供電集控站技術(shù)在本鋼能源管控系統(tǒng)的應(yīng)用

石 巖 張衛(wèi)紅

（1.本鋼板材股份有限公司能源部，遼寧 本溪 117000；2.上海申瑞繼保電氣有限公司，上海 200233）

能源管控系統(tǒng)是一種可以實(shí)現(xiàn)能源分散采集、集中監(jiān)視、統(tǒng)一管理、平衡調(diào)度的實(shí)時(shí)在線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)。其主要構(gòu)成思想是借助于完善的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)獲取生產(chǎn)過程的重要參數(shù)和相關(guān)能源數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、分析并結(jié)合對生產(chǎn)工藝過程評估，實(shí)時(shí)提供在線能源系統(tǒng)平衡信息和調(diào)整決策方案，確保能源系統(tǒng)平衡調(diào)整的科學(xué)性、及時(shí)性和合理性，從而提高能源利用水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序用能的優(yōu)化分配及供應(yīng)，保證生產(chǎn)及動(dòng)力工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，并最終實(shí)現(xiàn)提高整體能源利用效率的目的[1-2]。

電力作為鋼鐵生產(chǎn)過程中的重要能源介質(zhì)，在整個(gè)能源管控系統(tǒng)中具有非常重要的作用。本鋼能源管控系統(tǒng)電力監(jiān)控子系統(tǒng)要求對于本鋼管轄范圍內(nèi)的重要變電所、高配進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)能源管理的功能要求。

常規(guī)的能源管理系統(tǒng)基于變送器模式實(shí)現(xiàn)用能數(shù)據(jù)采集，施工不便，工作量大，造價(jià)高。而冶金行業(yè)現(xiàn)有變電所絕大部分都具備綜自系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了變電所所內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)控[3-5]。因此，完全可以利用已有的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源管控系統(tǒng)信息集成。

1 本鋼供電系統(tǒng)自動(dòng)化現(xiàn)狀

本鋼現(xiàn)有變電所30 座，其中220kV 變電所一座，66kV 變電所22 座，10kV 變電所7 座。

在上述變電站中已安裝綜自系統(tǒng)的24 座。采集信號3 萬余個(gè)，占整個(gè)能源中心系統(tǒng)信號點(diǎn)數(shù)的80%。

由于本鋼全公司范圍內(nèi)有數(shù)量眾多的變電所，若每個(gè)站都獨(dú)立接入到能源管理系統(tǒng)來，則會(huì)大大增加能源管理系統(tǒng)的接口數(shù)量，不具備技術(shù)可操作性，同時(shí)也對系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在一定的不利因素。

因此，必須采取“分而治之”的設(shè)計(jì)方法，通過集控站建設(shè)進(jìn)行合理分層，在全公司范圍內(nèi)將各變電所和開關(guān)站按區(qū)域進(jìn)行劃分，在地理位置上臨近的若干個(gè)變電站先把變電站采集信息集中到集控站，然后由集控站匯集數(shù)據(jù)并發(fā)往能源管理系統(tǒng)控制中心。

2 集控站整體設(shè)計(jì)方案

考慮到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及地理位置狀況，本鋼能源管控系統(tǒng)初步選定南芬、一開關(guān)站、新1#高爐變電所、二冷軋變電所、給水變、濱河變、歪頭山作為信號匯聚站，將其周圍附近的變電所和開關(guān)站站接入并上傳。

考慮到投資等因素，在能源中心一期只對南芬地區(qū)進(jìn)行集控站改造，將南芬一號變改造成集控站，把附近的六個(gè)站所的信號匯集至南芬一號變，在南芬一號變對其他站所進(jìn)行監(jiān)視控制，其他站所可實(shí)現(xiàn)無人值守。南芬一號變與能源中心調(diào)度通信，能源中心只進(jìn)行信號監(jiān)視，不對南芬地區(qū)的變電所進(jìn)行控制操作。

本鋼廠區(qū)的集控站只做信號匯集，不做集控站改造，待二期工程再進(jìn)行改造。

圖1 南芬一號變集控站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 本鋼能源中心電力調(diào)度組網(wǎng)示意圖

3 集控站軟硬件方案

3.1 集控站硬件方案設(shè)計(jì)

由圖3所示，集控站硬件由通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備以及后臺(tái)計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成。

圖3 集控站硬件組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

其中通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備是系統(tǒng)前置機(jī)，負(fù)責(zé)和各變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)信息采集功能。

為了保障可用性，在各變電站當(dāng)?shù)囟疾渴鹆司哂袛?shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的接口網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與各綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信接口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

集控站通信網(wǎng)關(guān)機(jī)和變電站接口網(wǎng)關(guān)機(jī)之間通過工業(yè)光纖以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

集控站部署兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，互為備用。監(jiān)控主機(jī)和通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過以太網(wǎng)通信。通信網(wǎng)關(guān)機(jī)同時(shí)也向能源管理中心轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息。

3.2 集控站軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖4所示，集控站軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)為多層客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)服務(wù)器端基于 Windows Server2008 操作系統(tǒng)和SQL Server 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。服務(wù)器環(huán)境由數(shù)據(jù)庫訪問中間件、前置框架、系統(tǒng)服務(wù)等程序組成?？蛻舳谁h(huán)境由軟總線、跨平臺(tái)圖形庫等通用程序庫組成。服務(wù)器和客戶端環(huán)境構(gòu)成了系統(tǒng)的平臺(tái)層。在此基礎(chǔ)上是SCADA、能源管理、調(diào)度管理等應(yīng)用程序，構(gòu)成了系統(tǒng)的應(yīng)用層。

