巨型水电站监控系统改造过渡期通信研究

潘苗苗，黄家志，艾远高，杨 云，张卫君

（1.三峡水力发电厂,湖北 宜昌 443133；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

某巨型水电站布置14台水轮发电机组（单机额定出力700 MW），总装机容量9 800 MW。其计算机监控系统的监控对象几乎涵盖电站所有设备：14台水轮发电机组及其辅助设备、14台三相主变压器、500 kV GIS开关站、泄洪设施、10 kV厂用电、油气水设备等。由于机组容量大，控制监视对象多，计算机监控系统的I/O点总量多达39 000点（不包括通信和计算点的数量），是世界上鲜见的超级巨型水电站计算机监控系统。

在电站计算机监控系统改造过程中，由于现地控制器ABB AC450所使用的MB300网络通信规约与接口的专用性和封闭性，使得新系统上位机投运后不能实现与现地控制器的直接通信，也就无法实现对未改造机组的监控，因而在新系统的网络和上位机投入运行后，将形成新、老系统共同运行的过渡期。考虑到监控系统的改造不可能在短期内完成，老系统必须保留原有的AS500操作员站，以实现对未改造LCU的监视与控制，同时老系统中与厂站层实现通信接口的各AC450控制器也必须在整个改造期间予以保留，以实现将未改造LCU的数据接入新系统中，即将老系统中的上位机功能迁移至新系统。这样当新系统投运时，在新老系统过渡期内，AGC/AVC高级应用、调度通讯、历史数据存储等厂站层功能都可以顺利接管。由此可见，对老监控系统上位机现有通信接口的研究是新老系统平稳过渡的关键。

因此，通过本研究对监控系统上位机内各子系统通信接口的软/硬件内容进行全面分析和解析就显得十分重要，研究的结果将可以帮助相关技术人员快速准确开发出新系统与老系统的接口程序，以实现新老系统的平稳过渡和过渡期内电站稳定运行。

1 改造背景

该巨型水电站计算机监控系统（以下简称“老系统”）由ABB标准的Advant OCS工业过程实时监视与控制系统和ALSTOM公司在其基础上开发的HPC-IMS电站历史信息管理系统组成，于2003年投入运行，至今该套监控系统已稳定运行超过16年。经过多年连续运行，设备逐渐老化，逐步暴露出设备和软件的固有缺陷，故障率逐渐增多，部分设备备件已停产，备件购买困难且昂贵，特别是操作员站无法迁移其他型号工作站，直接影响电站计算机监控系统的正常运行，成为制约电站安全生产和智慧电站建设的瓶颈。

随着国内水电站计算机监控技术的不断进步成熟，且在国内大中型电站已广泛应用。综合考虑，确定采用北京中水科水电科技开发有限公司iP9000一体化平台（以下简称“新系统”）对计算机监控系统进行整体更新改造，并在过渡期实现两套系统的联合运行。

2 改造过渡过程通信研究主要内容

监控系统改造过渡期方案如图1所示。

图1 监控系统改造过渡期方案

根据改造过渡期的方案，本研究项目的主要内容包括：

2.1 上位机与转换节点控制器TN1/TN2接口分析

转换节点控制器TN1/ TN2用作现地LCU与数据采集服务器的接口控制器，其他LCU通过程序把数据以数据集方式传送至TN1/TN2，TN1/TN2再通过VIP通信方式把数据转发给数据采集服务器。通过分析该接口并掌握其数据格式，新上位机系统的历史数据处理服务器即可通过AC450控制器TN1/TN2实现对未改造LCU的历史数据采集，通信接口为VIP协议。需分析老系统运行的数据采集服务器程序，解析其现有数据格式；分析如何把原来由数据采集服务器通过UDP方式发给调度通信网关机的模拟量信息以合适的方式发给新系统的调度通信服务器。

2.2 上位机与应用程序控制器APPC1/APPC2的接口分析

应用程序控制器APPC1/APPC2主要作为现地LCU和应用程序工作站之间的通信接口，其他LCU通过程序把数据以数据集方式传送至APPC1/APPC2，APPC1/APPC2再通过VIP通信方式把数据转发给应用程序工作站，同时APPC1/APPC2还包含部分简单的AGC/AVC程序，如有功、无功设定值数据源选择，调度曲线方式下有功总设定值的计算功能。新系统的应用程序服务器须通过AC450控制器APPC1/APPC2实现与未改造机组LCU的数据交换，通信接口为VIP协议。通过分析该接口并掌握其数据格式及数据意义，新系统AGC/AVC程序应能通过APPC控制器接收未改造机组的实时有功、无功、机组状态等信息，并能把分配值、开停机命令等信息通过APPC控制器转发给机组LCU。

