西龙池抽水蓄能电站上位机系统国产化改造技术研究

单鹏珠，徐洁，喻洋洋，高旭，胡峰超

[1.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），江苏省南京市 211106；2.山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西省五台县 035500]

西龙池抽水蓄能电站上位机系统国产化改造技术研究

单鹏珠1，徐洁1，喻洋洋1，高旭2，胡峰超2

[1.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），江苏省南京市 211106；2.山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西省五台县 035500]

山西西龙池抽水蓄能电站计算机监控系统为日本三菱MELHOPE产品，该系统从安装调试至全部投入商业运行已近十年。三菱MELHOPE上位机系统运行中所存在的硬件老化和软件功能缺失等问题已经严重影响电厂的安全生产运行。本文对西龙池抽蓄监控系统上位机进行国产化改造所存在的技术问题进行了分析，并提出了国产化南瑞NC2000上位机系统的升级方案。最后，本文还简要叙述了西龙池抽蓄上位机系统改造的实施思路。

三菱；MELHOPE；监控系统；技术改造；NC2000

0 引言

山西西龙池抽水蓄能电站位于五台县神西乡，总装机容量为120万kW，安装了4台30万kW可逆式水泵水轮机组，额定水头为624m。西龙池计算机监控系统随主机机电设备采购，由日本三菱（MITSUBISHI）公司供货，采用三菱公司设计开发的MELHOPE分布式计算机监控系统。

三菱上位机系统配置有2台Server主机服务器，3台OPS操作员站，2台EDS工程师工作站，1台厂内通信工作站，2台远动通信工作站，2台打印机及1套GPS对时系统。上位机各节点操作系统均采用微软WINDOWS XP。

三菱MELHOPE监控系统网络采用三层星型网络：Information Network、Plant Network、Field Network。Information Network为 监 控 维 护 网，单网结构，用于监控系统维护节点的组网。Plant Network为监控控制网，双网结构，是监控系统的实时控制网络，监控系统主要节点如主机、操作员站和现地控制单元控制器等均接入控制网。Field Network为现场总线网络，三菱BS系列PLC就通过三菱专有现场总线CC-Link与I/O模块进行连接1。

三菱MELHOPE配置2台远动通信机，利用内部OPC转IEC104软件，将数据传输到上海惠安RTU远动设备WESDAC D20ME，惠安RTU远动设备通过IEC104协议与华北网调和山西省调实现远动通信功能。

监控系统GPS对时系统采用Symmetricom产品，单主机配置。GPS主机放置在中控楼，与监控系统采用NTP对时。

西龙池抽水蓄能电站三菱计算机监控系统结构如图1所示。

1 三菱上位机系统问题分析

三菱MELHOPE计算机监控系统于2007年开始调试运行，至今运行时间已近十年，由于监控系统系统硬件老化引起的设备故障及系统软件功能不足等问题日益突出。限于早期计算机自动化发展水平，三菱MELHOPE上位机系统所采用的软、硬件技术已经不能满足电厂生产运行及日常维护的需要2，上位机系统亟须进行技术升级。

1.1 硬件问题

（1）上位机系统硬件设备如主服务器、操作员站等硬件老化严重，其硬件故障直接影响上位机系统的正常运行，严重情况下会造成监控系统完全瘫痪。

图1 西龙池抽水蓄能电站三菱计算机监控系统结构图Fig. 1 System structure diagram of MITSUBISH SCADA system

