龍羊峽水電站監控系統改造及光伏電站的接入

王明軍，彭德民

（北京中水科水電科技開發有限公司，北京100038）

1 電站概況

龍羊峽水電站位于青海省共和縣和貴南縣交界處，電站于1987年投產發電。龍羊峽水電站現有4臺機組、4臺主變、6回出線，總裝機容量為1280MW。龍羊峽水電站以發電為主，在西北電網中擔任調峰、調頻和事故備用，提高了下游各梯級電站的發電、防洪、灌溉、防凌和養殖等各項綜合利用效益，是西北地區大型骨干電站之一。

2013年9月，龍羊峽水電站接入1座320MW光伏電站。龍羊峽水光互補320MWp并網光伏電站地處青海省海南州共和縣恰卜恰鎮以南約12km處的塔拉灘上，距西寧市直線距離約130km。一期建設320MWp電站經恰龍I線接入龍羊峽水電站GIS3309間隔，利用龍羊峽水電站已建的5回送出線路接入西北電網。

由于電站原監控系統運行已久，部分硬件及設備老化，備件采購困難，使得維護成本變高。同時，為了適應目前控制技術及自動化技術發展的要求，提高電站監控和運行管理自動化水平，確保電站安全運行，提高經濟效益，故對電站進行監控系統改造。改造后，電站采用北京中水科技的H9000 V4.0計算機監控系統。

2 改造方案

龍羊峽水電站計算機監控系統改造采取全面改造的方式，改造過程主要分2期完成，第1期改造主要內容為全廠上位機廠內部分、1臺機組LCU、開關站LCU、公用LCU、壩區LCU，第1期改造完成后所改設備一次性投入，由新的上位機系統負責全廠監控、管理等高級應用功能，并負責與上級調度部門信息數據傳輸和命令執行，未改造的機組LCU在第1期設備改造完成后，一并接入新的上位機系統（可通過IEC104通信實現新老系統之間進行數據傳輸）；第2期改造主要內容為遠方控制室設備及剩余的3臺機組LCU，剩余的各機組LCU分批改造后，取消規約轉換環節，依次直接接入新的計算機監控系統。

在老系統與新系統分別選用1臺服務器，采用IEC60870-5-104規約，將老系統現有所有監控數據利用此規約上送到新系統。

新老監控系統通信連接正常后，要對所有的信息點進行核對，由“現地—老系統—新系統”過程進行核對。對命令要由“新系統—老系統—現地”過程進行核對，命令只需要核對有功、無功調節令（為實現AGC/AVC功能，其他控制仍由老系統操作員站完成）。

新老系統聯調試驗完成后，需要進行與調度及集控數據通信的切割倒換，即將老系統與調度及集控的通信斷開，由新系統完成數據通信。結構如圖1所示。

AGC、AVC運行在新系統。對于已改造接入新系統的機組，AGC、AVC的有功和無功分配命令將直接下發至機組；對于未改造的機組，將通過廠內通信先下發至老系統，最終由老系統將命令下發到機組。

圖1 新老系統與調度及集控連接結構圖

隨著LCU的逐臺改造，現地LCU的監視及控制功能逐步轉移到新系統，至最后1臺LCU改造完成，廠內原監控系統上位機層設備可以全部拆除。

3 計算機監控系統實現

3.1 廠站層控制系統

廠站控制級設備主要布置在電站遠方中控室區域和廠內控制室區域內的計算機室內。

遠方中控室區域布置的設備主要包括：2套操作員工作站、1套工程師/培訓工作站、2套生產信息查詢統計服務器、1套遠程維護和診斷服務器、1套廠內通信服務器、1套WEB數據工作站、1套WEB發布服務器、1套GPS時鐘、1套UPS、部分網絡設備。

廠內控制室區域布置的設備主要包括：2套應用程序服務器、2套歷史數據庫服務器、2套數據采集服務器、2套操作員工作站、1套工程師/培訓工作站、5套通信服務器（1套廠內、2套調度、2套集控）、1套ON-CALL及報表外設服務器、1套GPS時鐘、1套UPS（在線雙并機）、部分網絡設備。

廠站層主要采用雙星型以太網結構，在廠內控制室和遠方中控室里面分別設置冗余的星型以太網交換機（分別布置兩臺星型以太網交換機），2個控制室里的星型以太網交換機采用千兆光纖環網進行連接。

監控系統具有分布式數據庫，系統功能分布在各個節點上，每個節點嚴格執行指定的任務并通過系統控制網與其他節點進行通信。

3.2 現地控制單元

電站LCU包括4套機組LCU、1套開關站LCU、1套公用LCU和1套壩區LCU。

現地控制單元采用施耐德Quantum unity熱備型PLC。各LCU具有冗余配置的CPU模件、電源模件、現場總線模件、網絡模件、機架等。冗余模件的工作方式為在線熱備，切換無擾動，確保不會丟失數據。各LCU主要完成對監控對象的數據采集及數據預處理，并自動服從上位機的命令和管理。同時各LCU配備有人機觸摸屏，具有控制、調節操作和監視功能。

4 水光互補

4.1 水光互補數據交互

（1）龍羊峽水光互補電站經恰龍I線接入龍羊峽水電站GIS，通過龍羊峽水電站已建的5回送出線路接入西北電網。光伏電站有功、無功、電壓、電流等信號接入龍羊峽計算機監控系統開關站LCU，通過開關站LCU采集至上位機系統和水光互補系統。

（2）光伏電站監控系統和水電站監控系統之間的通信采用電力行業國際標準規約IEC61850-5-104。光伏電站監控系統將有功、無功等信息送給龍羊峽水光互補系統，用于水光互補AGC；同時龍羊峽監控系統將水電站的一些信息送給光伏電站監控系統作為信息補充。

（3）由于光伏電站信息量巨大，為了滿足水電站對光伏電站信息的掌握，同時減輕通信負荷保證龍羊峽水電站監控系統的正常運行，在龍羊峽水電站中控室設置1臺光伏電站服務器。該服務器運行光伏電站監控系統軟件，通過光纖接入光伏電站監控系統。

4.2 水光互補AGC

由于光伏發電本身受到天氣影響，其隨機波動性、間歇性會對電力系統的穩定性產生影響，大容量光伏電站的并網將使電網的調峰、調頻壓力隨之增加。因此需要對光伏電站進行功率控制，在保證電網安全穩定運行的前提下，盡最大可能提高電網對光伏的接收能力。

水光互補AGC就是將光伏電站作為水電廠不可調節的1臺機組，通過調節其他可控水電機組，達到削峰填谷、平滑出力的效果，從而提高光伏電站并網電力質量。水光互補AGC結合光功率預測及發電計劃曲線調節機組有功，最大限度的避免棄光、棄水。

4.3 水光互補AVC

大容量光伏電站在出力波動時，對電網電壓有較大的影響，而現有的無功補償裝置又難以滿足大規模光伏電站的建設需求。水光互補AVC即在出現電網電壓波動時，通過調節水電站的無功協調控制光伏電站無功補償設備，保證光伏電站并網點的電壓在合理的范圍之內。

研究水電機組無功調節能力是否能夠取代無功補償裝置，或減少光伏電站無功補償配置容量，為光伏電站無功補償配置設計積累經驗。

5 結束語

目前，龍羊峽水電站監控系統已完成上位機的全面升級，光伏電站成功接入，且開關站、公用系統、壩區及1臺機組的改造也已完成。新監控系統設計合理，運行穩定，具有良好的兼容性和擴展性。水光互補AGC的設計滿足調度的要求，它的投運真正實現了水電與光伏發電的互補，為以后水光互補積累了寶貴的經驗。