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   活動鏈接：2013年控制網(wǎng)技術(shù)專題---引領(lǐng)水工業(yè)智能化新時代 


   1. 項目背景介紹

  深溪溝水電站位于四川省大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤部，為大渡河干流規(guī)劃的第十八級電站，隸屬于國電大渡河流域開發(fā)公司。電站接瀑布溝水電站尾水，裝機(jī)規(guī)模為4×165MW，主要任務(wù)是發(fā)電；配合瀑布溝水電站的運行方式，深溪溝水電站相應(yīng)將承擔(dān)腰荷和調(diào)峰運行任務(wù)。

  電站樞紐由河床式廠房、窯洞式安裝間、泄洪閘、沖沙閘、擋水壩等水工建筑物組成，壩頂高程662.50m，電站裝設(shè)4臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為165MW，額定水頭30m，最大水頭40m，最小水頭20.1m。電站以500kV電壓等級接入電力系統(tǒng)。

  電站發(fā)電機(jī)與主變壓器組成兩組擴(kuò)大單元接線，發(fā)電機(jī)額定電壓為15.75kV。發(fā)電機(jī)通過離相封閉母線引出與主變壓器低壓側(cè)連接。主變壓器高壓側(cè)直接與500kV SF6管道母線（GIS管道母線）連接。主變壓器中性點直接接地。

  電站按無人值班原則設(shè)計，采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制，正常情況下由大渡河流域成都集控中心統(tǒng)一調(diào)度運行，當(dāng)成都集控中心由于某種原因退出運行時，由瀑布溝區(qū)域控制中心對本電站進(jìn)行聯(lián)合控制運行。

   國電智深公司在工程項目中承擔(dān)全廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備制造與供貨、平臺軟件研發(fā)、工程設(shè)計組態(tài)、試驗、現(xiàn)場安裝指導(dǎo)及調(diào)試等工作。監(jiān)控系統(tǒng)包括水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)、開關(guān)站控制系統(tǒng)、水電站公用設(shè)備控制系統(tǒng)、水電站大壩閘門自動控制系統(tǒng)等。通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對水電廠生產(chǎn)過程的監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、控制和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對機(jī)組、變壓器、線路等電氣設(shè)備及全廠油、氣、水系統(tǒng)等輔機(jī)的操作、監(jiān)控和保護(hù)功能。

   監(jiān)控系統(tǒng)與四川省網(wǎng)調(diào)、國電大渡河流域成都集控中心、瀑布溝總廠區(qū)域控制中心等的通訊接口，可以實現(xiàn)各級遠(yuǎn)方調(diào)度和控制；同時具有AGC/AVC以及語音報警和ON CALL功能。監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)部分采用國電智深EDPFNT+系統(tǒng)平臺，下位機(jī)采用施耐德UNITY QUANTUM系列PLC。

   2. 項目目標(biāo)與原則

   監(jiān)控系統(tǒng)滿足水電行業(yè)控制需求，同時滿足各項文件及規(guī)定的條件，讓電站實現(xiàn)無人值班少人值守的設(shè)計理念。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計和規(guī)范的工程實施，實現(xiàn)新型監(jiān)控系統(tǒng)首臺套的順利實施并投入運行。

   3. 項目實施與應(yīng)用情況詳細(xì)介紹

   深溪溝水電站項目是國電智深公司承接的第一個大型水電項目，公司組織工程、研發(fā)、客服、集成等公司各部門，積極調(diào)研學(xué)習(xí)，并針對項目特點安排分工。其中工程部門負(fù)責(zé)下位機(jī)PLC程序的開發(fā)、組態(tài)、硬件設(shè)計集成及工程具體實施；客服部門負(fù)責(zé)與四川省調(diào)、成都集控，瀑布溝區(qū)域調(diào)度等遠(yuǎn)動通訊，站內(nèi)485通訊及場內(nèi)通訊，ONCALL及語音報警功能開發(fā)；研發(fā)部門負(fù)責(zé)水電監(jiān)控系統(tǒng)平臺的開發(fā)，為其它部門的工作提供接口，使之成為一個完整的系統(tǒng)；深溪溝水電站的監(jiān)控系統(tǒng)以EDPF-NT plus為基礎(chǔ)，可滿足國電大渡河深溪溝水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)招標(biāo)書的要求。研發(fā)內(nèi)容包括：

  1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

   用于水電站現(xiàn)地時，水電站監(jiān)控系統(tǒng)的下層是PLC，通過通訊管理機(jī)與廠內(nèi)其他系統(tǒng)、遠(yuǎn)方的梯調(diào)等系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和指令。目前的方案是通過虛擬DPU的EIO技術(shù)解決與外界系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，原有結(jié)構(gòu)基本不變。
國電智深公司自主研發(fā)的擴(kuò)展IO總線技術(shù)（EIO）,全面支持采用各種現(xiàn)場總線協(xié)議的第三方控制系統(tǒng)及儀表的無縫接入。

