凤滩水电厂调度通讯仿真RTU设计与应用

周希念，戴 民，龚传利，毛 琦，姚维达

（1.湖南省电力公司，湖南长沙 410007；2.凤滩水力发电厂，湖南沅陵 419600；3.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

凤滩水电厂调度通讯仿真RTU设计与应用

周希念1，戴 民2，龚传利3，毛 琦3，姚维达3

（1.湖南省电力公司，湖南长沙 410007；2.凤滩水力发电厂，湖南沅陵 419600；3.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

分析比较了物理RTU和仿真RTU，提出仿真RTU替代物理RTU是水电厂与调度通讯的必然方向。文中介绍凤滩水电厂仿真RTU设计原则以及仿真RTU结构特点，并分析了经济与社会效益。凤滩仿真RTU的实现可以供其他水电厂借鉴。

水电厂；仿真RTU

0 引言

由于电力生产单位设备投入运行后，要将本单位主要生产数据实时地发往各级电力调度部门，供其对整个电网的运行情况进行监控。因此在发电厂内都设有远程终端单元，即RTU。通常电网调度用的RTU装置自带处理器，并且集中了多种I/O模块，这些模块可以安装在一个机柜内，也可以分散安装在各间隔单元中，通过单独铺设的信号电缆完成对现地生产设备的数据采集，RTU主设备把直接采集或通过现场总线采集的实时数据集中处理后，按照远动通讯规约，用电力专用modem经通信通道上传给电网调度系统实现遥测、遥信功能；同样RTU也可以接收电网调度系统下传的数据，按照调度要求直接控制生产设备，实现调度系统对现地设备的遥调、遥控功能。RTU实际上是一个可靠性高、实时性好的远程监控系统。但RTU硬件成本高，维护不方便，增加四遥的点数需要增加I/O模块，每个电厂平均需要数百万投资。随着电力建设的不断发展，计算机监控系统在水电厂得到了越来越广泛的应用，计算机通讯技术已经非常成熟，且具有实时性好，运行安全稳定，数据采集信息量大，数据处理能力强等特点，用计算机监控系统仿真现场RTU功能，以“虚拟RTU”替代真正的RTU设备与电网调度系统进行通讯，实现调度系统对现地设备的遥测、遥信、遥调和遥控功能已经成为必然。使用计算机监控系统虚拟RTU不仅可以减少现场电缆铺设量，简化现地设备和减少运行人员的维护工作量，还可为用户降低设备投资，平均每个电厂投资仅十万元左右。

凤滩水电厂计算机监控系统采用中国水利水电科学院H9000V4.0分布开放式水电站计算机监控系统，系统具有最新国际标准通讯规约库及软件包等。电厂原采用SC1801规约的物理RTU与省调通讯，由于其昂贵的购置费和维护费用，电厂在监控系统改造中淘汰了物理RTU，采用sc1801规约虚拟RTU与省调通讯，实现调度系统对现地设备的遥测、遥信、遥调和遥控功能。

1 仿真RTU设计原则及结构

1.1 系统设计原则

根据无人值班（少人值守）的要求，结合我国国情，尽可能采用国内外最新技术的原则，调度仿真RTU不仅应具有可靠、完善的功能，应遵守如下的设计原则，而且还要具有良好的开放性能，以确保系统的可扩性、移植性和联网功能，以保护电厂的投资。

高可靠性：采用分层分布式系统结构，保证任何局部设备的故障均不影响系统总体功能的实现，提高系统的可靠性和实时性并减少系统网络资源的占用。为提供可靠性，一般应采用冗余配置，双主机、双网络、双通道。

先进性：立足当前水电厂综合自动化计算机监控系统的最新研究应用成果和发展趋势，采用国内外最新技术，并结合我国国情，按现场无人值班（少人值守）原则设计。以保证系统具有国内乃至国际领先地位。

实时性：调度仿真RTU与水电厂监控系统主干网应采用开放式冗余高速网络，并进行有效配置，以防止通信瓶颈的出现；主机应选用在水电厂综合自动化系统中成功应用的最新高性能机型，配备经过实际检验的功能强大、性能优异的系统软件和应用软件，以保证仿真RTU的实时性。

