黃登水電站CSCS系統(tǒng)建設(shè)與關(guān)鍵技術(shù)研究

顏現(xiàn)波，毛 琦，趙勇飛，盧小芳

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

黃登水電站位于瀾滄江上游河段，處于托巴水電站與大華橋水電站之間。該電站共設(shè)置4臺(tái)單機(jī)容量為475 MW發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 900 MW，在系統(tǒng)中承擔(dān)腰荷、調(diào)峰和調(diào)頻的任務(wù)。電站接受南方電網(wǎng)總調(diào)、云南省調(diào)及上級(jí)集控中心調(diào)管。整個(gè)CSCS建設(shè)方案采用H9000 V4.5國(guó)產(chǎn)化水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件。H9000 V4.5軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外數(shù)百個(gè)水電站，是一套成熟的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 黃登水電站CSCS系統(tǒng)建設(shè)總體原則

電站CSCS系統(tǒng)利用基于多主機(jī)、多規(guī)約、多鏈路的“調(diào)控一體化”技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、遠(yuǎn)方、集控、調(diào)度等多方調(diào)控。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部署過程中，堅(jiān)持“設(shè)備對(duì)象數(shù)字化”、“數(shù)據(jù)通信規(guī)范化”、“監(jiān)控平臺(tái)一體化”等原則，以適應(yīng)智慧電網(wǎng)架構(gòu)下“智能電站”的發(fā)展需要。

為解決大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題，采用RAID磁盤存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的安全、快速存儲(chǔ)。配備商業(yè)Oracle數(shù)據(jù)庫，用于秒級(jí)、分鐘、小時(shí)等歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索，并按照實(shí)際需求配置專業(yè)數(shù)據(jù)可視化軟件SMA2000，以及靈活的報(bào)表制作軟件Hreport。

為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的高可靠性及快速傳輸性，電站廠站層系統(tǒng)主干控制網(wǎng)采用雙環(huán)型1 000 Mb/s冗余以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，現(xiàn)地LCU層設(shè)置冗余交換機(jī)，采用雙CPU、雙以太網(wǎng)保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。CSCS系統(tǒng)主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2 CSCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

2.1 廠站層控制系統(tǒng)構(gòu)成及配置方案

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及高級(jí)功能應(yīng)用服務(wù)器2套，主要功能為：

1）監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，DI、SOE量事件報(bào)警處理，AI、RTD量數(shù)值越限檢查,系統(tǒng)綜合計(jì)算庫執(zhí)行、實(shí)時(shí)設(shè)備操作閉鎖庫生成等功能。

2）實(shí)現(xiàn)電站在調(diào)控模式下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（即自動(dòng)發(fā)電AGC技術(shù)、自動(dòng)電壓AVC技術(shù)）。

（2）ORACLE歷史庫服務(wù)器2套,主要功能為：

1)兩套服務(wù)器互為備用，共同完成對(duì)磁盤陣列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理功能。

2）主控服務(wù)器按周期將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫寫入歷史庫，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)長(zhǎng)期存檔，并對(duì)其他客戶端提供訪問接口及歷史數(shù)據(jù)查詢、調(diào)用服務(wù)。

（3）設(shè)置運(yùn)行操作工作站5套,主要功能為：

1)基于H9000 V4.5的OIX人機(jī)界面軟件可以實(shí)現(xiàn)廠站人員對(duì)電站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況監(jiān)視功能。如發(fā)電機(jī)組、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、油系統(tǒng)等運(yùn)行工況監(jiān)視、事故告警、控制方式調(diào)節(jié)、機(jī)組啟停和開關(guān)設(shè)備操作等。

2）實(shí)現(xiàn)廠站人員對(duì)站控設(shè)備的控制命令下發(fā)功能。其中主要操作命令包括：機(jī)組順控流程操作、發(fā)電功率調(diào)節(jié)、斷路器、隔離開關(guān)及接地刀閘等設(shè)備操縱以及閘門升、降、停及開度給定操作等。

3）4套操作工作站分別布置在地面值守樓及地下控制室，地面值守樓及地下控制室的操作工作站應(yīng)相互閉鎖，地下控制室的操作工作站優(yōu)先。另外一臺(tái)操作工作站設(shè)置成移動(dòng)式，主要完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、試驗(yàn)及維護(hù)任務(wù)。

（4）設(shè)置對(duì)外通信服務(wù)器6套：為滿足調(diào)度中心對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)“直采直送”要求，通信服務(wù)器直接接入廠站層主干控制網(wǎng)。其中2套完成廠站與省調(diào)、地調(diào)通信，2套完成電站與南方電網(wǎng)網(wǎng)調(diào)的調(diào)度通信，2套完成電站與上級(jí)公司集控中心通信。

（5）配置工程師站1套、廠內(nèi)通信工作站1套、語音告警及ON-CALL服務(wù)器1套，主要承擔(dān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、畫面的維護(hù)管理、電站輔控設(shè)備通信、語音報(bào)警及短信發(fā)送功能。ON-CALL報(bào)警系統(tǒng)支持中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信等移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商。

圖1 黃登水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 現(xiàn)地層控制單元(LCU)系統(tǒng)構(gòu)成

（1）機(jī)組LCU(LCU1～LCU4) 4套：每套均包含1個(gè)進(jìn)水口遠(yuǎn)程I/O和1套機(jī)組測(cè)溫LCU。

設(shè)置冗余的現(xiàn)地交換機(jī)，雙CPU、雙機(jī)架、雙以太網(wǎng)口、雙電源裝置。為滿足大型機(jī)組溫度監(jiān)視需求，該系統(tǒng)配置獨(dú)立的機(jī)組測(cè)溫LCU系統(tǒng)。

