長河壩及黃金坪水電站流域集控中心設(shè)計關(guān)鍵要點分析

唐 亞 波

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定　626001)

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長河壩及黃金坪水電站流域集控中心設(shè)計關(guān)鍵要點分析

唐 亞 波

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定626001)

摘要：針對四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司成都集控中心的梯級集控中心建設(shè)要求，對集控中心設(shè)計中的幾個關(guān)鍵部分進(jìn)行了分析和研究，包括集控模式的選擇、綜合自動化業(yè)務(wù)的設(shè)計、集控中心安全防護(hù)的策略、集控中心實時控制部分的設(shè)計以及傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：水電廠；集控中心；綜合自動化系統(tǒng)；設(shè)計

1概述

四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司是大唐國際發(fā)電股份有限公司最大的水電基地，主要負(fù)責(zé)四川境內(nèi)大渡河流域長河壩、黃金坪電站的水電開發(fā)。長河壩水電站為大渡河干流水電梯級開發(fā)中的第 10 級電站，總裝機(jī)容量 2 600 MW。黃金坪水電站為大渡河干流水電梯級開發(fā)中的第 11 級電站，總裝機(jī)容量 850 MW。長河壩及黃金坪水電站流域集控中心的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)兩級電站的梯級優(yōu)化、防洪防汛配合等統(tǒng)一調(diào)度管理，進(jìn)而提高其水能利用效益，達(dá)到整體經(jīng)濟(jì)利益的最大化。

2流域集控模式的選擇

集控中心可能的模式歸納為以下三種。

(1)集中監(jiān)控中心。

負(fù)責(zé)完成所轄電站的統(tǒng)籌運(yùn)行和負(fù)荷分配等，其各梯級電站控制功能相對獨立，上送中心的數(shù)據(jù)量少。

(2)管理型監(jiān)控中心。

負(fù)責(zé)完成所轄電站的安全監(jiān)視和操作控制，其監(jiān)控功能完整，水調(diào)、電調(diào)獨立，通過對梯級電站的多庫聯(lián)合運(yùn)行，實現(xiàn)對所轄電站的優(yōu)化調(diào)節(jié)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(3) 經(jīng)營管理型中心。

在管理型監(jiān)控中心的基礎(chǔ)上，通過對綜合自動化系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)(如計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、電能量采集及報競價系統(tǒng)、繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)、主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)等)的有效整合，達(dá)到信息共享和綜合利用的效果，實現(xiàn)對所轄電站的安全監(jiān)視、優(yōu)化控制及統(tǒng)一管理。

根據(jù)公司運(yùn)行管理需求，最終選擇了經(jīng)營管理型中心的模式建設(shè)集控中心。

3集控中心綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

為了有效實現(xiàn)流域集中控制，我們將長河壩水電站、黃金坪水電站、集控中心作為一個整體進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，實施完整的綜合自動化系統(tǒng)，包括計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、電能量采集及報競價系統(tǒng)、繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，各個系統(tǒng)相輔相成。

為了提高集控中心所轄電廠的生產(chǎn)管理水平和企業(yè)辦公效率，在梯級集控中心內(nèi)配置了管理信息系統(tǒng) MIS，采用現(xiàn)有辦公業(yè)務(wù)工作流的模式，集公文檔案系統(tǒng)、日常辦公系統(tǒng)、信息服務(wù)系統(tǒng)等于一體。

4集控中心之安全防護(hù)設(shè)計

堅持安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證的原則，以保證集控中心數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全。

4.1安全區(qū)劃分

該集控中心綜合自動化系統(tǒng)原則上劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。管理信息大區(qū)系指除生產(chǎn)控制大區(qū)以外的電力企業(yè)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集合。

生產(chǎn)控制大區(qū)分為控制區(qū)(安全區(qū)I)和非控制區(qū)(安全區(qū)Ⅱ)。安全區(qū)Ⅰ的典型系統(tǒng)包括計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、涉網(wǎng)自動化系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)實時性為秒級(或毫秒級)，外部通信邊界為電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的實時子網(wǎng)和專用通道。安全區(qū)Ⅱ的典型系統(tǒng)包括水調(diào)自動化系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)、主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)等。安全區(qū)Ⅱ的數(shù)據(jù)采集頻度為分鐘級、小時級，其外部通信邊界為電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的非實時子網(wǎng)。

4.2安全區(qū)之間的橫向隔離

從生產(chǎn)控制大區(qū)往管理信息大區(qū)采用正向安全隔離裝置單向傳輸；由管理信息大區(qū)往生產(chǎn)控制大區(qū)采用反向安全隔離裝置。安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)之間采用硬件防火墻、具有訪問控制功能的設(shè)備進(jìn)行邏輯隔離。

4.3安全區(qū)與遠(yuǎn)方通信的縱向安全防護(hù)

生產(chǎn)控制大區(qū)接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)時，采用電力專用縱向加密認(rèn)證裝置實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層雙向身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和訪問控制。管理信息大區(qū)采用硬件防火墻或更高安全強(qiáng)度的設(shè)備接入電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)?；趯Ｓ猛ǖ赖耐ㄐ挪捎镁€路加密技術(shù)保護(hù)關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

5實時控制部分的設(shè)計

5.1總體結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要以各個梯級電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及集控中心的廠級計算機(jī)等設(shè)備為主，構(gòu)成一個全計算機(jī)監(jiān)控的、實時的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用全開放式分層分布系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)分為三個層次：

(1)集控層：即集控中心的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對整個長河壩、黃金坪水電站的監(jiān)視和控制。

