張海龍，張宏艷，張衛(wèi)君，時(shí)小倩，韓文俊

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

2020年，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上向國(guó)際社會(huì)做出“力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的鄭重承諾。2021年9月，國(guó)家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，要求加快抽水蓄能電站核準(zhǔn)建設(shè)，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達(dá)到6 200萬(wàn)kW以上；到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達(dá)到1.2億kW左右；到2035年，形成滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求的，技術(shù)先進(jìn)、管理優(yōu)質(zhì)、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的抽水蓄能現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企業(yè)[1]?？梢郧逦A(yù)見，未來(lái)15年將是抽水蓄能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的15年。

抽水蓄能電站的快速發(fā)展，對(duì)區(qū)域抽水蓄能運(yùn)行水平和管理水平提出了更高的要求，為了達(dá)到管控一體化，實(shí)現(xiàn)管轄廠站日常的啟停機(jī)、負(fù)荷分配調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)及通信維護(hù)等功能，并最終達(dá)到精益管理、提質(zhì)增效，創(chuàng)建國(guó)際一流調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電企業(yè)的目的，建立抽水蓄能電站的遠(yuǎn)方集中監(jiān)視和控制中心是實(shí)現(xiàn)多廠站少人可靠監(jiān)控的運(yùn)行集約化的可行方案。調(diào)峰調(diào)頻公司集控中心是國(guó)內(nèi)首個(gè)抽水蓄能集控中心，采用北京中水科技自主研發(fā)的iP9000智能一體化平臺(tái)，文中介紹了集控中心的建設(shè)情況，并針對(duì)抽水蓄能集控中心運(yùn)維和功能特點(diǎn)在監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)上進(jìn)行了探討。

1 集控中心設(shè)計(jì)

1.1 廠站接入情況

調(diào)峰調(diào)頻公司規(guī)劃在生產(chǎn)檢修試驗(yàn)基地大樓內(nèi)建設(shè)新的集控中心。新集控系統(tǒng)替代原老集控系統(tǒng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄的天生橋二級(jí)水力發(fā)電廠（簡(jiǎn)稱天二電廠）、魯布革水力發(fā)電廠（簡(jiǎn)稱魯布革電廠）兩個(gè)常規(guī)電站，廣州蓄能水電廠（根據(jù)敘述需要簡(jiǎn)稱廣蓄電廠或廣蓄A(yù)廠、廣蓄B廠）、惠州蓄能水電廠（簡(jiǎn)稱惠蓄電廠）、清遠(yuǎn)蓄能水電廠(簡(jiǎn)稱清蓄電廠)、深圳蓄能水電廠(簡(jiǎn)稱深蓄電廠)、海南瓊中蓄能水電廠(簡(jiǎn)稱海蓄電廠)、陽(yáng)江抽水蓄能電廠(簡(jiǎn)稱陽(yáng)蓄電廠)、梅州抽水蓄能電廠(簡(jiǎn)稱梅蓄電廠)8個(gè)抽水蓄能電站進(jìn)行集中遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄廠站的日常監(jiān)控和統(tǒng)一管理。目前惠蓄電廠及廣蓄A(yù)廠仍采用法國(guó)阿爾斯通公司監(jiān)控系統(tǒng)，其功能及維護(hù)方面已無(wú)法滿足現(xiàn)在更高的監(jiān)控要求，技術(shù)性能方面的落后已嚴(yán)重限制通過IEC104的方式接入新集控系統(tǒng)，在兩個(gè)廠監(jiān)控系統(tǒng)改造完成前，采用工作站延伸的方式接入集控中心，其余廠站采用IEC104規(guī)約接入。各廠站接入集控中心的方式如圖1所示。

圖1 集控中心接入方式

1.2 建設(shè)目標(biāo)

抽水蓄能電站有別于常規(guī)水電站，更多是負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動(dòng)等重要任務(wù)[2]，作為國(guó)內(nèi)首個(gè)抽水蓄能集控中心，在建設(shè)目標(biāo)上提出了更高的要求：