可扩展性：仿真RTU不仅应具有可靠、完善的功能，而且还要具有良好的开放性能，以确保系统的可扩性、移植性。所采用的技术和结构应适应未来发展趋势，并支持和便于分阶段投运设备。

成熟性：根据当前国内外水电站综合自动化系统的成功经验，所采用的系统方案、设备、软件等都应是经过实际运行考验的先进成熟产品，并能获得良好的技术支持。

可维护性：充分利用H9000系统的现有工具软件，减少开发维护工作量，提高开发维护效率。

1.2 系统结构

凤滩水电厂调度仿真RTU由硬件和软件构成的。硬件为二台通讯服务器；软件是调度通信仿真软件包，运行在通讯服务器上，仿真RTU软件以H9000计算机监控系统基础软件为应用平台，支持Windows和UNIX操作系统。

凤滩水电厂调度仿真RTU在电站内侧通过网络接口与计算机监控系统网络交换机连接，实现与计算机监控系统的数据共享和数据交换，通过冗余10/100MB快速以太网实现网络互联，其容量大，速度快，实时性、开放性俱佳。外侧通过调制解调器和通信系统提供的两条通信专线通道实现与调度中心系统的互连。

2 凤滩水电厂仿真RTU的特点与应用

凤滩水电厂调度仿真RTU以独立通讯工作站为硬件平台，以监控系统为应用软件平台，通过监控系统局域网获得各类遥测遥信数据且具有较高的实时性，其中遥信变位传送至主站时间≤3s，重要遥测量越定值变化传送至主站时间≤3s，事件记录分辨率＜10ms；调度仿真RTU可以及时转发调度系统下达的遥控命令和遥调命令，若该命令直接下达到设备，则响应时间≤3s。调度仿真RTU通过软件实现电网调度自动化系统功能规范中规定的各项功能，包括：采集并发送状态量信息、遥信变位优先传送、采集并发送数字量信息、采集并发送脉冲计数值、采集并发送模拟量测值、接收并执行遥控命令、接收并执行调整命令、被测量越定值传送、越限告警、事件顺序记录、程序自恢复、主备通道自动切换，遥测、遥信、遥控、遥调容量组合等。

在确定采用仿真RTU方案后，凤滩水电厂与监控厂家进行了仿真RTU系统软、硬件的设计、开发及实验室联调工作。并测试了相关的功能、性能，其中完成了有关SOE功能，使事件分辨率达到了毫秒级，满足了湖南省调度系统对仿真RTU软件的要求，并通过了与湖南省中调的实验室联调测试。凤滩水电厂采用双套仿真RTU，从2004年开始现场安装调试，并投入使用，替代原有RTU设备与湖南省电网调度中心系统进行通讯，实现调度系统对现地设备的遥测、遥信、遥调和遥控功能。通信规约支持湖南省调使用的SC1801及104等多种规约。目前仿真RTU在凤滩水电厂运行情况良好，可用率≥99.8%，同时也大大减少了维护人员的工作量。

2.1 通讯规约选择功能

调度仿真RTU与电力调度中心主站通讯的内容用遥测、遥信、遥控和遥调信息表文件定义。信息表文件采用结构化文本格式，该格式根据调度通讯双方约定的RTU远动规约类型而制定，信息表结构清晰便于运行人员修改和维护。调度仿真RTU的通信规约，早期使用DNP3.0、SC1801，目前已更换为104规约。

2.2 调度命令验证和日志记录功能

调度仿真RTU不但可以直接转发调度系统下达的遥调遥控命令去控制设备运行，而且还可以通过监控系统本身的控制命令闭锁功能对收到的遥调遥控令进行验证，只有当现场条件确实具备后才转发控制命令，否则拒绝执行。调度系统下达的所有遥调遥控命令都会在调度仿真RTU通讯服务器中留下记录并形成日志文件，供有关人员查询。