   EIO是國電智深公司開發(fā)的工業(yè)實時以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，該協(xié)議兼容HSE、EPA等工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。純數(shù)字的現(xiàn)場總線信息和傳統(tǒng)I/O信號通過各自的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件轉(zhuǎn)換為EIO信息。EIO網(wǎng)絡(luò)上可以接入一個或多個控制器，組成一個分布式控制單元（DPU）。

  EIO技術(shù)的引入，顛覆了傳統(tǒng)DCS的過程控制站體系結(jié)構(gòu)，它將兩類I/O總線技術(shù)融為一體。一類是多種類型的現(xiàn)場總線（如FF、PROFIBUS DP/PA、EPA和HART等），另一類是傳統(tǒng)I/O總線。系統(tǒng)開放性獲得極大提高。

  2）監(jiān)控界面的跨平臺改進(jìn)

  EDPF-NT plus系統(tǒng)的控制器和通訊管理軟件是跨Windows/Linux平臺的，其余軟件是基于Windows平臺的。而水電站用戶習(xí)慣上信賴UNIX類操作系統(tǒng)，因此需要將EDPF-NT plus系統(tǒng)的部分軟件移植到Linux平臺上，實現(xiàn)跨Windows/Linux平臺的操作員站、歷史站、通訊管理站和虛擬DPU。工程師站仍然基于Windows（用戶可接受）。界面開發(fā)庫選用QT，底層支持庫選用ACE。

  3）AGC/AVC功能實現(xiàn)

  水電站的AGC/AVC有其特殊性，與火電廠不同。這是水電站監(jiān)控系統(tǒng)的必備功能。梯調(diào)系統(tǒng)和水電站現(xiàn)地系統(tǒng)中該功能還有差異。本研發(fā)項目僅針對水電站現(xiàn)地系統(tǒng)的AGC/AVC。該功能的計算部分實現(xiàn)為專用算法，操作部分可通過過程畫面或?qū)Ｓ媒缑鎸崿F(xiàn)。

  4）特殊需求的開發(fā)

  水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計了一對冗余的服務(wù)器，用于運行歷史站軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等重要應(yīng)用。為此需要增加歷史數(shù)據(jù)同步的功能。

  簡報窗口是一種分類顯示實時報警和操作記錄的工具，因為水電站的特殊操作習(xí)慣，需要增加這個工具。

  5）64位系統(tǒng)平臺

  招標(biāo)書要求的計算機(jī)配置較高，應(yīng)配套Linux server/Windows Server2003的64位版本。經(jīng)過測試和評估，最終選擇CENTOS5.4的64位版本作為監(jiān)控軟件的桌面操作系統(tǒng)。

  6）現(xiàn)地控制單元（PLC）組態(tài)編程工作

   根據(jù)工程特點制定下位機(jī)PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫規(guī)劃，主要是規(guī)范各類數(shù)據(jù)管理、合理應(yīng)用，制定PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)流向圖。制定上位機(jī)組態(tài)規(guī)劃及上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)庫規(guī)劃，以合理利用通訊空間。根據(jù)水電控制的特點，依據(jù)現(xiàn)場情況，設(shè)計水輪機(jī)負(fù)荷控制和線路電壓控制方案，規(guī)劃各級控制之間的操作權(quán)限切換和控制權(quán)限切換的基本思路。

   7）實現(xiàn)通訊管理機(jī)，同時為對外通訊規(guī)約提供標(biāo)準(zhǔn)接口

   水電站現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)通過通訊管理機(jī)向梯調(diào)系統(tǒng)發(fā)送大量用于監(jiān)視的數(shù)據(jù)，還需要接收梯調(diào)指令。需要針對這個需求設(shè)計合理的通訊管理機(jī)方案。招標(biāo)書規(guī)定了與各個調(diào)度中心的通訊采用IEC-10875-101和104規(guī)約，調(diào)度包括和瀑布溝梯級電站控制中心通訊、大渡河流域成都集控中心的通訊、華中網(wǎng)調(diào)、四川省調(diào)、南充省備調(diào)、雅安地調(diào)的通訊。

  另外還需要實現(xiàn)與其他系統(tǒng)通訊使用的通訊規(guī)約，包括與主機(jī)設(shè)備、水情監(jiān)控、能量采集、微機(jī)五防的通訊。廠內(nèi)通訊服務(wù)器與安全I(xiàn)I區(qū)設(shè)備之間的通信采用硬件防火墻進(jìn)行邏輯隔離，與安全I(xiàn)II區(qū)設(shè)備之間的通信采用正/反向安全隔離裝置進(jìn)行隔離，來確保計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對外通信的安全性和可靠性。

  8）On-Call子系統(tǒng)