(2)廠站層：即長河壩、黃金坪水電站內(nèi)部的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的廠級計算機(jī)，只負(fù)責(zé)對本站內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)視和控制。廠站層設(shè)備通過各電站至集控中心的通信網(wǎng)與集控中心的集控層設(shè)備互聯(lián)，并通過光纜與站內(nèi)的各現(xiàn)地層設(shè)備互聯(lián)。

(3)現(xiàn)地層：即長河壩、黃金坪水電站內(nèi)部的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元，只負(fù)責(zé)對本控制單元范圍內(nèi)的監(jiān)視和控制。

5.2控制方式設(shè)計

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)方式有以下四種：

(1)電網(wǎng)調(diào)控方式：按電網(wǎng)調(diào)度要求直接調(diào)度電站，該電站自行與電網(wǎng)調(diào)度通信，上傳電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)要求的實時數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)等，接收電網(wǎng)調(diào)度發(fā)布的調(diào)控命令，進(jìn)行實時控制調(diào)節(jié)、安全監(jiān)視。同時，集控中心亦可接收該電站上送的實時數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)等，用于監(jiān)視。

(2)成都集控調(diào)控方式：電網(wǎng)調(diào)度發(fā)調(diào)控命令和設(shè)定值到集控中心，由集控中心對電站進(jìn)行遠(yuǎn)方實時控制調(diào)節(jié)、安全監(jiān)視，實現(xiàn)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和統(tǒng)一調(diào)度管理。

(3)廠站調(diào)控方式：由場站側(cè)運(yùn)行人員自行設(shè)定命令和設(shè)定值，由電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)控機(jī)組、閘門及其它設(shè)備。

5.3集控層計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以一個中央節(jié)點為中心，以輻射方式連接各個節(jié)點設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單，傳輸速率高，擴(kuò)展方便的優(yōu)點，同時一個節(jié)點的故障不影響系統(tǒng)其它部分[1]。由于各電站至集控中心計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是通過租用四川省調(diào)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)實現(xiàn)的，因此，集控層網(wǎng)絡(luò)推薦采用雙星型的快速交換式以太網(wǎng)。

對于貫穿梯級電站和集控中心的光纖集控層網(wǎng)絡(luò)，使用 1 000 Mbps的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。再結(jié)合通信規(guī)劃設(shè)計，各電站至集控中心的主用通道速率采用 10 Mbps、備用通道速率采用4 Mbps。

6傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

6.1主用通道組網(wǎng)

目前四川省的電力光纖干線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋全川，電力光纖網(wǎng)絡(luò)主要采用電力特種 OPWG光纜線路，OPGW 光纜復(fù)合于輸電線路地線中，受自然災(zāi)害影響較小，可靠性高?？紤]到四川電力光纖通信專網(wǎng)現(xiàn)狀，最終將集控中心通信傳輸?shù)闹饔猛ǖ啦捎米庥盟拇娏饫w通信專網(wǎng)電路的方式，長河壩、黃金坪水電站分別租用電力專網(wǎng)光纖通信電路至四川電力調(diào)度中心，而四川電力調(diào)度中心至集控中心由于沒有專用的直達(dá)線路，需自建部分光纜線路溝通集控中心至四川電力調(diào)度中心的通信傳輸通道。

6.2備用通道組網(wǎng)

為保證電站至集控中心生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，集控中心?yīng)配置備用的通信傳輸通道。目前公網(wǎng)各大營運(yùn)商光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全部覆蓋本工程梯級電站所在地，根據(jù)梯級集控業(yè)務(wù)傳輸

通道需求，選擇租用公網(wǎng)帶寬作為集控中心備用通信通道。

6.3應(yīng)急通道組網(wǎng)

集控中心應(yīng)具備防御各種故障和抵抗自然災(zāi)害的能力，而衛(wèi)星通信抗自然災(zāi)害能力較強(qiáng)，傳輸容量較大，可滿足集控中心對音頻、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨?。為保證集控中心通信系統(tǒng)通道的可靠性，最終決定建設(shè) 1套衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為集控中心通信應(yīng)急通道。

7結(jié)語

目前的電力市場已經(jīng)實現(xiàn)峰谷、豐枯分段電價，競價上網(wǎng)的電力體制改革也正在進(jìn)行之中，為更加合理地利用水力資源，實現(xiàn)流域梯級電站的優(yōu)化調(diào)度尤為重要。流域梯級集控中心的建設(shè)涉及到管理與技術(shù)的各個方面，邊界與約束條件多，規(guī)劃與實施難度大，技術(shù)含量高，專業(yè)跨度大，因此，必須統(tǒng)籌考慮，統(tǒng)一規(guī)劃。筆者通過對四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司集控中心設(shè)計的幾個關(guān)鍵部分的闡述(例如集控模式的選擇、實時控制部分的設(shè)計等)，希望對后續(xù)的流域梯級集控中心建設(shè)起到一定的借鑒作用。當(dāng)然，如何滿足水電開發(fā)公司未來的發(fā)展需要，使集控中心的建設(shè)符合水電生產(chǎn)管理模式與業(yè)務(wù)模式的變化將是未來集控中心建設(shè)需要考慮的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳亞軍.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析[J].軟件導(dǎo)刊.2011，9(12):113-116.

[2]毛謙.我國光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和前景[J].電信科學(xué)，2006，50(8):1-4.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

唐亞波(1987-)，男，湖南永州人，工程師，工程碩士，從事大型水電廠電氣設(shè)備管理工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0009-02

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV736;TV737

收稿日期:2015-12-31