西龍池抽水蓄能電站上位機系統國產化改造技術研究

單鵬珠，徐潔，喻洋洋，高旭，胡峰超

[1.南瑞集團公司（國網電力科學研究院），江蘇省南京市 211106；2.山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司，山西省五臺縣 035500]

西龍池抽水蓄能電站上位機系統國產化改造技術研究

單鵬珠1，徐潔1，喻洋洋1，高旭2，胡峰超2

[1.南瑞集團公司（國網電力科學研究院），江蘇省南京市 211106；2.山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司，山西省五臺縣 035500]

山西西龍池抽水蓄能電站計算機監控系統為日本三菱MELHOPE產品，該系統從安裝調試至全部投入商業運行已近十年。三菱MELHOPE上位機系統運行中所存在的硬件老化和軟件功能缺失等問題已經嚴重影響電廠的安全生產運行。本文對西龍池抽蓄監控系統上位機進行國產化改造所存在的技術問題進行了分析，并提出了國產化南瑞NC2000上位機系統的升級方案。最后，本文還簡要敘述了西龍池抽蓄上位機系統改造的實施思路。

三菱；MELHOPE；監控系統；技術改造；NC2000

0 引言

山西西龍池抽水蓄能電站位于五臺縣神西鄉，總裝機容量為120萬kW，安裝了4臺30萬kW可逆式水泵水輪機組，額定水頭為624m。西龍池計算機監控系統隨主機機電設備采購，由日本三菱（MITSUBISHI）公司供貨，采用三菱公司設計開發的MELHOPE分布式計算機監控系統。

三菱上位機系統配置有2臺Server主機服務器，3臺OPS操作員站，2臺EDS工程師工作站，1臺廠內通信工作站，2臺遠動通信工作站，2臺打印機及1套GPS對時系統。上位機各節點操作系統均采用微軟WINDOWS XP。

三菱MELHOPE監控系統網絡采用三層星型網絡：Information Network、Plant Network、Field Network。Information Network為 監 控 維 護 網，單網結構，用于監控系統維護節點的組網。Plant Network為監控控制網，雙網結構，是監控系統的實時控制網絡，監控系統主要節點如主機、操作員站和現地控制單元控制器等均接入控制網。Field Network為現場總線網絡，三菱BS系列PLC就通過三菱專有現場總線CC-Link與I/O模塊進行連接1。

三菱MELHOPE配置2臺遠動通信機，利用內部OPC轉IEC104軟件，將數據傳輸到上海惠安RTU遠動設備WESDAC D20ME，惠安RTU遠動設備通過IEC104協議與華北網調和山西省調實現遠動通信功能。

監控系統GPS對時系統采用Symmetricom產品，單主機配置。GPS主機放置在中控樓，與監控系統采用NTP對時。

西龍池抽水蓄能電站三菱計算機監控系統結構如圖1所示。

1 三菱上位機系統問題分析

三菱MELHOPE計算機監控系統于2007年開始調試運行，至今運行時間已近十年，由于監控系統系統硬件老化引起的設備故障及系統軟件功能不足等問題日益突出。限于早期計算機自動化發展水平，三菱MELHOPE上位機系統所采用的軟、硬件技術已經不能滿足電廠生產運行及日常維護的需要2，上位機系統亟須進行技術升級。

1.1 硬件問題

（1）上位機系統硬件設備如主服務器、操作員站等硬件老化嚴重，其硬件故障直接影響上位機系統的正常運行，嚴重情況下會造成監控系統完全癱瘓。

圖1 西龍池抽水蓄能電站三菱計算機監控系統結構圖Fig. 1 System structure diagram of MITSUBISH SCADA system

（2）上位機系統硬件設備已全部停產，備品備件采購困難，有些設備甚至無法采購。

1.2 軟件問題

（1）上下位機之間的通信不暢，操作員站經常出現開關量和模擬量無法實時刷新的現象。

（2）開關量記錄保存時間較短，每秒一個采樣點的情況下最大僅能支持4小時。

（3）流程及報警日志僅支持八萬條，在機組頻繁啟動時只能滿足7天，超過后會進行覆蓋，需維護人員人工備份。

（4）目前監控系統的流程、報警的分辨率較低，經常在1秒鐘內出現多條流程、報警，無法確認先后順序。

（5）趨勢圖采點出現虛點現象，導致數據丟失，無法正常顯示趨勢曲線。

（6）與調度遠動通信需經過OPC軟件轉換，且日方不開放協議，無法從監控系統增加信息點表。

1.3 售后服務問題

西龍池是我國抽水蓄能電站中唯一使用日本三菱MELHOPE監控產品的電站，三菱監控產品在我國應用很少，MELHOPE相關的監控資料很難查找。因此，對于監控系統所存在的一些問題大多只能依靠電廠運維人員自行研究處理；此外，日本三菱在中國只有商社，僅提供商務事務的溝通，在現場出現問題時無法做到及時派遣技術人員到達現場處理問題，使得監控系統問題難以迅速解決，甚至出現部分運行設備的重大缺陷至今仍無法處理。

