黄登水电站CSCS系统建设与关键技术研究

颜现波，毛 琦，赵勇飞，卢小芳

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

黄登水电站位于澜沧江上游河段，处于托巴水电站与大华桥水电站之间。该电站共设置4台单机容量为475 MW发电机组，总装机容量1 900 MW，在系统中承担腰荷、调峰和调频的任务。电站接受南方电网总调、云南省调及上级集控中心调管。整个CSCS建设方案采用H9000 V4.5国产化水电站计算机监控软件。H9000 V4.5软件已经成功应用于国内外数百个水电站，是一套成熟的水电站计算机监控系统。

1 黄登水电站CSCS系统建设总体原则

电站CSCS系统利用基于多主机、多规约、多链路的“调控一体化”技术实现现地、远方、集控、调度等多方调控。在整个系统设计和部署过程中，坚持“设备对象数字化”、“数据通信规范化”、“监控平台一体化”等原则，以适应智慧电网架构下“智能电站”的发展需要。

为解决大容量数据存储问题，采用RAID磁盘存储技术实现海量数据的安全、快速存储。配备商业Oracle数据库，用于秒级、分钟、小时等历史数据存储与检索，并按照实际需求配置专业数据可视化软件SMA2000，以及灵活的报表制作软件Hreport。

为实现网络通信的高可靠性及快速传输性，电站厂站层系统主干控制网采用双环型1 000 Mb/s冗余以太网结构。同时，现地LCU层设置冗余交换机，采用双CPU、双以太网保证监控数据的实时性和稳定性。CSCS系统主干网结构图见图1。

2 CSCS系统实现方案

2.1 厂站层控制系统构成及配置方案

（1）实时数据采集及高级功能应用服务器2套，主要功能为：

1）监控实时数据采集，DI、SOE量事件报警处理，AI、RTD量数值越限检查,系统综合计算库执行、实时设备操作闭锁库生成等功能。

2）实现电站在调控模式下经济运行（即自动发电AGC技术、自动电压AVC技术）。

（2）ORACLE历史库服务器2套,主要功能为：

1)两套服务器互为备用，共同完成对磁盘阵列的数据存储及管理功能。

2）主控服务器按周期将实时数据库写入历史库，实现监控数据长期存档，并对其他客户端提供访问接口及历史数据查询、调用服务。

（3）设置运行操作工作站5套,主要功能为：

1)基于H9000 V4.5的OIX人机界面软件可以实现厂站人员对电站机电设备运行情况监视功能。如发电机组、调速器系统、励磁系统、油系统等运行工况监视、事故告警、控制方式调节、机组启停和开关设备操作等。

2）实现厂站人员对站控设备的控制命令下发功能。其中主要操作命令包括：机组顺控流程操作、发电功率调节、断路器、隔离开关及接地刀闸等设备操纵以及闸门升、降、停及开度给定操作等。

3）4套操作工作站分别布置在地面值守楼及地下控制室，地面值守楼及地下控制室的操作工作站应相互闭锁，地下控制室的操作工作站优先。另外一台操作工作站设置成移动式，主要完成现场调试、试验及维护任务。

（4）设置对外通信服务器6套：为满足调度中心对监控数据信号“直采直送”要求，通信服务器直接接入厂站层主干控制网。其中2套完成厂站与省调、地调通信，2套完成电站与南方电网网调的调度通信，2套完成电站与上级公司集控中心通信。

（5）配置工程师站1套、厂内通信工作站1套、语音告警及ON-CALL服务器1套，主要承担系统数据库、画面的维护管理、电站辅控设备通信、语音报警及短信发送功能。ON-CALL报警系统支持中国移动、中国联通、中国电信等移动通信运营商。

