两台通讯前置机作为网关机配置多块网卡，一端连接电站监控计算机系统，一端连接通讯区交换机。通讯前置机实时采集监控系统的数据，经IEC104通讯规约将数据上送到集控中心监控系统，并能及时转发集控中心监控系统下达的各种命令。

2 梯调电调系统设计

2.1 梯调电调自动化系统体系结构

三板溪集控中心监控系统由操作员工作站、通讯数据服务器、报表工作站、数据预处理工作站组成。主要设备详细配置及实现功能如下：

历史服务器兼通讯服务器：采用HP DL380G5服务器，中文Windows 2000操作系统，安装有商用数据库软件及ROSE HA双机管理软件，同时还配置有磁盘阵列，容量为6×500 GB，实现监控系统历史数据的管理功能，两台历史服务器主机互为热备用。

操作员工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系统，采用一机三显的显示方式，实现中控室运行人员监视与控制功能。两台操作员站互为热备用。

报表工作站兼历史数据查询工作站：采用HP XW6600，中文Windows 2000操作系统，该工作站安装有北京中水科水电科技开发有限公司研制开发的hista历史数据库管理软件及Hreport报表软件，为电站的历史数据查询提供了良好的操作平台。

预处理工作站：采用HP XW4600，中文Windows 2000操作系统，实现数据预处理功能和仿真培训，日常维护功能。

GPS时钟：采用BBS-3时钟，配置4个NTP网络模块，4路串口、12个脉冲接口，提供多种对时方式。实现集控中心监控系统及其它监视设备时间一致功能。

历史数据库支撑系统采用oracle 9i企业版，实时数据库系统采用H9000系统实时数据库，应用软件采用北京中水科水电科技开发有限公司研制开发的H9000CAS系统。

本系统软件包括四大部分，即计算机系统软件、基本软件、应用软件以及工具软件。系统软件是随计算机硬件设备一同购入由系统软件生产厂商提供的软件，用以提供监控系统其它软件运行的环境，用户软件的开发手段，如用户程序的编辑、编译、联接、任务的插入、运行、退出等。基本软件是实现监控系统基本监控功能所必须的软件，如数据采集，数据处理，数据库管理，图形显示，报表生成，语音报警等软件。应用软件是实现生产过程操作或控制功能的软件，如AGC、AVC等，由于电站特性的不同、功能要求的差异，应用软件的差别很大，一般需特殊处理。工具软件是提高系统开发效率的软件，它可以减轻软件开发与维护强度，提高系统的可维性，使开放系统真正地向用户开放。

2.2 三板溪电厂集控中心系统主要特点

(1)本系统服务器和工作站的所有内部通信和所有与外部系统的通信都基于广泛采用的国际和工业标准。系统采用冗余网络结构、计算机冗余配置，以符合工业标准的局域网(LAN)连接起来，并按功能模块来分配服务器和工作站。

(2)本系统采用冗余的交换式局域网结构，构成功能分布的开放系统。该系统能使用户今后方便的进行硬件设备和应用软件的扩充和升级。无论是单网故障，还是网上节点内的单点网络故障都不能影响系统功能。

(3)系统采用开放式、分布式体系结构，采用模块化设计、使用标准产品和接口、遵循国际软/硬件标准。应用环境中使用的网络管理技术、数据库技术、通信技术、面向对象技术、电力应用软件的国际标准，可满足对相关系统的安全互联需求以及系统总体功能需要，为集控电站安全、可靠、经济运行提供技术支撑。

(4)系统保证整个系统使用期内对实时数据库及历史数据库扩容的需要。系统应提供支持软件，包括图形界面生成工具，图形界面方式的数据库生成及维护工具等，使用户无须编程，即可对系统进行扩充。

(5)系统人机界面按“所见即所得”的风格设计，并提供有工具软件，可方便地生成并维护显示画面及控制菜单，具备数模一体化能力。技术人员可自己完成LCD画面生成和数据库的定义。电调自动化系统的实时、历史、应用等数据库间具备自动的内部映射关系(或数据复制功能)，避免数据库内元件的多次定义。所有人机工作站和服务器均支持各种功能的操作界面，并具有统一的、风格一致的系统体系。

3 三板溪电厂集控中心主要功能

集控中心计算机监控系统主要实现所属子站水电站的数据采集、监视和控制(SCADA)、经济调度、梯级AGC，自动电压调整(AVC)等，并满足上级调度部门通过本系统实现梯级各水电站五遥(遥信、遥测、遥调、遥控和遥视)功能，实现五凌电力公司首个集控中心的投运，最终实现五凌电力公司长沙集控中心对所属电站的统一联合调度。

3.1 对子水电站的集中控制功能

三板溪电厂集控中心监控系统可实现三板溪、挂治水电站的集中监视和控制，将水电站的计算机监控系统的主要功能集中到梯级调度中心，在近期实现减少每个水电站的值班人员，最终实现所属水电站的“无人值班(少人值守)”控制目标。