2 上位機系統改造技術要點

西龍池抽水蓄能電站上位機系統改造主要是對計算機監控系統的主服務器等硬件設備及其軟件功能的技術升級，鑒于我國具有自主知識產權的大型抽水蓄能電站監控系統國產化技術日臻成熟穩定，如遼寧蒲石河、安徽響水澗、浙江仙居、江西洪屏等大型抽水蓄能電站均已投入商業運行，因此從運行維護、經濟成本及售后服務等多方面綜合考慮[3]，西龍池上位機系統改造優先選用國產化監控系統。

西龍池抽蓄上位機系統改造需要實現與原有三菱現地控制單元的數據交換，并由新的上位機系統實現對全廠設備的監視和控制。因此西龍池上位機系統改造主要有以下技術要點：

（1）實現新上位機系統與三菱BS系列PLC的上下行數據交互。

三菱MELHOPE上位機系統與三菱BS系列PLC通過三菱的FEnet網專用通信協議進行數據通信，FEnet網專用協議為內部通信協議。新上位機系統可以通過三菱Q系列PLC作為數據樞紐，使用三菱內部通信協議實現與BS系列PLC的數據交互。

（2）上位機系統的升級改造還要綜合考慮后續的現地控制單元的升級改造，避免造成新的技術難點和過度投資。

3 南瑞NC2000新上位機系統設計

3.1 新上位機系統設計原則

新上位機系統作為西龍池電站的控制核心，重點強化其配置和功能以及數據的處理、存儲能力，所有硬件設備均采用最新的成熟產品和最新的設計技術。此外，新上位機系統充分考慮后續LCU改造時的兼容性、可行性和便利性，為用戶節約投資。

（1）系統采用全開放系統結構，主機、操作員工作站、工程師工作站等使用符合IEEE和ISO開放系統國際標準的UNIX/Linux/Windows操作系統。按照開放的接口、服務和支持格式規范而實現的系統，使應用系統能以最少修改，實現在不同系統中的移植，并能同本地或遠程系統中的應用實現互操作。

（2）系統采用分布式體系結構。符合技術發展趨勢，系統以雙局域網為核心，實現各服務器、工作站功能分擔，數據分散處理。處理速度快、工作效率高。

（3）各工作站/服務器在系統中處于平等地位，系統以后擴充時不引起原系統大的變化，并為整個系統不斷完善創造條件。

（4）網絡上接入的每一設備都具有自己特定的功能，實現功能的分布。保證了網絡上的節點設備中任一部分故障或不工作，均不影響系統其他功能部分的運行。

3.2 新上位機系統結構和硬件配置

抽水蓄能電站對計算機監控系統的安全可靠性和實時性要求很高，因此需選擇性能高、運行速度快、安全可靠性高的計算機作為監控系統的上位機設備（見圖2）。

（1）數據服務器：采用2套SUN公司SPARC T7-1服務器，冗余配置，每套使用1臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。機架式結構，分別放置在兩處機架式服務器盤柜內，完成電站設備的數據處理和存儲。

（2）應用服務器：采用2套SUN公司SPARC T7-1服務器，冗余配置，每套使用1臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。機架式結構，分別放置在兩處機架式服務器盤柜內，作為應用邏輯處理核心，用于收集、處理和存儲過程數據。

（3）操作員站：采用HP公司的Z440工作站，中控室設2套，遠方控制室2套，每套使用2臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。機架式結構，分別放置在兩處機架式服務器盤柜內，值班員可進行多畫面、實時監控，并且具備擴展功能，能實現操作員站的新增。

（4）語音報警站：采用1套HP公司的Z440工作站，使用1臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。機架式結構，放置在機架式服務器盤柜內，報警音箱放置在中控臺，可通過音頻線連接至語音報警站，實現對電站設備狀態變化的語音警示。

（5）工程師站：采用1套HP公司的Z440工作站，使用2臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。機架式結構，放置在機架式服務器盤柜內，用于監控系統在線和離線測試，參數設置、整定和軟件更改；能完成上位機系統各個設備的管理；能完成監控系統各種變量的編輯、新增、刪除等管理功能。

（6）遠動通信機：采用2套南瑞公司的SJ30-664無盤工作站，機架式結構，用于與華北電網總調和山西省中調的通信。

（7）廠內通信機：采用1套南瑞公司的SJ30-664無盤工作站，機架式結構，實現與廠內（如五防系統）、廠外（如生產實時系統）其他系統的數據通信。

（8）交換機：采用2臺HIRSCHMANN公司生產的MACH4002系列千兆工業級以太網交換機。

圖2 新上位機系統結構示意圖Fig. 2 System structure diagram of new upper SCADA system

（9）時鐘同步系統：設1套GPS/北斗時鐘系統，接入監控以太網絡，通過網絡NTP協議對所有上位機設備及現地RTU進行時鐘同步，為各繼電保護裝置、自動控制裝置提供對時接口。