   ONCALL子系統(tǒng)包括語音報警和語音查詢，短信通知和查詢。當(dāng)出現(xiàn)重要故障和事故時，應(yīng)能通過移動通信卡或語音卡向預(yù)先規(guī)定固話用戶發(fā)送語音或向手機(jī)用戶發(fā)送短信，告訴對方報警內(nèi)容，同時支持語音和短信的撥入查詢功能。

  發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點：

   1）首次將冗余的虛擬控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。

   在水電系統(tǒng)中將虛擬控制器將做為水電監(jiān)控系統(tǒng)中的核心節(jié)點，負(fù)責(zé)與PLC通訊，以及完成必要的邏輯運算，虛擬控制器本身要實現(xiàn)冗余，完成數(shù)據(jù)的同步，使系統(tǒng)完全是面向工程應(yīng)用的，脫離了腳本和編程語言，這是其它水電監(jiān)控系統(tǒng)還沒能實現(xiàn)的。

   2）開發(fā)了圖形模塊化的AGC/AVC算法。

   模塊化的AGC/AVC算法的開發(fā)成功，標(biāo)志著EDPF-NT+系統(tǒng)完全可以應(yīng)用于水電行業(yè)。

   3）引入發(fā)布訂閱功能，優(yōu)化了EDPF-NT+系統(tǒng)的內(nèi)部通訊機(jī)制，進(jìn)一步提高了通訊效率。 

   4）EDPF-NT+系統(tǒng)的擴(kuò)展IO（EIO）技術(shù)的成功應(yīng)用

   EDPF-NT+系統(tǒng)與PLC、梯調(diào)等系統(tǒng)通訊都依賴于EIO技術(shù)。

  EIO是國電智深公司自主研發(fā)的擴(kuò)展IO總線技術(shù),全面支持采用各種現(xiàn)場總線協(xié)議的第三方控制系統(tǒng)及儀表的無縫接入。純數(shù)字的現(xiàn)場總線信息和傳統(tǒng)I/O信號通過各自的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件轉(zhuǎn)換為EIO信息。EIO網(wǎng)絡(luò)上可以接入一個或多個控制器，組成一個分布式控制單元（DPU）。

   EIO技術(shù)的引入，顛覆了傳統(tǒng)DCS的過程控制站體系結(jié)構(gòu)，它將兩類I/O總線技術(shù)融為一體。一類是多種類型的現(xiàn)場總線（如FF、PROFIBUS DP/PA、EPA和HART等），另一類是傳統(tǒng)I/O總線。系統(tǒng)開放性獲得極大提高。

  5）實現(xiàn)了監(jiān)控界面跨平臺的應(yīng)用，功能上融合了火電和水電的優(yōu)點。

  6）增強(qiáng)了歷史站的功能

  本項目將EDPF-NT+系統(tǒng)原有的歷史站功能移植到linux平臺，并做了功能擴(kuò)展，不僅實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的采集和查詢，還實現(xiàn)了系統(tǒng)的狀態(tài)和操作記錄的采集和查詢以及多個歷史站的數(shù)據(jù)同步。

   7）實現(xiàn)高效穩(wěn)定的通訊站

  全新開發(fā)了通訊管理平臺（通訊管理機(jī)），可以滿足不同類型水電站以及其他行業(yè)的對外通訊需要。

  與電網(wǎng)調(diào)度的通訊實現(xiàn)了101規(guī)約和104規(guī)約間轉(zhuǎn)換的無縫切換；104規(guī)約（省調(diào)用2002版和省調(diào)用97版并行運行）間多任務(wù)運行；各調(diào)度間梯級控制權(quán)的管理

  8）現(xiàn)地控制單元功能的開發(fā)

  采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)流向設(shè)計理念，實現(xiàn)了PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)規(guī)劃及數(shù)據(jù)流向處理功能。

  根據(jù)水電控制需求和控制安全考慮，工控水電小組開發(fā)出專用于施耐德PLC與國電智深EDPFNT系統(tǒng)兼容的PLC基礎(chǔ)程序，可以實現(xiàn)雙機(jī)熱備切換，邏輯自動同步，專用功能塊的調(diào)用，SOE事件處理，操作安全閉鎖功能及專屬數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)控制。

  4. 效益分析

  1） 購買成本。EDPF-NT+監(jiān)控系統(tǒng)的價格同比國內(nèi)外自動化控制系統(tǒng)便宜100萬元以上；

  2） 先進(jìn)的AGC/AVC功能算法，快速有效的響應(yīng)負(fù)荷調(diào)整，增加考核優(yōu)良率，提高了年發(fā)電量，年度效益增加500萬元以上；

  3） 實現(xiàn)無人值班、少人值守的運行模式，每年減少運行成本100萬元以上；

  4） 系統(tǒng)整體設(shè)計先進(jìn)，每年減少維護(hù)成本50萬元以上。