國電投獅子灘新能源集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)

顏現(xiàn)波，邢建模，侯杰仁，王中才，張 青，

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；3.國家電投集團(tuán)重慶獅子灘發(fā)電有限公司，重慶 401220）

0 引言

為了加快企業(yè)小水電改革進(jìn)程以及優(yōu)化新能源電站管理模式，國電投集團(tuán)對下屬企業(yè)在建及新建的新能源項(xiàng)目提出了“工業(yè)化、數(shù)字化、信息化”深度融合的要求，改變傳統(tǒng)運(yùn)營管理方式、轉(zhuǎn)變觀念、將集控中心作為新型運(yùn)行管理模式。根據(jù)國家電投新能源建設(shè)的統(tǒng)一規(guī)劃，在渝的下屬水電站、風(fēng)電場及光伏電站等新能源項(xiàng)目將統(tǒng)一接入獅子灘集控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集群集中控制。獅子灘新能源集控中心將成為國家電投集團(tuán)區(qū)域性水電新能源生產(chǎn)運(yùn)營中心。該中心將實(shí)現(xiàn)所有發(fā)電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視與遠(yuǎn)方控制，對設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)，為下一步集團(tuán)公司數(shù)字化、智能化、大數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供充實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和分析依據(jù)。

獅子灘新能源集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)基于新一代H9000智能一體化監(jiān)控平臺(tái)而構(gòu)建，以集控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、AGC/AVC經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、檢修與生產(chǎn)運(yùn)營等應(yīng)用為架構(gòu)核心，以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、一體化、智能化為設(shè)計(jì)原則。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、水情水調(diào)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控、光伏發(fā)電、電能計(jì)量及風(fēng)、光功率預(yù)測系統(tǒng)等，解決了電站生產(chǎn)系統(tǒng)及各輔控系統(tǒng)各自孤立、數(shù)據(jù)隔離、維護(hù)復(fù)雜等問題，見文獻(xiàn)[1-4]。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念及架構(gòu)如圖1所示。

圖1 獅子灘新能源集控平臺(tái)設(shè)計(jì)理念及系統(tǒng)架構(gòu)

1 系統(tǒng)概況

獅子灘新能源集控中心第一期集控建設(shè)目標(biāo)將實(shí)現(xiàn)龍溪河流域的獅子灘、下硐、上硐、回龍寨水電站，以及大洪河流域的大洪河水電站的接入及控制工作。第二期集控建設(shè)目標(biāo)為芙蓉江流域江口電站和金子山風(fēng)電場的接入及控制工作。第三期集控建設(shè)目標(biāo)為梅溪河流域渡口壩水電站以及五洞巖光伏電站接入及遠(yuǎn)程集中控制。集控中心設(shè)置在位于國家電投集團(tuán)重慶獅子灘發(fā)電有限公司運(yùn)營中心大樓四樓。根據(jù)場所條件、集控中心的特點(diǎn)和設(shè)備配置情況，四樓統(tǒng)一劃分為集控大廳、盤柜室、蓄電池室、辦公區(qū)、交接班室等，接入規(guī)劃見表1。

表1 電站概況及接入規(guī)劃

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 智慧電網(wǎng)架構(gòu)下新能源集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則

（1）為適應(yīng)智慧電網(wǎng)架構(gòu)下“智能電站”的發(fā)展需要，該方案中采用基于多主機(jī)、多規(guī)約、多鏈路的“調(diào)控一體化”技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地層、廠站層、集控層、省調(diào)、網(wǎng)調(diào)等多方數(shù)據(jù)通信及遠(yuǎn)程調(diào)控功能。

（2）為滿足智慧電網(wǎng)架構(gòu)下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，采用熱備分級時(shí)鐘系統(tǒng)方案，搭建全廠時(shí)鐘對時(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制Ⅰ區(qū)所有設(shè)備統(tǒng)一對時(shí)，保證數(shù)據(jù)時(shí)效性。