（10）打印機：設2臺網絡打印機。

3.3 NC2000上位機系統功能

（1）數據采集與處理。實時采集來自LCU層的所有主要運行設備的模擬量、開關量、脈沖量等信息和電站其他系統（如電站管理信息系統、電站狀態監測系統等）的數據信息以及來自調度層的控制命令和交換數據，對其進行實時分析和處理，用于歷史數據記錄、顯示畫面的更新、控制調節、操作指導、事故記錄及分析，并進行越限報警、SOE量記錄和重要參數的運行變化趨勢分析。

（2）實時控制與調節。可完成機組的工況轉換、負荷調節、運行控制方式選擇以及斷路器（包括換相開關、隔離開關等）的投/退控制，并可完成AGC、AVC功能。

（3）參數設定。根據電站運行需要，運行人員可通過人機對話方式對AGC、AVC等參與調節的參數進行設定。

（4）監視、記錄和報表。監視設備運行情況和工況轉換過程，發生過程阻滯時能夠給出原因，并可由操作員改變運行工況，直至停機；越復限、故障、事故的顯示，報警并自動顯示有關參數，同時推出相關畫面；監控系統的軟、硬件故障報警。記錄全廠監控對象的操作事件、報警事件，各種統計報表，重要監視量的運行變化趨勢，SOE量，事故追憶和設備的運行檔案等，并能以中文格式顯示并打印。

（5）運行參數計算。包括運行工況計算，AGC和AVC計算，機組效率計算等。

（6）通信功能。通過雙以太環網與各LCU通信；通過專用的兩臺通信工作站實現與網調的遠動通信；通過ONCALL系統，根據報警種類和等級來啟動不同的電話或發至不同的尋呼機，通知有關人員處理故障。

（7）系統診斷。離線或在線進行軟、硬件和通信故障診斷，在線診斷時不影響對電站的監控功能。

（8）軟件開發和畫面生成。工程師可以方便地通過工程師工作站輸入密碼登錄系統，進行系統應用軟件、畫面和報表的編輯、調試和修改等，且不影響主機系統的在線運行。

（9）系統擴充。系統具有很強的開放功能，通過簡單連接便可實現系統擴充，且留有擴充現地控制裝置、外圍設備等的接口。

（10）運行管理及操作指導。正常操作時，提示操作順序，編輯、顯示、打印操作票，顯示、打印運行報表；出現故障征兆或發生事故時，提出事故處理和恢復運行的指導性意見。

（11）培訓仿真。在工程師／培訓工作站上可對運行人員進行操作、維護及事故處理等培訓，并不影響電站的監控功能。

3.4 NC2000上位機系統的優點

三菱上位機系統升級為國產化NC2000監控產品后，不僅保留原三菱上位機系統的全部功能，還將在安全控制策略、歷史數據存儲、生產數據挖掘等方面提供更完備的服務4。其優點如下：

（1）NC2000系統采用全中文語言環境，人機界面友好，能大大地降低運行和維護難度，減少人力培訓成本，進一步提高電站技術水平，為電站的“無人值班”（少人值守）創造有利條件。

（2）NC2000系統嚴格遵循我國和行業電力監控系統安防規定，確保監控系統在防止系統安全漏洞和后門方面符合相關要求。同時，NC2000基于UNIX/LINUX操作系統開發，完全不會受到病毒、長時間運行變慢等問題的影響，確保可靠穩定。

（3）NC2000系統的調度通信軟件、AGC/AVC高級功能軟件等軟件已通過多個官方認證，可無縫對接國家電網、南方電網、各大發電公司集控等各級調度系統運行平臺，也支持電站任意自定義規約，可進行相應開發，滿足電站實際運行需要。

（4）使用NC2000監控產品，在后期技術改造和升級維護方面，其成本明顯低于外方產品。

4 新上位機系統的調試實施思路

西龍池上位機系統改造的實施過程遵循“統一規劃、分步實施、安全可靠、技術先進”的思路，上位機系統的技術升級以不影響電廠正常的安全生產為前提。新上位機系統的調試需要做好與三菱MELHOPE監控系統的協調運行工作。在實際的調試過程中，通常結合電站的檢修計劃來實施。

4.1 機組LCU接入新的上位機系統

首先是完成機組LCU接入新的上位機系統。首臺機組的接入試驗是上位機系統改造中最重要的一個環節，也是花費時間最長，技術難度最大的試驗階段。通過首臺機組的接入試驗，可以完成機組I/O的上行數據和下發控制調節指令的核對；同時可以對試驗過程中出現的問題進行總結，有利于后續LCU接入的穩定性和便捷性。

