国电投狮子滩新能源集控中心自动化系统建设

颜现波，邢建模，侯杰仁，王中才，张 青，

（1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；3.国家电投集团重庆狮子滩发电有限公司，重庆 401220）

0 引言

为了加快企业小水电改革进程以及优化新能源电站管理模式，国电投集团对下属企业在建及新建的新能源项目提出了“工业化、数字化、信息化”深度融合的要求，改变传统运营管理方式、转变观念、将集控中心作为新型运行管理模式。根据国家电投新能源建设的统一规划，在渝的下属水电站、风电场及光伏电站等新能源项目将统一接入狮子滩集控中心，实现远程集群集中控制。狮子滩新能源集控中心将成为国家电投集团区域性水电新能源生产运营中心。该中心将实现所有发电设备的实时监视与远方控制，对设备运行中产生的大量数据进行采集与存储，为下一步集团公司数字化、智能化、大数据中心建设提供充实的数据基础和分析依据。

狮子滩新能源集控中心自动化系统基于新一代H9000智能一体化监控平台而构建，以集控数据实时监控、AGC/AVC经济运行、检修与生产运营等应用为架构核心，以标准化、模块化、一体化、智能化为设计原则。整个自动化系统集成水电站计算机监控、水情水调、风机监控、光伏发电、电能计量及风、光功率预测系统等，解决了电站生产系统及各辅控系统各自孤立、数据隔离、维护复杂等问题，见文献[1-4]。整个自动化系统设计理念及架构如图1所示。

图1 狮子滩新能源集控平台设计理念及系统架构

1 系统概况

狮子滩新能源集控中心第一期集控建设目标将实现龙溪河流域的狮子滩、下硐、上硐、回龙寨水电站，以及大洪河流域的大洪河水电站的接入及控制工作。第二期集控建设目标为芙蓉江流域江口电站和金子山风电场的接入及控制工作。第三期集控建设目标为梅溪河流域渡口坝水电站以及五洞岩光伏电站接入及远程集中控制。集控中心设置在位于国家电投集团重庆狮子滩发电有限公司运营中心大楼四楼。根据场所条件、集控中心的特点和设备配置情况，四楼统一划分为集控大厅、盘柜室、蓄电池室、办公区、交接班室等，接入规划见表1。

表1 电站概况及接入规划

2 系统设计原则

2.1 智慧电网架构下新能源集控中心自动化系统总体设计原则

（1）为适应智慧电网架构下“智能电站”的发展需要，该方案中采用基于多主机、多规约、多链路的“调控一体化”技术实现现地层、厂站层、集控层、省调、网调等多方数据通信及远程调控功能。

（2）为满足智慧电网架构下数据实时性的要求，采用热备分级时钟系统方案，搭建全厂时钟对时系统，实现控制Ⅰ区所有设备统一对时，保证数据时效性。

（3）为实现网络通信的高可靠性及快速传输性，满足电站监视及上级调度中心远程调控要求，方案中通信网络及控制网络均采用双环双冗余网络通信方式。系统配置满足可靠、冗余原则，设备选型先进，符合当前技术发展特点，系统数据监视实时性较高，数据传输抗干扰能力强。

（4）整个新能源集控中心自动化系统建设方案中贯彻“数字化、智能化、智慧化”的设计理念，坚持“设备对象数字化”、“设备管理及高级应用智能化”、“数据分析及决策应用智慧化”等原则，见文献[5]。

2.2 新能源集控中心自动化系统安全防护原则

新能源集控中心整个自动化系统分为安全Ⅰ区即生产控制网（各电站计算机监控系统、箱变系统）、安全Ⅱ区即非控制网（保信系统、水情水调系统）、安全Ⅲ区即生产信息管理网（风、光功率预测、电能计量系统）。安全Ⅰ区和安全Ⅱ区之间配置有防火墙，Ⅱ区和Ⅲ区之间配置有正、反向隔离装置。水调自动化系统配置有水调数据库兼通信服务器，水调自动化工作站等。电能计量系统配置有电能计量采集服务器、电能计量历史服务器及报表工作站等。WEB发布、在线趋势分析、状态监测系统位于管理信息Ⅲ区。

