國電投獅子灘新能源集控中心自動化系統建設

顏現波，邢建模，侯杰仁，王中才，張 青，

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；3.國家電投集團重慶獅子灘發電有限公司，重慶 401220）

0 引言

為了加快企業小水電改革進程以及優化新能源電站管理模式，國電投集團對下屬企業在建及新建的新能源項目提出了“工業化、數字化、信息化”深度融合的要求，改變傳統運營管理方式、轉變觀念、將集控中心作為新型運行管理模式。根據國家電投新能源建設的統一規劃，在渝的下屬水電站、風電場及光伏電站等新能源項目將統一接入獅子灘集控中心，實現遠程集群集中控制。獅子灘新能源集控中心將成為國家電投集團區域性水電新能源生產運營中心。該中心將實現所有發電設備的實時監視與遠方控制，對設備運行中產生的大量數據進行采集與存儲，為下一步集團公司數字化、智能化、大數據中心建設提供充實的數據基礎和分析依據。

獅子灘新能源集控中心自動化系統基于新一代H9000智能一體化監控平臺而構建，以集控數據實時監控、AGC/AVC經濟運行、檢修與生產運營等應用為架構核心，以標準化、模塊化、一體化、智能化為設計原則。整個自動化系統集成水電站計算機監控、水情水調、風機監控、光伏發電、電能計量及風、光功率預測系統等，解決了電站生產系統及各輔控系統各自孤立、數據隔離、維護復雜等問題，見文獻[1-4]。整個自動化系統設計理念及架構如圖1所示。

圖1 獅子灘新能源集控平臺設計理念及系統架構

1 系統概況

獅子灘新能源集控中心第一期集控建設目標將實現龍溪河流域的獅子灘、下硐、上硐、回龍寨水電站，以及大洪河流域的大洪河水電站的接入及控制工作。第二期集控建設目標為芙蓉江流域江口電站和金子山風電場的接入及控制工作。第三期集控建設目標為梅溪河流域渡口壩水電站以及五洞巖光伏電站接入及遠程集中控制。集控中心設置在位于國家電投集團重慶獅子灘發電有限公司運營中心大樓四樓。根據場所條件、集控中心的特點和設備配置情況，四樓統一劃分為集控大廳、盤柜室、蓄電池室、辦公區、交接班室等，接入規劃見表1。

表1 電站概況及接入規劃

2 系統設計原則

2.1 智慧電網架構下新能源集控中心自動化系統總體設計原則

（1）為適應智慧電網架構下“智能電站”的發展需要，該方案中采用基于多主機、多規約、多鏈路的“調控一體化”技術實現現地層、廠站層、集控層、省調、網調等多方數據通信及遠程調控功能。

（2）為滿足智慧電網架構下數據實時性的要求，采用熱備分級時鐘系統方案，搭建全廠時鐘對時系統，實現控制Ⅰ區所有設備統一對時，保證數據時效性。

（3）為實現網絡通信的高可靠性及快速傳輸性，滿足電站監視及上級調度中心遠程調控要求，方案中通信網絡及控制網絡均采用雙環雙冗余網絡通信方式。系統配置滿足可靠、冗余原則，設備選型先進，符合當前技術發展特點，系統數據監視實時性較高，數據傳輸抗干擾能力強。

（4）整個新能源集控中心自動化系統建設方案中貫徹“數字化、智能化、智慧化”的設計理念，堅持“設備對象數字化”、“設備管理及高級應用智能化”、“數據分析及決策應用智慧化”等原則，見文獻[5]。

2.2 新能源集控中心自動化系統安全防護原則

新能源集控中心整個自動化系統分為安全Ⅰ區即生產控制網（各電站計算機監控系統、箱變系統）、安全Ⅱ區即非控制網（保信系統、水情水調系統）、安全Ⅲ區即生產信息管理網（風、光功率預測、電能計量系統）。安全Ⅰ區和安全Ⅱ區之間配置有防火墻，Ⅱ區和Ⅲ區之間配置有正、反向隔離裝置。水調自動化系統配置有水調數據庫兼通信服務器，水調自動化工作站等。電能計量系統配置有電能計量采集服務器、電能計量歷史服務器及報表工作站等。WEB發布、在線趨勢分析、狀態監測系統位于管理信息Ⅲ區。