（1）集控中心接受南網(wǎng)總調(diào)、廣東中調(diào)、海南中調(diào)、深圳中調(diào)的調(diào)度指揮，接收并執(zhí)行這些調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)的機(jī)組不同工況的調(diào)節(jié)命令，并向這些調(diào)度機(jī)構(gòu)傳送管轄廠站信息。

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄范圍內(nèi)各廠站生產(chǎn)的海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、可靠且高質(zhì)量地采集和存儲(chǔ)；按調(diào)度要求及管轄廠站的運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)各電廠機(jī)組設(shè)備安全、便捷、全面、實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制，確保管轄廠站所有機(jī)電設(shè)備安全、可靠運(yùn)行。

（3）充分利用抽水蓄能電站的可發(fā)電可蓄水的靈活性實(shí)現(xiàn)管轄范圍內(nèi)各廠站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和區(qū)域優(yōu)化調(diào)度。

（4）與本系統(tǒng)內(nèi)、外相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行通信，準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地收集管轄廠站調(diào)度管理所需的各種信息，同時(shí)可向其他相關(guān)系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

集控系統(tǒng)采用全開放的分布式結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)上分布的各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)單元組成，各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)（LAN）互聯(lián)[3]；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與外部系統(tǒng)（如：上一級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)、各管轄廠站）采用廣域網(wǎng)互聯(lián)、同時(shí)通過數(shù)據(jù)交換功能與集控中心其他綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信，包括：管理信息大區(qū)數(shù)據(jù)中心、工業(yè)電視系統(tǒng)、調(diào)峰調(diào)頻公司態(tài)勢(shì)感知主站等。集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)配置見圖2。

圖2 集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）集控系統(tǒng)局域網(wǎng)按IEEE802.3z設(shè)計(jì)，采用星型結(jié)構(gòu)的交換式以太網(wǎng)，全開放的分布式接口，局域網(wǎng)通信規(guī)約TCP/IP，傳輸介質(zhì)采用以光纖為主，雙絞線為輔的方式，介質(zhì)訪問控制方式為帶有碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD），控制網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率最高可至1 000 Mbps，集控中心管轄廠站數(shù)據(jù)接入?yún)^(qū)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入?yún)^(qū)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率最高可至1 000 Mbps，各層網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)交換機(jī)采用相同速率的以太網(wǎng)交換機(jī)。

（2）集控中心至上一級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)的通信按采用各管轄廠站主要調(diào)度管理方的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面接入。

（3）集控系統(tǒng)通過集控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)雙平面的冗余通信通道（主通道、備用通道）與各管轄廠站通信。

2 iP9000監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)

集控中心采用的iP9000智能一體化平臺(tái)是由北京中水科技結(jié)合在水電自動(dòng)化、信息化領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研發(fā)的，為水電站的操作、調(diào)節(jié)、監(jiān)視預(yù)警、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，設(shè)備故障智能診斷與智能預(yù)測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段，可廣泛應(yīng)用于常規(guī)水電、抽水蓄能電站、集控中心和新能源電廠等。iP9000智能一體化平臺(tái)采用面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)，利用先進(jìn)的面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，對(duì)監(jiān)視、報(bào)警和預(yù)警進(jìn)行智能的優(yōu)化，提供強(qiáng)大的高級(jí)應(yīng)用功能[4]。充分發(fā)揮流域集中管控的優(yōu)勢(shì)，探索和實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)、信息通信、視頻監(jiān)控、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、梯級(jí)集控、水庫(kù)調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、專家決策等水電生產(chǎn)運(yùn)行管理的各個(gè)環(huán)節(jié)的智能一體化功能[5]。

2.1 設(shè)計(jì)原則

結(jié)合iP9000智能一體化平臺(tái)的特點(diǎn)和抽水蓄能集控中心運(yùn)維的需求，iP9000監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于南網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻公司集控中心按如下設(shè)計(jì)原則進(jìn)行研發(fā)和部署：

（1）安全性：集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)、信息系統(tǒng)等級(jí)保護(hù)等國(guó)家、行業(yè)相關(guān)安全要求。