（2）上位机系统硬件设备已全部停产，备品备件采购困难，有些设备甚至无法采购。

1.2 软件问题

（1）上下位机之间的通信不畅，操作员站经常出现开关量和模拟量无法实时刷新的现象。

（2）开关量记录保存时间较短，每秒一个采样点的情况下最大仅能支持4小时。

（3）流程及报警日志仅支持八万条，在机组频繁启动时只能满足7天，超过后会进行覆盖，需维护人员人工备份。

（4）目前监控系统的流程、报警的分辨率较低，经常在1秒钟内出现多条流程、报警，无法确认先后顺序。

（5）趋势图采点出现虚点现象，导致数据丢失，无法正常显示趋势曲线。

（6）与调度远动通信需经过OPC软件转换，且日方不开放协议，无法从监控系统增加信息点表。

1.3 售后服务问题

西龙池是我国抽水蓄能电站中唯一使用日本三菱MELHOPE监控产品的电站，三菱监控产品在我国应用很少，MELHOPE相关的监控资料很难查找。因此，对于监控系统所存在的一些问题大多只能依靠电厂运维人员自行研究处理；此外，日本三菱在中国只有商社，仅提供商务事务的沟通，在现场出现问题时无法做到及时派遣技术人员到达现场处理问题，使得监控系统问题难以迅速解决，甚至出现部分运行设备的重大缺陷至今仍无法处理。

2 上位机系统改造技术要点

西龙池抽水蓄能电站上位机系统改造主要是对计算机监控系统的主服务器等硬件设备及其软件功能的技术升级，鉴于我国具有自主知识产权的大型抽水蓄能电站监控系统国产化技术日臻成熟稳定，如辽宁蒲石河、安徽响水涧、浙江仙居、江西洪屏等大型抽水蓄能电站均已投入商业运行，因此从运行维护、经济成本及售后服务等多方面综合考虑[3]，西龙池上位机系统改造优先选用国产化监控系统。

西龙池抽蓄上位机系统改造需要实现与原有三菱现地控制单元的数据交换，并由新的上位机系统实现对全厂设备的监视和控制。因此西龙池上位机系统改造主要有以下技术要点：

（1）实现新上位机系统与三菱BS系列PLC的上下行数据交互。

三菱MELHOPE上位机系统与三菱BS系列PLC通过三菱的FEnet网专用通信协议进行数据通信，FEnet网专用协议为内部通信协议。新上位机系统可以通过三菱Q系列PLC作为数据枢纽，使用三菱内部通信协议实现与BS系列PLC的数据交互。

（2）上位机系统的升级改造还要综合考虑后续的现地控制单元的升级改造，避免造成新的技术难点和过度投资。

3 南瑞NC2000新上位机系统设计

3.1 新上位机系统设计原则

新上位机系统作为西龙池电站的控制核心，重点强化其配置和功能以及数据的处理、存储能力，所有硬件设备均采用最新的成熟产品和最新的设计技术。此外，新上位机系统充分考虑后续LCU改造时的兼容性、可行性和便利性，为用户节约投资。

（1）系统采用全开放系统结构，主机、操作员工作站、工程师工作站等使用符合IEEE和ISO开放系统国际标准的UNIX/Linux/Windows操作系统。按照开放的接口、服务和支持格式规范而实现的系统，使应用系统能以最少修改，实现在不同系统中的移植，并能同本地或远程系统中的应用实现互操作。

（2）系统采用分布式体系结构。符合技术发展趋势，系统以双局域网为核心，实现各服务器、工作站功能分担，数据分散处理。处理速度快、工作效率高。

（3）各工作站/服务器在系统中处于平等地位，系统以后扩充时不引起原系统大的变化，并为整个系统不断完善创造条件。

（4）网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能，实现功能的分布。保证了网络上的节点设备中任一部分故障或不工作，均不影响系统其他功能部分的运行。

3.2 新上位机系统结构和硬件配置

抽水蓄能电站对计算机监控系统的安全可靠性和实时性要求很高，因此需选择性能高、运行速度快、安全可靠性高的计算机作为监控系统的上位机设备（见图2）。

（1）数据服务器：采用2套SUN公司SPARC T7-1服务器，冗余配置，每套使用1台26″彩色液晶工业用监视显示器。机架式结构，分别放置在两处机架式服务器盘柜内，完成电站设备的数据处理和存储。

（2）应用服务器：采用2套SUN公司SPARC T7-1服务器，冗余配置，每套使用1台26″彩色液晶工业用监视显示器。机架式结构，分别放置在两处机架式服务器盘柜内，作为应用逻辑处理核心，用于收集、处理和存储过程数据。

（3）操作员站：采用HP公司的Z440工作站，中控室设2套，远方控制室2套，每套使用2台26″彩色液晶工业用监视显示器。机架式结构，分别放置在两处机架式服务器盘柜内，值班员可进行多画面、实时监控，并且具备扩展功能，能实现操作员站的新增。

