龍羊峽水電站監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)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(chǎn)發(fā)電。龍羊峽水電站現(xiàn)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(fā)電為主，在西北電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用，提高了下游各梯級電站的發(fā)電、防洪、灌溉、防凌和養(yǎng)殖等各項綜合利用效益，是西北地區(qū)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(wǎng)光伏電站地處青海省海南州共和縣恰卜恰鎮(zhèn)以南約12km處的塔拉灘上，距西寧市直線距離約130km。一期建設(shè)320MWp電站經(jīng)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(wǎng)。

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

2 改造方案

龍羊峽水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)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(nèi)容為全廠上位機廠內(nèi)部分、1臺機組LCU、開關(guān)站LCU、公用LCU、壩區(qū)LCU，第1期改造完成后所改設(shè)備一次性投入，由新的上位機系統(tǒng)負責(zé)全廠監(jiān)控、管理等高級應(yīng)用功能，并負責(zé)與上級調(diào)度部門信息數(shù)據(jù)傳輸和命令執(zhí)行，未改造的機組LCU在第1期設(shè)備改造完成后，一并接入新的上位機系統(tǒng)（可通過IEC104通信實現(xiàn)新老系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)傳輸）；第2期改造主要內(nèi)容為遠方控制室設(shè)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(guī)約轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，依次直接接入新的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

在老系統(tǒng)與新系統(tǒng)分別選用1臺服務(wù)器，采用IEC60870-5-104規(guī)約，將老系統(tǒng)現(xiàn)有所有監(jiān)控數(shù)據(jù)利用此規(guī)約上送到新系統(tǒng)。

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

新老系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗完成后，需要進行與調(diào)度及集控數(shù)據(jù)通信的切割倒換，即將老系統(tǒng)與調(diào)度及集控的通信斷開，由新系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)通信。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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

圖1 新老系統(tǒng)與調(diào)度及集控連接結(jié)構(gòu)圖

隨著LCU的逐臺改造，現(xiàn)地LCU的監(jiān)視及控制功能逐步轉(zhuǎn)移到新系統(tǒng)，至最后1臺LCU改造完成，廠內(nèi)原監(jiān)控系統(tǒng)上位機層設(shè)備可以全部拆除。

3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 廠站層控制系統(tǒng)

廠站控制級設(shè)備主要布置在電站遠方中控室區(qū)域和廠內(nèi)控制室區(qū)域內(nèi)的計算機室內(nèi)。

遠方中控室區(qū)域布置的設(shè)備主要包括：2套操作員工作站、1套工程師/培訓(xùn)工作站、2套生產(chǎn)信息查詢統(tǒng)計服務(wù)器、1套遠程維護和診斷服務(wù)器、1套廠內(nèi)通信服務(wù)器、1套WEB數(shù)據(jù)工作站、1套WEB發(fā)布服務(wù)器、1套GPS時鐘、1套UPS、部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

廠內(nèi)控制室區(qū)域布置的設(shè)備主要包括：2套應(yīng)用程序服務(wù)器、2套歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、2套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、2套操作員工作站、1套工程師/培訓(xùn)工作站、5套通信服務(wù)器（1套廠內(nèi)、2套調(diào)度、2套集控）、1套ON-CALL及報表外設(shè)服務(wù)器、1套GPS時鐘、1套UPS（在線雙并機）、部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

廠站層主要采用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在廠內(nèi)控制室和遠方中控室里面分別設(shè)置冗余的星型以太網(wǎng)交換機（分別布置兩臺星型以太網(wǎng)交換機），2個控制室里的星型以太網(wǎng)交換機采用千兆光纖環(huán)網(wǎng)進行連接。

監(jiān)控系統(tǒng)具有分布式數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)功能分布在各個節(jié)點上，每個節(jié)點嚴(yán)格執(zhí)行指定的任務(wù)并通過系統(tǒng)控制網(wǎng)與其他節(jié)點進行通信。

3.2 現(xiàn)地控制單元

電站LCU包括4套機組LCU、1套開關(guān)站LCU、1套公用LCU和1套壩區(qū)LCU。

現(xiàn)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(xiàn)場總線模件、網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)。各LCU主要完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)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(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能。

4 水光互補

4.1 水光互補數(shù)據(jù)交互

（1）龍羊峽水光互補電站經(jīng)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(wǎng)。光伏電站有功、無功、電壓、電流等信號接入龍羊峽計算機監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)站LCU，通過開關(guān)站LCU采集至上位機系統(tǒng)和水光互補系統(tǒng)。

（2）光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)和水電站監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信采用電力行業(yè)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約IEC61850-5-104。光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)將有功、無功等信息送給龍羊峽水光互補系統(tǒng)，用于水光互補AGC；同時龍羊峽監(jiān)控系統(tǒng)將水電站的一些信息送給光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，在龍羊峽水電站中控室設(shè)置1臺光伏電站服務(wù)器。該服務(wù)器運行光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)軟件，通過光纖接入光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2 水光互補AGC

由于光伏發(fā)電本身受到天氣影響，其隨機波動性、間歇性會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，大容量光伏電站的并網(wǎng)將使電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)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(wǎng)安全穩(wěn)定運行的前提下，盡最大可能提高電網(wǎng)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(diào)節(jié)的1臺機組，通過調(diào)節(jié)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(wǎng)電力質(zhì)量。水光互補AGC結(jié)合光功率預(yù)測及發(fā)電計劃曲線調(diào)節(jié)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(wǎng)電壓有較大的影響，而現(xiàn)有的無功補償裝置又難以滿足大規(guī)模光伏電站的建設(shè)需求。水光互補AVC即在出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動時，通過調(diào)節(jié)水電站的無功協(xié)調(diào)控制光伏電站無功補償設(shè)備，保證光伏電站并網(wǎng)點的電壓在合理的范圍之內(nèi)。

研究水電機組無功調(diào)節(jié)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(shè)計積累經(jīng)驗。

5 結(jié)束語

目前，龍羊峽水電站監(jiān)控系統(tǒng)已完成上位機的全面升級，光伏電站成功接入，且開關(guān)站、公用系統(tǒng)、壩區(qū)及1臺機組的改造也已完成。新監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計合理，運行穩(wěn)定，具有良好的兼容性和擴展性。水光互補AGC的設(shè)計滿足調(diào)度的要求，它的投運真正實現(xiàn)了水電與光伏發(fā)電的互補，為以后水光互補積累了寶貴的經(jīng)驗。