（3）為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的高可靠性及快速傳輸性，滿足電站監(jiān)視及上級調(diào)度中心遠(yuǎn)程調(diào)控要求，方案中通信網(wǎng)絡(luò)及控制網(wǎng)絡(luò)均采用雙環(huán)雙冗余網(wǎng)絡(luò)通信方式。系統(tǒng)配置滿足可靠、冗余原則，設(shè)備選型先進(jìn)，符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)視實(shí)時(shí)性較高，數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力強(qiáng)。

（4）整個(gè)新能源集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)方案中貫徹“數(shù)字化、智能化、智慧化”的設(shè)計(jì)理念，堅(jiān)持“設(shè)備對象數(shù)字化”、“設(shè)備管理及高級應(yīng)用智能化”、“數(shù)據(jù)分析及決策應(yīng)用智慧化”等原則，見文獻(xiàn)[5]。

2.2 新能源集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)安全防護(hù)原則

新能源集控中心整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)分為安全Ⅰ區(qū)即生產(chǎn)控制網(wǎng)（各電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、箱變系統(tǒng)）、安全Ⅱ區(qū)即非控制網(wǎng)（保信系統(tǒng)、水情水調(diào)系統(tǒng)）、安全Ⅲ區(qū)即生產(chǎn)信息管理網(wǎng)（風(fēng)、光功率預(yù)測、電能計(jì)量系統(tǒng)）。安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)之間配置有防火墻，Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間配置有正、反向隔離裝置。水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)配置有水調(diào)數(shù)據(jù)庫兼通信服務(wù)器，水調(diào)自動(dòng)化工作站等。電能計(jì)量系統(tǒng)配置有電能計(jì)量采集服務(wù)器、電能計(jì)量歷史服務(wù)器及報(bào)表工作站等。WEB發(fā)布、在線趨勢分析、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)位于管理信息Ⅲ區(qū)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)，租用電信運(yùn)營商通道接入集控中心工業(yè)電視路由器，進(jìn)而接入集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)。整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D及安全分區(qū)如圖2所示。

圖2 獅子灘新能源集控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼鞍踩謪^(qū)圖

3 集控中心數(shù)據(jù)接入網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 水電站接入網(wǎng)絡(luò)

在集控下屬水電站各配置兩套光傳輸設(shè)備，用于傳輸水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及水調(diào)、電能計(jì)量數(shù)據(jù)。水電站數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖3。

圖3 水電站數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2 風(fēng)電場數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

針對風(fēng)電場設(shè)備分散、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)。風(fēng)機(jī)、箱變、功率控制等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，通信規(guī)約大多采用Modbus TCP協(xié)議或者OPC協(xié)議，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通信量大，因此，在電站配置兩臺(tái)前置采集服務(wù)器，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用IEC104規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)給集控中心，兼顧定期全送數(shù)據(jù)和變化數(shù)據(jù)主動(dòng)上送的特點(diǎn)，可大量節(jié)省通信帶寬，并具有傳輸可靠、效率高等特點(diǎn)。保信子站、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、電能計(jì)量系統(tǒng)等非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，通信數(shù)據(jù)量較小，集控中心直釆數(shù)據(jù)，效率更高。風(fēng)電場數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)見圖4。

圖4 風(fēng)電場數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.3 光伏電站接入網(wǎng)絡(luò)

光伏電站接入集控中心的系統(tǒng)包括升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、光伏監(jiān)控系統(tǒng)、箱變監(jiān)控系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、光功率預(yù)測系統(tǒng)、電能量系統(tǒng)等。升壓站監(jiān)控系統(tǒng)集成了所有的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，因此電站現(xiàn)場無需配置前置采集服務(wù)器，由集控主站系統(tǒng)直釆電站側(cè)數(shù)據(jù)，其他接入網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)電場類似。

3.4 功率控制系統(tǒng)