2.3 上位机与RCI和MIMIC控制器的接口分析

转换节点控制器RCI和MIMIC作为现地LCU与调度通信服务器1/2之间的通信接口，使用IEC101协议与现地LCU的AC450控制器实现数据交互。各现地LCU为从站，转换节点控制器RCI和MIMIC既为主站也为从站。通过分析该接口并掌握其数据格式，新系统的调度通信服务器即可通过与AC450控制器RCI和MIMIC通信实现对未改造LCU的事件信息采集，并把调度调节和控制命令发送给相应LCU控制器，通信接口为IEC101协议。

3 通信接口分析

3.1 VIP通信接口分析

VIP通信的TCP/IP接口模件为ABB的CI546模件，采用UDP通信协议。VIP通信接口参数通过VIP-NETW、VIP-NODE、VIP-LINK和VIP-CHAN 4个功能块进行配置，VIP-NETW用于配置和监视VIP网络，VIP-NODE将参与VIP通信的外部主机定义为一个VIP网络节点，VIP-LINK用于在CI546和NODE之间建立通信链接，VIP-CHAN在通信链接内定义用于传递通信消息的多个通道。VIP-W通信模块把数据发送数据采集服务器。

VIP通 信 数 据 包 的 格 式 与TCP和UDP通信报文格式相似，数据包由header和data组成。header包含有两部分，message length（消息长度）和message id（消息号）组成。对于UDP协议，message length最大为9 500 bytes。对于TCP协议，message length最大为65 535 bytes。

图2

1个data里，可以随意包含多种数据，如整型、布尔型、实型和组数据，每种类型的数据格式如图3。

图3 数据格式

组数据是将同一类型数据组合的数据包，可以是16位整型、32位整型和实型数据。头2个字节代表包大小，即组数据中包含数据的个数，不能超过255。

图4 组数据示例

3.2 IEC101通信接口分析

IEC101通信的串口接口模件为ABB的CI535模件，采用IEC870-5-101标准通信协议。通信主站需通过R-CONF功能块配置通信接口参数， 并起到启、停、监视通信的作用；通信从站配置R-IND（从站上送单点和双点信息）、R-AV（从站上送模拟量）、R-SETP（主站下发设定值）、R-GO（主站下发命令）等功能块。

每个R-IND模块最多可传送16个带品质位的开关量，当开关量发生变位时，模块立即发送报文。各个报文包通过数据包ID（即BLOCK_N）进行识别，每个开关量通过所属R-IND的BLOCK_N和在R-IND中的位置确定。

每个R-AV模块可以传送1个模拟量，模拟量的上下限必须与主站通信配置文件中的上下限相一致。各个报文包通过数据包ID（即BLOCK_N）进行识别。

每个R-SETP用来接收主站下发的遥调命令，各个命令包通过对象ID （OBJECT_N）进行识别，遥调命令的上下限必须与主站配置文件中的上下限相一致，且调度侧下发的设定值也必须在此范围之内。

每个R-GO用来接收主站下发的遥控命令，各个命令包通过对象ID（OBJECT_N）进行识别，每个遥控命令通过所属R-GO的OBJECT _N和在R-GO中的位置确定。

主站通信点表中的测点均以IEC通道号标注，与从站程序中的测点一一对应。IEC通道号计算公式如下：

开关量IEC通道号＝R-IND的BLOCK_N×16＋（开关量在R-IND 中的位置－1）

模拟量IEC通道号＝R-AV的BLOCK_N+16 384

R-SETP通道号＝R-SETP的OBJECT_N+450 56

R-GO通道号＝R-GO的OBJECT_N×15+49 392+R-GO中的位置

开关量IEC通道号即为ASDU1中的信息体地址，模拟量IEC通道号即为ASDU9中的信息体地址，遥调命令IEC通道号即为ASDU48中的信息体地址，遥控命令IEC通道号即为ASDU51中的信息体地址。

从站有两类数据上送，包括变化的开关量是一类数据，变化的模拟量是二类数据。主站不停向从站发送询问报文，询问从站是否有变化信息发送。一类信息的传送可以打断二类信息的传送。主站也定时向从站发送一次总召唤命令，从站立刻把系统内包含的开关量和模拟量信息全部发给主站。

4 结束语

通过本项研究，对本巨型电站计算机监控系统上位机各子系统的主要通信接口有了清晰的认识。通过分析各通信接口的硬件和软件组成，形成的最终研究报告将可直接应用于该电站监控系统改造过程中，指导相关技术人员完成新上位机系统中与老系统连接的各通信接口软件开发和调试，对于电站监控系统改造的成功实施将起到重要作用，特别是对新老上位机系统并存时期内电站设备正常运行和上位机各项功能正常运行至关重要。

同时，参与本研究项目的相关人员对于对电站监控系统上位机现有结构和接口形式有了更深入的了解，在后期监控系统维护乃至改造过程中发挥了重要作用。