圖4 集控站軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 集控站軟件功能設(shè)計(jì)

集控站后臺(tái)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)具有以下功能模塊：

1）數(shù)據(jù)采集模塊，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集遙測、遙信、電量及保護(hù)信號等信息。

2）數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理包括標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)換、工程量轉(zhuǎn)換、越限檢查、公式計(jì)算量、最大最小平均值統(tǒng)計(jì)等。

3）控制操作模塊，包括遠(yuǎn)程控制、防誤閉鎖、批量控制、負(fù)荷控制、順序控制等。

4）告警模塊，包括越限告警、變位告警、事故告警、工況告警、系統(tǒng)告警等。

5）組態(tài)及監(jiān)視，包括工程畫面編輯組態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)視等。

6）報(bào)表模塊，包括報(bào)表制作、報(bào)表自動(dòng)生成、報(bào)表自動(dòng)打印等。

7）歷史數(shù)據(jù)管理，包括歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢、歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)人導(dǎo)出等。

8）事件查詢，包括歷史事件查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等。

9）能源管理，包括能量分類分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，成本核算，能量定額考核管理，能源預(yù)測等功能。

4 集控站關(guān)鍵技術(shù)

4.1 通信規(guī)約選擇

由于各變電站采取了不同廠家的變電站綜合自動(dòng)化產(chǎn)品，因此必須統(tǒng)一接口規(guī)約才能便于工程實(shí)施。

本項(xiàng)目統(tǒng)一采用IEC 60870-5-101 和IEC 60870- 5-104 規(guī)約作為各變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)接口規(guī)約。其中101 用于具有串口接口的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，而104 用于具有網(wǎng)絡(luò)接口的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

從變電站接口網(wǎng)關(guān)機(jī)到集控中心接口網(wǎng)關(guān)機(jī)之間統(tǒng)一采用IEC 60870-5-104 規(guī)約。

此外，為了便于信息集成，對各變電站需要上送的數(shù)據(jù)的范圍和命名都做了統(tǒng)一規(guī)定。

4.2 通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備

通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備是集控站系統(tǒng)中負(fù)責(zé)對各變電站進(jìn)行信息集成的重要設(shè)備。

本項(xiàng)目中選擇嵌入式工控機(jī)作為通信網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái)，安裝SCADA 數(shù)據(jù)采集軟件。該設(shè)備中無旋轉(zhuǎn)設(shè)備，可在惡劣工況下長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

該設(shè)備最多可配置18 個(gè)串口，10 個(gè)網(wǎng)口，可同時(shí)連接多個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

4.3 數(shù)據(jù)緩存和恢復(fù)機(jī)制

在特殊工況下，由于網(wǎng)絡(luò)通信等原因可能引起變電站與集控中心、集控中心與能源管控中心之間的數(shù)據(jù)中斷。為了保證系統(tǒng)可用性，對于通信中斷后的數(shù)據(jù)恢復(fù)進(jìn)行了功能設(shè)計(jì)。

變電站和集控中心的通信網(wǎng)關(guān)都要求具備數(shù)據(jù)緩存功能。數(shù)據(jù)中斷后上級采集系統(tǒng)可對通信網(wǎng)關(guān)發(fā)送自動(dòng)、手動(dòng)命令進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

5 應(yīng)用效果

本鋼能管系統(tǒng)于2011年建設(shè)完成，由上海寶信軟件股份有限公司負(fù)責(zé)總體實(shí)施。通過對能源系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控，大幅度提高了企業(yè)能源系統(tǒng)的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

項(xiàng)目涉及到本鋼多種能源介質(zhì)的數(shù)據(jù)采集和信息集成。其中電氣量采集數(shù)據(jù)點(diǎn)多，采集點(diǎn)分布廣，工作量大。

在項(xiàng)目一期實(shí)施過程中，通過建立南芬集控系統(tǒng)，將所屬區(qū)域的多個(gè)變電站信息在集控系統(tǒng)集成后，通過集控站通信網(wǎng)關(guān)接口與能源管理中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口。通過這種分層設(shè)計(jì)模式清晰地實(shí)現(xiàn)了電氣子系統(tǒng)與能管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。

基于數(shù)據(jù)緩存設(shè)計(jì)的通信網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)運(yùn)行過程體現(xiàn)了較高的可靠性。在通信中斷故障恢復(fù)后，通過通信網(wǎng)關(guān)緩存數(shù)據(jù)自動(dòng)同步恢復(fù)功能極大的保障了能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連續(xù)性。

迄今為止，通過集控站進(jìn)行電氣信息集成已經(jīng)在本鋼能源管理系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。

6 結(jié)論

本文介紹了集控站技術(shù)在能源管控系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用。隨著節(jié)能減排工作的推進(jìn)，能源管控系統(tǒng)在越來越多的冶金企業(yè)得到應(yīng)用。而電力運(yùn)行數(shù)據(jù)的信息集成是能管系統(tǒng)中比不可少的組成部分。利用企業(yè)已有的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以通過集控站建設(shè)快速實(shí)現(xiàn)能管系統(tǒng)信息集成，投資少，見效快。可以預(yù)見，集控站技術(shù)將在能源管控系統(tǒng)建設(shè)中得到更廣泛的應(yīng)用

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