（4）语音报警站：采用1套HP公司的Z440工作站，使用1台26″彩色液晶工业用监视显示器。机架式结构，放置在机架式服务器盘柜内，报警音箱放置在中控台，可通过音频线连接至语音报警站，实现对电站设备状态变化的语音警示。

（5）工程师站：采用1套HP公司的Z440工作站，使用2台26″彩色液晶工业用监视显示器。机架式结构，放置在机架式服务器盘柜内，用于监控系统在线和离线测试，参数设置、整定和软件更改；能完成上位机系统各个设备的管理；能完成监控系统各种变量的编辑、新增、删除等管理功能。

（6）远动通信机：采用2套南瑞公司的SJ30-664无盘工作站，机架式结构，用于与华北电网总调和山西省中调的通信。

（7）厂内通信机：采用1套南瑞公司的SJ30-664无盘工作站，机架式结构，实现与厂内（如五防系统）、厂外（如生产实时系统）其他系统的数据通信。

（8）交换机：采用2台HIRSCHMANN公司生产的MACH4002系列千兆工业级以太网交换机。

图2 新上位机系统结构示意图Fig. 2 System structure diagram of new upper SCADA system

（9）时钟同步系统：设1套GPS/北斗时钟系统，接入监控以太网络，通过网络NTP协议对所有上位机设备及现地RTU进行时钟同步，为各继电保护装置、自动控制装置提供对时接口。

（10）打印机：设2台网络打印机。

3.3 NC2000上位机系统功能

（1）数据采集与处理。实时采集来自LCU层的所有主要运行设备的模拟量、开关量、脉冲量等信息和电站其他系统（如电站管理信息系统、电站状态监测系统等）的数据信息以及来自调度层的控制命令和交换数据，对其进行实时分析和处理，用于历史数据记录、显示画面的更新、控制调节、操作指导、事故记录及分析，并进行越限报警、SOE量记录和重要参数的运行变化趋势分析。

（2）实时控制与调节。可完成机组的工况转换、负荷调节、运行控制方式选择以及断路器（包括换相开关、隔离开关等）的投/退控制，并可完成AGC、AVC功能。

（3）参数设定。根据电站运行需要，运行人员可通过人机对话方式对AGC、AVC等参与调节的参数进行设定。

（4）监视、记录和报表。监视设备运行情况和工况转换过程，发生过程阻滞时能够给出原因，并可由操作员改变运行工况，直至停机；越复限、故障、事故的显示，报警并自动显示有关参数，同时推出相关画面；监控系统的软、硬件故障报警。记录全厂监控对象的操作事件、报警事件，各种统计报表，重要监视量的运行变化趋势，SOE量，事故追忆和设备的运行档案等，并能以中文格式显示并打印。

（5）运行参数计算。包括运行工况计算，AGC和AVC计算，机组效率计算等。

（6）通信功能。通过双以太环网与各LCU通信；通过专用的两台通信工作站实现与网调的远动通信；通过ONCALL系统，根据报警种类和等级来启动不同的电话或发至不同的寻呼机，通知有关人员处理故障。

（7）系统诊断。离线或在线进行软、硬件和通信故障诊断，在线诊断时不影响对电站的监控功能。

（8）软件开发和画面生成。工程师可以方便地通过工程师工作站输入密码登录系统，进行系统应用软件、画面和报表的编辑、调试和修改等，且不影响主机系统的在线运行。

（9）系统扩充。系统具有很强的开放功能，通过简单连接便可实现系统扩充，且留有扩充现地控制装置、外围设备等的接口。

（10）运行管理及操作指导。正常操作时，提示操作顺序，编辑、显示、打印操作票，显示、打印运行报表；出现故障征兆或发生事故时，提出事故处理和恢复运行的指导性意见。

（11）培训仿真。在工程师／培训工作站上可对运行人员进行操作、维护及事故处理等培训，并不影响电站的监控功能。

3.4 NC2000上位机系统的优点

三菱上位机系统升级为国产化NC2000监控产品后，不仅保留原三菱上位机系统的全部功能，还将在安全控制策略、历史数据存储、生产数据挖掘等方面提供更完备的服务4。其优点如下：