（2）可靠性：集控系統(tǒng)需要全年365 d、全天24 h無(wú)間斷提供服務(wù)，必須考慮系統(tǒng)的高可靠性?？煽啃栽谟?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中體現(xiàn)在兩方面：硬件冗余、軟件可靠。其本身的局部故障不應(yīng)影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，應(yīng)充分考慮采用成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，在設(shè)備選型和系統(tǒng)的建設(shè)中盡量減少故障發(fā)生的可能性，提供完善的重要設(shè)備冗余和通道備份方案，自動(dòng)備份重要數(shù)據(jù)。

（3）可擴(kuò)展性：隨著業(yè)務(wù)需求的不斷變化，不可避免，集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在功能上也需要不斷地?cái)U(kuò)展與完善。集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)支持各種應(yīng)用軟件及功能的開發(fā)應(yīng)用，支持第三方軟件在系統(tǒng)上無(wú)縫集成和可靠運(yùn)行，支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信，并能方便地與其他系統(tǒng)通信，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上必須具備良好的可擴(kuò)展性，以保證新的功能能夠通過標(biāo)準(zhǔn)、便捷的方式接入到系統(tǒng)中，即“模塊化”原則。

（4）開放性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用已開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和技術(shù)，以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、互操作性和穩(wěn)定性。采用國(guó)際主流的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和平臺(tái)，以適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展，使系統(tǒng)具有良好的縱向和橫向兼容性。此外，系統(tǒng)需提供開放的數(shù)據(jù)接口便于完成與其它子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，并能夠與上一級(jí)調(diào)度部門、管轄廠站進(jìn)行通信。

（5）實(shí)用性：出于集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)際需求來(lái)建設(shè)，做到功能實(shí)用、組網(wǎng)合理，在充分滿足需求的情況下，開發(fā)相關(guān)智能化應(yīng)用(智能報(bào)警、智能監(jiān)盤、智能防誤、智能趨勢(shì)判斷等)，必須做到系統(tǒng)未來(lái)實(shí)現(xiàn)“一人一席多廠站”的目標(biāo)運(yùn)維更簡(jiǎn)單，少人干預(yù)，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)維工作對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行影響風(fēng)險(xiǎn)最小化。

（6）先進(jìn)性：現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮。因此在投資預(yù)算許可的情況下，在系統(tǒng)的建設(shè)中充分利用現(xiàn)代最新技術(shù)，采用先進(jìn)的產(chǎn)品，滿足未來(lái)集控中心各專業(yè)對(duì)智能化運(yùn)行的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)及信息的“縱向到底、橫向到邊”的全覆蓋以及功能建設(shè)的“即插即用”，使系統(tǒng)在盡可能長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)與社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)。

（7）針對(duì)性：集控中心管轄廠站以抽水蓄能電廠為主，兼有常規(guī)水電廠等其他類型電廠，不同于常規(guī)的流域梯級(jí)水電廠的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。對(duì)于系統(tǒng)軟件應(yīng)充分尊重用戶水庫(kù)調(diào)度決策程序與習(xí)慣。應(yīng)在滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的前提下，應(yīng)用區(qū)域優(yōu)化調(diào)度的等思路，合理進(jìn)行各廠站的綜合調(diào)度。針對(duì)區(qū)域和調(diào)度制度對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)輔助決策手段的針對(duì)性，為調(diào)度決策科學(xué)化提供依據(jù)。

（8）智能性：即實(shí)現(xiàn)信息互動(dòng)、系統(tǒng)自愈和協(xié)同高效，滿足公司發(fā)展安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保運(yùn)行的要求。其內(nèi)涵包括實(shí)現(xiàn)管轄廠站設(shè)備信息橫向和縱向的自由流轉(zhuǎn)與互動(dòng)，打破專業(yè)壁壘；促進(jìn)管轄廠站設(shè)備運(yùn)行閉環(huán)控制，突出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)控，保障管轄廠站設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行；全面提升管轄廠站設(shè)備運(yùn)行協(xié)同作業(yè)能力，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)管轄廠站設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益最大化[6]。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