（2）地 下 開 關(guān) 站LCU(LCUK1～LCUK4) 4套:500 kV每串設(shè)備和雙母線各設(shè)置一套LCU，共4套。LCU配置冗余的現(xiàn)地交換機(jī)，雙CPU、雙機(jī)架、雙以太網(wǎng)口、雙電源裝置，每個(gè)LCU與上位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連接，組成雙星型網(wǎng)絡(luò)。

（3）廠用電設(shè)備LCU(LCUC1～LCUC4) 4套: 每段10 kV廠用電設(shè)置1套LCU，共4套，LCU配置冗余的現(xiàn)地交換機(jī)，雙CPU、雙機(jī)架、雙以太網(wǎng)口、雙電源裝置，LCU與上位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連接，組成雙星型網(wǎng)絡(luò)。

(4)現(xiàn)地層控制單元還包括：1套公用設(shè)備LCU，1套壩區(qū)設(shè)備LCU，1套地面值守樓LCU以及一鍵式落門控制柜等。典型現(xiàn)地LCU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖2。

圖2 機(jī)組現(xiàn)地LCU I/O網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方案

3.1 多主機(jī)、多規(guī)約、多鏈路通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

電站控制調(diào)節(jié)方式的優(yōu)先級(jí)依次為：現(xiàn)地控制級(jí)、廠站控制級(jí)、集控中心、調(diào)度控制級(jí)。電站與集控中心網(wǎng)絡(luò)通信采用雙網(wǎng)絡(luò)IEC104規(guī)約。為保證大量數(shù)據(jù)通信的完整與安全，設(shè)計(jì)了基于多服務(wù)器、多規(guī)約、多鏈路的通信設(shè)計(jì)思想，并采用電信、電網(wǎng)雙通道冗余結(jié)構(gòu)。集控通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖3。

3.2 CSCS系統(tǒng)RAID存儲(chǔ)技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方案

（1）RAID磁盤存儲(chǔ)技術(shù)原理是將一組磁盤驅(qū)動(dòng)器用某種邏輯方式聯(lián)系起來，作為邏輯上的一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器來使用。目前主要有RAID0、RAID1、RAID5等多種存儲(chǔ)方式，為了得到更高的速度、穩(wěn)定性、更大的存儲(chǔ)能力以及容錯(cuò)能力，一般都采用幾種RAID存儲(chǔ)方式組合形式。

（2）選用RAID存儲(chǔ)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1）采用快速數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)，保障較高的數(shù)據(jù)安全性和完整性。

圖3 黃登電站集控通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2）超大容量和級(jí)聯(lián)的擴(kuò)展技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

3）采用磁盤陣列自帶CPU 和內(nèi)存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問的高速性。

4）配備雙機(jī)集群容錯(cuò)軟件,保證作業(yè)連續(xù)性。

5）磁盤陣列采用級(jí)聯(lián)技術(shù)或SAN 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)技術(shù)，具有靈活的擴(kuò)展能力。

（3）選型方案：2套歷史庫存儲(chǔ)服務(wù)器，一套聯(lián)想磁盤陣列。對(duì)于存儲(chǔ)服務(wù)器，為了具有更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性采用2塊硬盤做RAID1模式；為了實(shí)現(xiàn)更大的存儲(chǔ)能力以及容錯(cuò)能力，磁盤陣列配置10塊硬盤并按照RAID5模式進(jìn)行設(shè)置。

3.3 CSCS系統(tǒng)冗余技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方案

（1）主機(jī)熱備冗余技術(shù)：關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)服務(wù)器及工作站均設(shè)置雙套冗余方式工作。冗余工作站的運(yùn)行模式均為熱備用方式，互相檢測(cè)，相互備用。主用計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備用計(jì)算機(jī)能無擾動(dòng)地、快速切換成主機(jī)運(yùn)行。

（2）現(xiàn)地層LCU控制單元采用熱備冗余的配置方案，設(shè)置冗余交換機(jī)，雙CPU、雙以太網(wǎng)卡、雙電源供電裝置。冗余CPU之間數(shù)據(jù)交換通過獨(dú)立的數(shù)據(jù)同步光纖直連模塊，保證數(shù)據(jù)交換的高效率以及無擾主備切換。

（3）可靠的冗余UPS電源供給系統(tǒng)：UPS主機(jī)采用雙總線結(jié)構(gòu)，兩套主機(jī)獨(dú)立工作，確保不存在兩路供電系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)故障。CSCS系統(tǒng)設(shè)備均采用雙路電源供電，對(duì)于單電源設(shè)備，采用購(gòu)置靜態(tài)切換開關(guān)（STS）供電，確保整個(gè)CSCS系統(tǒng)中不存在單點(diǎn)電源故障問題。

3.4 歷史數(shù)據(jù)快速查詢及報(bào)表方案

使用Hista歷史庫管理軟件可以實(shí)現(xiàn)歷史庫自定義配置及數(shù)據(jù)快速查詢功能。另，針對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)，配置了基于.Net Framework平臺(tái)的運(yùn)行報(bào)表軟件Hreport V4.5,該軟件可以為用戶提供人性化的報(bào)表制作功能。

4 結(jié)束語

H9000 V4.0 CSCS系統(tǒng)在瀾滄江流域黃登電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為該站后續(xù)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，也驗(yàn)證了H9000 V4.0 CSCS系統(tǒng)針對(duì)大、中型水電站海量數(shù)據(jù)的超強(qiáng)處理能力和控制能力。