（1）NC2000系统采用全中文语言环境，人机界面友好，能大大地降低运行和维护难度，减少人力培训成本，进一步提高电站技术水平，为电站的“无人值班”（少人值守）创造有利条件。

（2）NC2000系统严格遵循我国和行业电力监控系统安防规定，确保监控系统在防止系统安全漏洞和后门方面符合相关要求。同时，NC2000基于UNIX/LINUX操作系统开发，完全不会受到病毒、长时间运行变慢等问题的影响，确保可靠稳定。

（3）NC2000系统的调度通信软件、AGC/AVC高级功能软件等软件已通过多个官方认证，可无缝对接国家电网、南方电网、各大发电公司集控等各级调度系统运行平台，也支持电站任意自定义规约，可进行相应开发，满足电站实际运行需要。

（4）使用NC2000监控产品，在后期技术改造和升级维护方面，其成本明显低于外方产品。

4 新上位机系统的调试实施思路

西龙池上位机系统改造的实施过程遵循“统一规划、分步实施、安全可靠、技术先进”的思路，上位机系统的技术升级以不影响电厂正常的安全生产为前提。新上位机系统的调试需要做好与三菱MELHOPE监控系统的协调运行工作。在实际的调试过程中，通常结合电站的检修计划来实施。

4.1 机组LCU接入新的上位机系统

首先是完成机组LCU接入新的上位机系统。首台机组的接入试验是上位机系统改造中最重要的一个环节，也是花费时间最长，技术难度最大的试验阶段。通过首台机组的接入试验，可以完成机组I/O的上行数据和下发控制调节指令的核对；同时可以对试验过程中出现的问题进行总结，有利于后续LCU接入的稳定性和便捷性。

在首台机组顺利接入后，可完成剩余三台机组的接入工作。

4.2 抽水启动LCU、公用LCU和上、下库LCU接入新的上位机系统

在机组LCU接入完成的基础上，逐一对抽水启动LCU、公用LCU和上、下库LCU进行接入的调试工作，完成对SFC、辅机和闸门等设备的对点和控制试验。

4.3 开关站LCU接入新的上位机系统

对于开关站LCU的接入，可根据实际情况，如不能够进行实际开关和刀闸的动态试验，可考虑切断开出电源或者闭锁开出继电器的方式，仅完成上位机系统到模件或继电器的动态试验，待以后条件满足时再进行设备的动态试验。

5 结束语

我国早期的大型抽水蓄能电站计算机监控系统均与主机捆绑招标，使用西门子、阿尔斯通、ABB等国外监控产品相对较多。西龙池作为国内唯一采用日本三菱监控产品的电站，受三菱的技术封锁更为突出，这也大大增加了电站的运维成本。在大型抽水蓄能电站监控技术国产化后，抽蓄电站的运维成本可降低为国外产品的五分之一。

本文对西龙池三菱MELHOPE监控系统上位机升级所提出的技术方案可以为西龙池监控系统的国产化提供坚强的技术支撑，同时本文所提出的实施思路也可以为其他使用国外监控产品的抽水蓄能电站的技术升级改造提供参考。

[1] 梁国才，仇雅静，王纯.西龙池抽水蓄能电站计算机监控系统[J].水电站机电技术，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] 汪军，张红芳，周庆忠，方辉钦，谢亚平.我国抽水蓄能电站计算机监控技术评析[J].水电自动化与大坝监测，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] 周庆忠，汪军，王善永，任志武，樊玉林.国产化大型抽水蓄能电站计算机监控系统[J].电力系统自动化，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] 单鹏珠，陈杰，陈龙，张柏.广蓄B厂上位机系统改造技术研究[J].电网与清洁能源.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单鹏珠（1975—），男，电力系统高级工程师，从事水电站/梯级水电站监控技术和经济运行的研究开发工作。E-mail：shanpengzhu@139.com

徐 洁，女，南京南瑞集团公司水利水电技术分公司副总经理，研究员级高级工程师。E-mail：xujie@sgepri.sgcc.com.cn

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