iP9000在南网调峰调频公司集控中心的应用设计探讨

张海龙，张宏艳，张卫君，时小倩，韩文俊

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

2020年，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会做出“力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的郑重承诺。2021年9月，国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035年）》，要求加快抽水蓄能电站核准建设，到2025年，抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到6 200万kW以上；到2030年，抽水蓄能投产总规模较“十四五”再翻一番，达到1.2亿kW左右；到2035年，形成满足新能源高比例大规模发展需求的，技术先进、管理优质、国际竞争力强的抽水蓄能现代化产业，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企业[1]。可以清晰预见，未来15年将是抽水蓄能产业蓬勃发展的15年。

抽水蓄能电站的快速发展，对区域抽水蓄能运行水平和管理水平提出了更高的要求，为了达到管控一体化，实现管辖厂站日常的启停机、负荷分配调整、网络及通信维护等功能，并最终达到精益管理、提质增效，创建国际一流调峰调频发电企业的目的，建立抽水蓄能电站的远方集中监视和控制中心是实现多厂站少人可靠监控的运行集约化的可行方案。调峰调频公司集控中心是国内首个抽水蓄能集控中心，采用北京中水科技自主研发的iP9000智能一体化平台，文中介绍了集控中心的建设情况，并针对抽水蓄能集控中心运维和功能特点在监控系统应用设计上进行了探讨。

1 集控中心设计

1.1 厂站接入情况

调峰调频公司规划在生产检修试验基地大楼内建设新的集控中心。新集控系统替代原老集控系统，进一步实现对管辖的天生桥二级水力发电厂（简称天二电厂）、鲁布革水力发电厂（简称鲁布革电厂）两个常规电站，广州蓄能水电厂（根据叙述需要简称广蓄电厂或广蓄A厂、广蓄B厂）、惠州蓄能水电厂（简称惠蓄电厂）、清远蓄能水电厂(简称清蓄电厂)、深圳蓄能水电厂(简称深蓄电厂)、海南琼中蓄能水电厂(简称海蓄电厂)、阳江抽水蓄能电厂(简称阳蓄电厂)、梅州抽水蓄能电厂(简称梅蓄电厂)8个抽水蓄能电站进行集中远方实时监视和控制，实现对管辖厂站的日常监控和统一管理。目前惠蓄电厂及广蓄A厂仍采用法国阿尔斯通公司监控系统，其功能及维护方面已无法满足现在更高的监控要求，技术性能方面的落后已严重限制通过IEC104的方式接入新集控系统，在两个厂监控系统改造完成前，采用工作站延伸的方式接入集控中心，其余厂站采用IEC104规约接入。各厂站接入集控中心的方式如图1所示。

图1 集控中心接入方式

1.2 建设目标

抽水蓄能电站有别于常规水电站，更多是负责电力系统的调峰、调频、调相、事故备用、黑启动等重要任务[2]，作为国内首个抽水蓄能集控中心，在建设目标上提出了更高的要求：

（1）集控中心接受南网总调、广东中调、海南中调、深圳中调的调度指挥，接收并执行这些调度机构下达的机组不同工况的调节命令，并向这些调度机构传送管辖厂站信息。

（2）实现对管辖范围内各厂站生产的海量数据实时、可靠且高质量地采集和存储；按调度要求及管辖厂站的运行要求，实现对各电厂机组设备安全、便捷、全面、实时监视与控制，确保管辖厂站所有机电设备安全、可靠运行。

（3）充分利用抽水蓄能电站的可发电可蓄水的灵活性实现管辖范围内各厂站经济运行和区域优化调度。

（4）与本系统内、外相关系统进行通信，准确、及时、全面地收集管辖厂站调度管理所需的各种信息，同时可向其他相关系统传送计算机监控系统的相关数据信息。

1.3 系统架构

集控系统采用全开放的分布式结构，由网络上分布的各节点计算机单元组成，各节点计算机采用局域网（LAN）互联[3]；计算机监控系统与外部系统（如：上一级调度机构、各管辖厂站）采用广域网互联、同时通过数据交换功能与集控中心其他综合自动化系统通信，包括：管理信息大区数据中心、工业电视系统、调峰调频公司态势感知主站等。集控系统结构和系统配置见图2。

图2 集控中心计算机监控系统结构图

（1）集控系统局域网按IEEE802.3z设计，采用星型结构的交换式以太网，全开放的分布式接口，局域网通信规约TCP/IP，传输介质采用以光纤为主，双绞线为辅的方式，介质访问控制方式为带有碰撞检测的载波监听多路访问（CSMA/CD），控制网络的传输速率最高可至1 000 Mbps，集控中心管辖厂站数据接入区、调度数据网接入区网络的传输速率最高可至1 000 Mbps，各层网络以太网交换机采用相同速率的以太网交换机。