功率控制系統(tǒng)接入場站側(cè)的前置采集服務(wù)器，轉(zhuǎn)發(fā)給集控中心安全Ⅰ區(qū)。功率控制系統(tǒng)一般由調(diào)度直接控制，集控中心主要采集其數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)水光互補(bǔ)分析，保留對功率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制權(quán)限，在調(diào)度允許的情況下根據(jù)風(fēng)水光優(yōu)化分析策略進(jìn)行風(fēng)機(jī)的遙調(diào)和遙控。

3.5 風(fēng)、光功率預(yù)測系統(tǒng)

風(fēng)、光功率預(yù)測系統(tǒng)以兩種方式接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。①WEB方式，可以在集控中心采用WEB方式遠(yuǎn)程訪問場站側(cè)預(yù)測系統(tǒng)。②風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)通過FTP協(xié)議方式接收場站文本格式的風(fēng)功率預(yù)測短期和超短期文件。

3.6 保信子站

保信子站系統(tǒng)通過非實(shí)時(shí)通道接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。集控中心保信主站系統(tǒng)通過IEC60870-103協(xié)議采集場站保信子站的數(shù)據(jù)。

3.7 水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)

水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)通過非實(shí)時(shí)通道接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)開放數(shù)據(jù)庫接口，由集控中心水情測報(bào)系統(tǒng)直接讀取數(shù)據(jù)庫的方式采集數(shù)據(jù)，并采用FTP文本協(xié)議通過正向隔離裝置將相關(guān)水情水調(diào)數(shù)據(jù)傳送至集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.8 電能計(jì)量系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)

電能計(jì)量系統(tǒng)通過非實(shí)時(shí)通道接入集控中心安全Ⅱ區(qū)。集控中心電能量系統(tǒng)集成在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，集控中心通過威遠(yuǎn)IEC60870-102協(xié)議采集場站電能量采集終端的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于電能計(jì)量歷史服務(wù)器。

3.9 工業(yè)電視接入網(wǎng)絡(luò)

工業(yè)電視系統(tǒng)通過租用電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，將場站側(cè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)匯聚接入集控中心，集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)接口給大屏幕系統(tǒng)，圖像質(zhì)量不低于720 P；監(jiān)控系統(tǒng)提供2路DVI視頻信號(hào)給大屏幕系統(tǒng)，分辨率不低于1 600×1 200；大屏幕系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)視頻信號(hào)和計(jì)算機(jī)視頻信號(hào)進(jìn)行解碼。視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖5。

圖5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.10 調(diào)度電話接入網(wǎng)絡(luò)

集控中心中控臺(tái)配置有4個(gè)工位，每個(gè)工位配備兩個(gè)調(diào)度電話和一個(gè)調(diào)度控制臺(tái)，每個(gè)場站配置兩個(gè)調(diào)度電話，調(diào)度電話經(jīng)過重慶長壽地區(qū)光纖A/B網(wǎng)連通場站、集控和地調(diào)、省調(diào)。調(diào)度電話接入網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。

圖6 調(diào)度電話接入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4 結(jié)語

本文主要介紹獅子灘新能源集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及原則，根據(jù)水電站、風(fēng)電場及光伏電站自動(dòng)化系統(tǒng)不同特點(diǎn)，將場站不同類型的自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入到集控中心。該自動(dòng)化系統(tǒng)對分布在不同地理空間的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和調(diào)控，廠站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)通信層傳輸至集控中心，集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算、分析與診斷。集控自動(dòng)化系統(tǒng)中高級應(yīng)用功能在分析運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上引入大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、人工智能等優(yōu)秀算法對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及其潛在故障進(jìn)行分析，為設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供精準(zhǔn)的運(yùn)維指導(dǎo)，極大地降低了電廠運(yùn)行維護(hù)成本，大幅度提高了運(yùn)行管理水平。獅子灘新能源集控中心實(shí)現(xiàn)了新能源電站“無人值班，少人值守”的運(yùn)維管理模式，同時(shí)也為中、小水電企業(yè)改造提供了參考經(jīng)驗(yàn)和可借鑒實(shí)例。