視頻監控系統獨立組網，租用電信運營商通道接入集控中心工業電視路由器，進而接入集控中心視頻監控系統。整體網絡拓撲圖及安全分區如圖2所示。

圖2 獅子灘新能源集控網絡拓撲及安全分區圖

3 集控中心數據接入網設計

3.1 水電站接入網絡

在集控下屬水電站各配置兩套光傳輸設備，用于傳輸水電站計算機監控系統數據以及水調、電能計量數據。水電站數據接入網絡拓撲圖見圖3。

圖3 水電站數據接入網絡拓撲圖

3.2 風電場數據接入網絡結構

針對風電場設備分散、數據量大的特點。風機、箱變、功率控制等實時業務，通信規約大多采用Modbus TCP協議或者OPC協議，實時業務的數據通信量大，因此，在電站配置兩臺前置采集服務器，采集實時數據，采用IEC104規約轉發給集控中心，兼顧定期全送數據和變化數據主動上送的特點，可大量節省通信帶寬，并具有傳輸可靠、效率高等特點。保信子站、風功率預測系統、電能計量系統等非實時業務，通信數據量較小，集控中心直釆數據，效率更高。風電場數據接入網絡見圖4。

圖4 風電場數據接入網絡拓撲圖

3.3 光伏電站接入網絡

光伏電站接入集控中心的系統包括升壓站監控系統、光伏監控系統、箱變監控系統、功率控制系統、光功率預測系統、電能量系統等。升壓站監控系統集成了所有的實時系統，因此電站現場無需配置前置采集服務器，由集控主站系統直釆電站側數據，其他接入網絡與風電場類似。

3.4 功率控制系統

功率控制系統接入場站側的前置采集服務器，轉發給集控中心安全Ⅰ區。功率控制系統一般由調度直接控制，集控中心主要采集其數據進行風水光互補分析，保留對功率控制系統的調節控制權限，在調度允許的情況下根據風水光優化分析策略進行風機的遙調和遙控。

3.5 風、光功率預測系統

風、光功率預測系統以兩種方式接入集控中心安全Ⅱ區。①WEB方式，可以在集控中心采用WEB方式遠程訪問場站側預測系統。②風功率預測系統通過FTP協議方式接收場站文本格式的風功率預測短期和超短期文件。

3.6 保信子站

保信子站系統通過非實時通道接入集控中心安全Ⅱ區。集控中心保信主站系統通過IEC60870-103協議采集場站保信子站的數據。

3.7 水調自動化系統接入網絡

水調自動化系統通過非實時通道接入集控中心安全Ⅱ區。水調自動化系統開放數據庫接口，由集控中心水情測報系統直接讀取數據庫的方式采集數據，并采用FTP文本協議通過正向隔離裝置將相關水情水調數據傳送至集控中心自動化系統。

3.8 電能計量系統接入網絡

電能計量系統通過非實時通道接入集控中心安全Ⅱ區。集控中心電能量系統集成在監控系統內，集控中心通過威遠IEC60870-102協議采集場站電能量采集終端的數據，并將數據存儲于電能計量歷史服務器。

3.9 工業電視接入網絡

工業電視系統通過租用電信運營商網絡，將場站側的視頻監控系統匯聚接入集控中心，集控中心視頻監控系統提供網絡接口給大屏幕系統，圖像質量不低于720 P；監控系統提供2路DVI視頻信號給大屏幕系統，分辨率不低于1 600×1 200；大屏幕系統將網絡視頻信號和計算機視頻信號進行解碼。視頻監控系統網絡拓撲圖見圖5。

圖5 視頻監控系統網絡拓撲圖

3.10 調度電話接入網絡

集控中心中控臺配置有4個工位，每個工位配備兩個調度電話和一個調度控制臺，每個場站配置兩個調度電話，調度電話經過重慶長壽地區光纖A/B網連通場站、集控和地調、省調。調度電話接入網絡如圖6所示。

圖6 調度電話接入網絡拓撲圖

4 結語

本文主要介紹獅子灘新能源集控中心自動化系統的設計方案及原則，根據水電站、風電場及光伏電站自動化系統不同特點，將場站不同類型的自動化系統數據接入到集控中心。該自動化系統對分布在不同地理空間的機電設備進行遠程監視和調控，廠站內設備運行數據經由數據通信層傳輸至集控中心，集控中心自動化系統對設備運行數據進行存儲、計算、分析與診斷。集控自動化系統中高級應用功能在分析運行數據的基礎上引入大數據、深度學習、人工智能等優秀算法對設備運行狀態及其潛在故障進行分析，為設備正常運轉提供精準的運維指導，極大地降低了電廠運行維護成本，大幅度提高了運行管理水平。獅子灘新能源集控中心實現了新能源電站“無人值班，少人值守”的運維管理模式，同時也為中、小水電企業改造提供了參考經驗和可借鑒實例。