图1 黄登水电站计算机监控系统网络结构图

2.2 现地层控制单元(LCU)系统构成

（1）机组LCU(LCU1～LCU4) 4套：每套均包含1个进水口远程I/O和1套机组测温LCU。

设置冗余的现地交换机，双CPU、双机架、双以太网口、双电源装置。为满足大型机组温度监视需求，该系统配置独立的机组测温LCU系统。

（2）地 下 开 关 站LCU(LCUK1～LCUK4) 4套:500 kV每串设备和双母线各设置一套LCU，共4套。LCU配置冗余的现地交换机，双CPU、双机架、双以太网口、双电源装置，每个LCU与上位机通过工业以太网交换机相连接，组成双星型网络。

（3）厂用电设备LCU(LCUC1～LCUC4) 4套: 每段10 kV厂用电设置1套LCU，共4套，LCU配置冗余的现地交换机，双CPU、双机架、双以太网口、双电源装置，LCU与上位机通过工业以太网交换机相连接，组成双星型网络。

(4)现地层控制单元还包括：1套公用设备LCU，1套坝区设备LCU，1套地面值守楼LCU以及一键式落门控制柜等。典型现地LCU网络拓扑图见图2。

图2 机组现地LCU I/O网络拓扑图

3 关键技术及实现方案

3.1 多主机、多规约、多链路通信网络设计与实现

电站控制调节方式的优先级依次为：现地控制级、厂站控制级、集控中心、调度控制级。电站与集控中心网络通信采用双网络IEC104规约。为保证大量数据通信的完整与安全，设计了基于多服务器、多规约、多链路的通信设计思想，并采用电信、电网双通道冗余结构。集控通信网络拓扑图见图3。

3.2 CSCS系统RAID存储技术及实现方案

（1）RAID磁盘存储技术原理是将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用。目前主要有RAID0、RAID1、RAID5等多种存储方式，为了得到更高的速度、稳定性、更大的存储能力以及容错能力，一般都采用几种RAID存储方式组合形式。

（2）选用RAID存储技术优势：

1）采用快速数据校验技术，保障较高的数据安全性和完整性。

图3 黄登电站集控通信网络拓扑图

2）超大容量和级联的扩展技术，实现海量数据存储。

3）采用磁盘阵列自带CPU 和内存技术，实现数据访问的高速性。

4）配备双机集群容错软件,保证作业连续性。

5）磁盘阵列采用级联技术或SAN 存储区域网技术，具有灵活的扩展能力。

（3）选型方案：2套历史库存储服务器，一套联想磁盘阵列。对于存储服务器，为了具有更好的系统稳定性采用2块硬盘做RAID1模式；为了实现更大的存储能力以及容错能力，磁盘阵列配置10块硬盘并按照RAID5模式进行设置。

3.3 CSCS系统冗余技术及实现方案

（1）主机热备冗余技术：关键节点服务器及工作站均设置双套冗余方式工作。冗余工作站的运行模式均为热备用方式，互相检测，相互备用。主用计算机出现故障时，备用计算机能无扰动地、快速切换成主机运行。

（2）现地层LCU控制单元采用热备冗余的配置方案，设置冗余交换机，双CPU、双以太网卡、双电源供电装置。冗余CPU之间数据交换通过独立的数据同步光纤直连模块，保证数据交换的高效率以及无扰主备切换。

（3）可靠的冗余UPS电源供给系统：UPS主机采用双总线结构，两套主机独立工作，确保不存在两路供电系统的关联故障。CSCS系统设备均采用双路电源供电，对于单电源设备，采用购置静态切换开关（STS）供电，确保整个CSCS系统中不存在单点电源故障问题。

3.4 历史数据快速查询及报表方案

使用Hista历史库管理软件可以实现历史库自定义配置及数据快速查询功能。另，针对Oracle数据库特点，配置了基于.Net Framework平台的运行报表软件Hreport V4.5,该软件可以为用户提供人性化的报表制作功能。

4 结束语

H9000 V4.0 CSCS系统在澜沧江流域黄登电站的优化设计以及相应关键技术的实现，为该站后续机组并网发电积累了宝贵经验，同时，也验证了H9000 V4.0 CSCS系统针对大、中型水电站海量数据的超强处理能力和控制能力。