视频监控系统独立组网，租用电信运营商通道接入集控中心工业电视路由器，进而接入集控中心视频监控系统。整体网络拓扑图及安全分区如图2所示。

图2 狮子滩新能源集控网络拓扑及安全分区图

3 集控中心数据接入网设计

3.1 水电站接入网络

在集控下属水电站各配置两套光传输设备，用于传输水电站计算机监控系统数据以及水调、电能计量数据。水电站数据接入网络拓扑图见图3。

图3 水电站数据接入网络拓扑图

3.2 风电场数据接入网络结构

针对风电场设备分散、数据量大的特点。风机、箱变、功率控制等实时业务，通信规约大多采用Modbus TCP协议或者OPC协议，实时业务的数据通信量大，因此，在电站配置两台前置采集服务器，采集实时数据，采用IEC104规约转发给集控中心，兼顾定期全送数据和变化数据主动上送的特点，可大量节省通信带宽，并具有传输可靠、效率高等特点。保信子站、风功率预测系统、电能计量系统等非实时业务，通信数据量较小，集控中心直釆数据，效率更高。风电场数据接入网络见图4。

图4 风电场数据接入网络拓扑图

3.3 光伏电站接入网络

光伏电站接入集控中心的系统包括升压站监控系统、光伏监控系统、箱变监控系统、功率控制系统、光功率预测系统、电能量系统等。升压站监控系统集成了所有的实时系统，因此电站现场无需配置前置采集服务器，由集控主站系统直釆电站侧数据，其他接入网络与风电场类似。

3.4 功率控制系统

功率控制系统接入场站侧的前置采集服务器，转发给集控中心安全Ⅰ区。功率控制系统一般由调度直接控制，集控中心主要采集其数据进行风水光互补分析，保留对功率控制系统的调节控制权限，在调度允许的情况下根据风水光优化分析策略进行风机的遥调和遥控。

3.5 风、光功率预测系统

风、光功率预测系统以两种方式接入集控中心安全Ⅱ区。①WEB方式，可以在集控中心采用WEB方式远程访问场站侧预测系统。②风功率预测系统通过FTP协议方式接收场站文本格式的风功率预测短期和超短期文件。

3.6 保信子站

保信子站系统通过非实时通道接入集控中心安全Ⅱ区。集控中心保信主站系统通过IEC60870-103协议采集场站保信子站的数据。

3.7 水调自动化系统接入网络

水调自动化系统通过非实时通道接入集控中心安全Ⅱ区。水调自动化系统开放数据库接口，由集控中心水情测报系统直接读取数据库的方式采集数据，并采用FTP文本协议通过正向隔离装置将相关水情水调数据传送至集控中心自动化系统。

3.8 电能计量系统接入网络

电能计量系统通过非实时通道接入集控中心安全Ⅱ区。集控中心电能量系统集成在监控系统内，集控中心通过威远IEC60870-102协议采集场站电能量采集终端的数据，并将数据存储于电能计量历史服务器。

3.9 工业电视接入网络

工业电视系统通过租用电信运营商网络，将场站侧的视频监控系统汇聚接入集控中心，集控中心视频监控系统提供网络接口给大屏幕系统，图像质量不低于720 P；监控系统提供2路DVI视频信号给大屏幕系统，分辨率不低于1 600×1 200；大屏幕系统将网络视频信号和计算机视频信号进行解码。视频监控系统网络拓扑图见图5。

图5 视频监控系统网络拓扑图

3.10 调度电话接入网络

集控中心中控台配置有4个工位，每个工位配备两个调度电话和一个调度控制台，每个场站配置两个调度电话，调度电话经过重庆长寿地区光纤A/B网连通场站、集控和地调、省调。调度电话接入网络如图6所示。

图6 调度电话接入网络拓扑图

4 结语

本文主要介绍狮子滩新能源集控中心自动化系统的设计方案及原则，根据水电站、风电场及光伏电站自动化系统不同特点，将场站不同类型的自动化系统数据接入到集控中心。该自动化系统对分布在不同地理空间的机电设备进行远程监视和调控，厂站内设备运行数据经由数据通信层传输至集控中心，集控中心自动化系统对设备运行数据进行存储、计算、分析与诊断。集控自动化系统中高级应用功能在分析运行数据的基础上引入大数据、深度学习、人工智能等优秀算法对设备运行状态及其潜在故障进行分析，为设备正常运转提供精准的运维指导，极大地降低了电厂运行维护成本，大幅度提高了运行管理水平。狮子滩新能源集控中心实现了新能源电站“无人值班，少人值守”的运维管理模式，同时也为中、小水电企业改造提供了参考经验和可借鉴实例。