2.3 灵活的冗余通信配置方式

运行人员可以在调度仿真RTU通讯服务器上查看全厂实时数据库、显示监控系统所有画面。用户也可以用IPM做图工具自己绘制针对RTU通讯的相关画面以便集中监视调度通讯遥测遥信数据和通讯状态。由于调度仿真RTU运行在通讯服务器上，所以具有较灵活的组合方式实现冗余功能提高通讯系统可靠性。例如：通过调度仿真RTU通讯服务器上的多个串行接口分别连接调度系统冗余通讯通道可实现“单机多通道冗余”运行方式；使用两台调度仿真RTU通讯服务器分别连接调度系统通讯冗余通道可实现“双机双通道冗余”运行方式；若监控系统配置了网络串行服务器和两台调度仿真RTU通讯服务器，将网络串行服务器上的串行接口与调度系统通讯单通道或冗余通道相连，则可以实现更加灵活的“双机单通道”或“双机多通道冗余”运行方式。

2.4 通讯状态监视和程序自恢复功能

为保证调度通讯不间断，调度仿真RTU设计了“看门狗”功能，当某个通讯程序出现异常退出运行后，“看门狗”将在几秒钟内（时间可以设定）把该通讯程序重新启动并投入运行以确保上传数据的实时性和连续性。在通信过程中，当因通讯通道故障导致通讯中断后，调度仿真RTU会立即在监控系统网络上发布综合报警信息，运行值班员在操作员工作站上可以立即看到该通道的故障报警信息，并及时通知有关人员排除故障恢复通道畅通。

2.5 调度通讯与监控系统无缝连接

调度仿真RTU作为监控系统的一个子系统，它的各项功能完全融合在监控系统平台内，因此调度仿真RTU能够充分利用计算机监控系统已采集到的各种信息资源实现资源共享。调度仿真RTU不仅能够实现发电厂RTU设备的全部功能，而且还具有现地RTU设备有无法替代的作用。例如通过运行调度仿真RTU软件，本厂监控系统AGC可以直接接收上级电网调度系统AGC的遥调遥控命令，参与并配合电网AGC运行。

2.6 远方诊断功能

由于调度仿真RTU是监控系统的一部分，因此有特殊权限的维护管理人员可以通过计算机监控系统远程诊断接口，从远方登录到调度仿真RTU通讯服务器上进行运行监视和维护。

3 经济和社会效益

调度仿真RTU多功能，运行稳定，实时性好，冗余配置结构灵活，易于功能扩充，系统维护管理简单，电厂的调度通讯系统建设提供了新的实现方法，为电力系 统节约工程投资，降低运行维护成本创造了条件。调度仿真RTU在凤滩水电厂计算机监控系统工程的实施，进一步提高了全厂生产自动化水平，为实现电站（尤其是偏远和交通不便地区的电站）无人值班，“少人值守”奠定了基础，具有非常高的推广应用价值。凤滩电厂仿真RTU比物理RTU为电厂节省200余万人民币，每年节省维护费用30万人民币。

4 结束语

仿真RTU采用现代网络技术，价格便宜，维护方便，在凤滩水电厂投运以来，有效地提高了电站综合自动化水平，取得了良好经济效益和社会效益。采用SC1801规约仿真RTU与省调通讯已稳定运行五年多，在省调改通讯规约为101和104规约后，仿真RTU也作了101和104规约相应配置，并已完成投运，运行半年多稳定可靠。仿真RTU替代物理RTU现在已成为水电厂与调度通讯的必然方向，凤滩水电厂仿真RTU设计思想可供其他水电厂借鉴。

[1]周民，张毅，王桂平，等.H9000计算机监控系统虚拟RTU功能的实现〔J〕.水电自动化与大坝监测，2004，3.

[2]毛琦，姚维达，张卫君.H9000计算机监控系统在凤滩电厂的应用〔J〕.水电站机电技术，2008，3.

[3]周民，姚维达，张毅.H9000计算机监控系统的新版本〔J〕.水电自动化与大坝监测，2002，4.

TP391.9

B

1672-5387（2010）03-0053-03

2010-04-28

周希念（1969-），男，工程师，主要从事水电厂电气生产管理工作。（E-mail：zhouxn@mail.hn.sgcc.com.cn）