在首臺機組順利接入后，可完成剩余三臺機組的接入工作。

4.2 抽水啟動LCU、公用LCU和上、下庫LCU接入新的上位機系統

在機組LCU接入完成的基礎上，逐一對抽水啟動LCU、公用LCU和上、下庫LCU進行接入的調試工作，完成對SFC、輔機和閘門等設備的對點和控制試驗。

4.3 開關站LCU接入新的上位機系統

對于開關站LCU的接入，可根據實際情況，如不能夠進行實際開關和刀閘的動態試驗，可考慮切斷開出電源或者閉鎖開出繼電器的方式，僅完成上位機系統到模件或繼電器的動態試驗，待以后條件滿足時再進行設備的動態試驗。

5 結束語

我國早期的大型抽水蓄能電站計算機監控系統均與主機捆綁招標，使用西門子、阿爾斯通、ABB等國外監控產品相對較多。西龍池作為國內唯一采用日本三菱監控產品的電站，受三菱的技術封鎖更為突出，這也大大增加了電站的運維成本。在大型抽水蓄能電站監控技術國產化后，抽蓄電站的運維成本可降低為國外產品的五分之一。

本文對西龍池三菱MELHOPE監控系統上位機升級所提出的技術方案可以為西龍池監控系統的國產化提供堅強的技術支撐，同時本文所提出的實施思路也可以為其他使用國外監控產品的抽水蓄能電站的技術升級改造提供參考。

[1] 梁國才，仇雅靜，王純.西龍池抽水蓄能電站計算機監控系統[J].水電站機電技術，2010，33（3）：42-43.LIANG Guocai，QIU Yajing，WANG Chun.The SCADA System of Xilongchi Pumped Storage Power Station[J].Mechanical &Electrical Technique of Hydropower Station，2010，33（3）：42-43.

[2] 汪軍，張紅芳，周慶忠，方輝欽，謝亞平.我國抽水蓄能電站計算機監控技術評析[J].水電自動化與大壩監測，2002，26（1）：22-24.WANG Jun，ZHANG Hongfang，ZHOU Qingzhuang，et al.Analysis on Computer Monitoring Technology of Pumped Storage Power Station in China[J].Hydropower Automation and Dam Monitoring，2002，26（1）：22-24.

[3] 周慶忠，汪軍，王善永，任志武，樊玉林.國產化大型抽水蓄能電站計算機監控系統[J].電力系統自動化，2007，31（17）：87-89.ZHOU Qingzhong，WANG Jun，WANG Shanyong，et al.The Computer Monitoring System of Large Pumped Storage Power Station in China[J]. Automation of Electric Power System，2007，31（17）：87-89.

[4] 單鵬珠，陳杰，陳龍，張柏.廣蓄B廠上位機系統改造技術研究[J].電網與清潔能源.2015，31（10）：106-111.SHAN Pengzhu，CHEN Jie，CHEN Long，et al.Discussions on the Technical Reformation of the SCADA System in Guangzhou Pumped Storage Plant B[J]. Power System and Clean Energy，2015，31（10）：106-111.

The Technology Research on the Nationalization of the Host Computer System in Xilongchi Pumped Storage Power Plant

SHAN Pengzhu1，XU Jie1，YU Yangyang1，GAO Xu2，HU Fengchao2
[1. NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 210000，Jiangsu，China；2. Shanxi Xilongchi Pumped Storage Power Plant Co.，Ltd.，Wutai 035500，China]

The SCADA system of Xilongchi Pumped Storage Power Plant is MITSUBISHI MELHOPE product，which has been running for nearly ten years from the installation and debugging to all commercial operation. The problem in host computer system of MITSUBISHI MELHOPE found in hardware aging and software functions has seriously affected the safety operation of power plant.Aiming at the technical problems of Xilongchi Pumped Storage host computer system，the nationalization process was studied，and put forward the upgrading scheme for the nationalization of NARI NC2000 host computer system. At last，the paper also briefly describes the implementation of the upgrading of the host computer system.

MITSUBISHI；MELHOPE ；SCADA ；technology reform；NC2000

TV734.4

A

570.30

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.02.009

2016-10-09

2016-12-30單鵬珠（1975—），男，電力系統高級工程師，從事水電站/梯級水電站監控技術和經濟運行的研究開發工作。E-mail：shanpengzhu@139.com

徐 潔，女，南京南瑞集團公司水利水電技術分公司副總經理，研究員級高級工程師。E-mail：xujie@sgepri.sgcc.com.cn

喻洋洋，男，工程師。E-mail：yuyangyang@sgepri.sgcc.com.cn