本系统的控制层次包括调度远方/集控/站调/现地。系统通过完整的控制策略，可实时改变水电站/机组的控制权限。控制权限的转移按现地优先的原则设计，即下级调度有权切换控制权限，上级调度如需将控制权切换给自己，必须通知下级调度切换权限。

电调系统的控制功能主要有：机组启/停，机组有功、无功功率调整，断路器投/切，AGC/AVC的投退、其他设备的有关控制等。

3.2 数据采集和监视功能

三板溪电厂集控中心监控系统的数据采集和处理功能主要由系统通讯服务器、实时数据库服务器、历史数据库服务器完成。

系统可以适应多源数据采集，如：来自于水电站监控系统的数据(主备双通道)，来自于调度部门调度自动化系统的数据，来自于乙方提供的电调自动化系统应用软件输出的数据，来自于水调自动化系统、电能量计量系统等的数据，人工输入的数据，来自于标准时钟系统等数据源。数据类型涵盖模拟量数据，状态量数据，SOE数据，带时标电能量数据，计算数据控制命令和设点命令数据等。系统对采集到的数据要进行合理性检查、越限报警、状态量的事故判别等预处理。

3.3 统计考核功能

可以对监视点的电压、频率、功率、电能量、梯级系统运行指标、电调系统运行指标等数据进行统计考核，并对所有遥测量、遥信量和计算量都配置数据质量码，以反映数据的可靠程度。

3.4 事件/报警处理

子站电站事件和三板溪电厂集控中心自动化系统事件按站调系统、集控中心系统不同的记录表来存储和分类查询，能分开记录、保存和打印。保存的记历史记录可分类检索。事件/报警的显示和打印有随机方式，调度员请求方式。

3.5 梯级电站AGC(自动发电控制)

系统可根据上级调度部门下达或梯调水调自动化系统传来的短期发电计划曲线，实现所控水电站或机组的负荷出力调节，按照给定的曲线实现水电站或机组的有功分配；具备在上级调度部门许可的情况下，三板溪电厂集控中心系统接收上级AGC控制命令后，按照分配策略可迅速分配至电站的某一机组或几个机组，参加整个电网的功率调节，实时实现上级调度部门传来的有功功率值的再次分配。集控中心AGC控制能够做到水电站全厂有功调节，也可实现单个机组的有功调。

3.6 H9000/HistA历史数据管理系统

H9000/HistA历史数据管理系统是以商业数据库(如：Oracle、Sybase等)为后台数据库，使用PowerBuilder为前端开发工具开发的一个具有Client/Server体系结构的应用系统，该系统运行在中文Windows NT软件环境下。

历史库系统可以存储一分钟数据表、五分钟数据表、十五分钟数据表(当年和历史)、整点数据表(当年和历史)、日数据表、月数据表、统计表、报警数据表(当年和历史)。运行和维护人员可以很方便的查询某个模拟量点的历史数据和开关量的动作信息以及报警记录，对于电站的安全生产具有重要的统计意义。

3.7 HReport功能

H9000/HReport是为电力系统量身定做的一套报表快速生成及历史信息查询软件，系统支持C/S(HReport)和B/S(WebReport)体系。对于B/S模式，客户端使用IE浏览查询报表；对于C/S模式一般适用于局域网用户，客户端可分别配置成不同功能的瘦客户。三板溪电厂集控中心采用的是C/S模式。以下是C/S部分的功能介绍：

HReport是建立在Microsoft Excel自动化技术、OleDb数据库访问技术以及XML技术上的一套具有良好用户界面的快速报表生成软件，完全兼容Excel电子表格和XML文档。

HReport以Excel插件的形式存在，可以运行于Excel2000及以上的版本。利用Excel提供的自动化模型，将报表生成逻辑及数据库访问嵌入到Excel界面，依托于Excel强大的编辑功能、友好的用户界面。系统由用户自定义需要的周期类型，通过友好的配置界面对各类报表的数据来源、表现形式、使用的周期等进行配置，可以自定义报表目录树对报表模板分类管理。

3.8 闭锁条件库与防误操作功能

系统具有完善的防误操作功能，可以确保由计算机系统发出的命令安全可靠。用户不需编程，只需将各种操作闭锁关系按规定的格式填入定义文件，建立相应的闭锁库即可。ControlLock会自动对计算机系统的各项指令进行条件判断，满足条件则执行，不满足条件则闭锁，并给运行人员进行闭锁原因提示。子站收到命令后需进行条件判断再执行命令。

4 结束语

三板溪电厂集控中心计算机监控系统从投入试运行到现在，各项功能稳定可靠，系统运行稳定，所有设备运行正常，操作控制正确可靠，远方开停机、设备的控制、AGC动作正确率均达到100%，系统可用率高，为五凌电力公司长沙集控中心集控的实现和成功投运奠定了坚实的基础。