集控中心第一階段下轄8個(gè)廠站，初步估計(jì)約有30萬(wàn)點(diǎn)的海量測(cè)點(diǎn)信息，并且隨著調(diào)峰調(diào)頻公司力爭(zhēng)在“十四五”期間實(shí)現(xiàn)抽水蓄能裝機(jī)容量新增600萬(wàn)kW；到2030年末，抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)2 900萬(wàn)kW的發(fā)展目標(biāo)，后續(xù)將會(huì)有更多的抽水蓄能電站陸續(xù)接入集控中心，監(jiān)視數(shù)據(jù)量將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，如何實(shí)現(xiàn)更加高效的集約化控制，是擺在系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和使用者面前的重大問題，經(jīng)過多方論證，將從以下幾個(gè)方面對(duì)集控系統(tǒng)功能再次提升，優(yōu)化集控系統(tǒng)操作方式：

（1）報(bào)警信息匯總：構(gòu)建信號(hào)樹，進(jìn)行報(bào)警逐級(jí)歸集，設(shè)置廠站總報(bào)警燈，報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，廠站總報(bào)警燈閃爍，點(diǎn)擊可查看具體報(bào)警信息。另外每個(gè)LCU均設(shè)置總報(bào)警燈，當(dāng)報(bào)警燈點(diǎn)亮閃爍時(shí)，點(diǎn)擊可查看對(duì)應(yīng)詳細(xì)報(bào)警；報(bào)警一覽表每條信息可編輯導(dǎo)入該信息相關(guān)運(yùn)行指導(dǎo)提示，可添加信號(hào)變量在圖紙或程序中的來(lái)源位置，注明該信號(hào)出現(xiàn)的原因、可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)、可以采取的應(yīng)對(duì)措施等等，值班人員點(diǎn)擊鼠標(biāo)可查看。

圖3 監(jiān)控畫面報(bào)警燈及運(yùn)行指導(dǎo)功能

（2）監(jiān)視信息匯總： 針對(duì)每個(gè)廠站設(shè)置監(jiān)控匯總畫面，在畫面中可完成絕大部分值班功能，包括機(jī)組及主接線狀態(tài)顯示、報(bào)警自動(dòng)歸集提醒、機(jī)組啟停操作、常用畫面快捷調(diào)取、流程執(zhí)行狀態(tài)顯示及預(yù)警、機(jī)組跳閘顯示及預(yù)警等功能均可在該集控總畫面中完成，無(wú)需值班人員頻繁切換畫面。

圖4 監(jiān)視信息匯總畫面

（3）防誤操作邏輯：為每個(gè)席位預(yù)先設(shè)置特定的監(jiān)控廠站，只有值班人員的授權(quán)廠站包含該席位設(shè)置的廠站權(quán)限時(shí)，值班人員才能登錄成功。登錄成功后，集控畫面僅顯示授權(quán)范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航區(qū)域及廠站總報(bào)警燈；除系統(tǒng)軟件自動(dòng)防誤功能，通過技術(shù)手段增加控制權(quán)限閉鎖、操作邏輯閉鎖及條件顯示，防止集控中心遠(yuǎn)程操作流程受阻時(shí)由監(jiān)控系統(tǒng)以彈窗方式自動(dòng)提示操作受阻原因，以便運(yùn)行人員做出正確的判斷并處理；值班員執(zhí)行每個(gè)操作前，設(shè)置操作口令提示，只有值班員輸入操作口令且無(wú)誤后才能正常操作。

圖5 監(jiān)控畫面區(qū)域監(jiān)視控制及閉鎖彈窗界面

3 結(jié)論

介紹了南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻公司集控中心的具體接入情況、建設(shè)目標(biāo)和系統(tǒng)架構(gòu)，并對(duì)iP9000智能一體化平臺(tái)在集控中心應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行研究及探討，包括基本設(shè)計(jì)原則及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。這些設(shè)計(jì)原則有力地保障了集控中心集控系統(tǒng)的安全性、高可靠性及先進(jìn)性，提升了集控中心系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行的能力。相信抽水蓄能電站集控系統(tǒng)在高速高效發(fā)展的新時(shí)代，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平將會(huì)迅速提升，也將更加成熟和完善。