（2）集控中心至上一级调度机构的通信按采用各管辖厂站主要调度管理方的调度数据网双平面接入。

（3）集控系统通过集控数据网双平面的冗余通信通道（主通道、备用通道）与各管辖厂站通信。

2 iP9000监控系统应用的设计

集控中心采用的iP9000智能一体化平台是由北京中水科技结合在水电自动化、信息化领域的丰富经验的基础上研发的，为水电站的操作、调节、监视预警、经济运行，设备故障智能诊断与智能预测提供了强有力的技术手段，可广泛应用于常规水电、抽水蓄能电站、集控中心和新能源电厂等。iP9000智能一体化平台采用面向服务的软件架构(SOA)，利用先进的面向对象的方法对数据库组态，对监视、报警和预警进行智能的优化，提供强大的高级应用功能[4]。充分发挥流域集中管控的优势，探索和实现安全防护、信息通信、视频监控、经济运行、梯级集控、水库调度、状态监测、专家决策等水电生产运行管理的各个环节的智能一体化功能[5]。

2.1 设计原则

结合iP9000智能一体化平台的特点和抽水蓄能集控中心运维的需求，iP9000监控系统应用于南网调峰调频公司集控中心按如下设计原则进行研发和部署：

（1）安全性：集控系统设计满足电力二次系统安全防护、信息系统等级保护等国家、行业相关安全要求。

（2）可靠性：集控系统需要全年365 d、全天24 h无间断提供服务，必须考虑系统的高可靠性。可靠性在计算机监控系统建设中体现在两方面：硬件冗余、软件可靠。其本身的局部故障不应影响现场设备的正常运行，应充分考虑采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统的建设中尽量减少故障发生的可能性，提供完善的重要设备冗余和通道备份方案，自动备份重要数据。

（3）可扩展性：随着业务需求的不断变化，不可避免，集控中心计算机监控系统在功能上也需要不断地扩展与完善。集控中心计算机监控系统应支持各种应用软件及功能的开发应用，支持第三方软件在系统上无缝集成和可靠运行，支持数据网络通信，并能方便地与其他系统通信，系统在设计上必须具备良好的可扩展性，以保证新的功能能够通过标准、便捷的方式接入到系统中，即“模块化”原则。

（4）开放性：系统设计应尽可能采用已开发的标准、协议和技术，以提高系统的可扩展性、可维护性、互操作性和稳定性。采用国际主流的网络技术和平台，以适应系统的发展，使系统具有良好的纵向和横向兼容性。此外，系统需提供开放的数据接口便于完成与其它子系统的数据交换，并能够与上一级调度部门、管辖厂站进行通信。

（5）实用性：出于集控中心计算机监控实际需求来建设，做到功能实用、组网合理，在充分满足需求的情况下，开发相关智能化应用(智能报警、智能监盘、智能防误、智能趋势判断等)，必须做到系统未来实现“一人一席多厂站”的目标运维更简单，少人干预，监控系统运维工作对实时运行影响风险最小化。

（6）先进性：现代信息技术的发展，新产品、新技术层出不穷。因此在投资预算许可的情况下，在系统的建设中充分利用现代最新技术，采用先进的产品，满足未来集控中心各专业对智能化运行的业务需求，实现业务及信息的“纵向到底、横向到边”的全覆盖以及功能建设的“即插即用”，使系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。

（7）针对性：集控中心管辖厂站以抽水蓄能电厂为主，兼有常规水电厂等其他类型电厂，不同于常规的流域梯级水电厂的经济调度。对于系统软件应充分尊重用户水库调度决策程序与习惯。应在满足电网调度要求的前提下，应用区域优化调度的等思路，合理进行各厂站的综合调度。针对区域和调度制度对软件进行设计，充分体现辅助决策手段的针对性，为调度决策科学化提供依据。

（8）智能性：即实现信息互动、系统自愈和协同高效，满足公司发展安全、经济、优质、环保运行的要求。其内涵包括实现管辖厂站设备信息横向和纵向的自由流转与互动，打破专业壁垒；促进管辖厂站设备运行闭环控制，突出风险预警预控，保障管辖厂站设备安全稳定运行；全面提升管辖厂站设备运行协同作业能力，提高工作效率，实现管辖厂站设备运行的经济效益与社会效益最大化[6]。

2.2 优化设计

集控中心第一阶段下辖8个厂站，初步估计约有30万点的海量测点信息，并且随着调峰调频公司力争在“十四五”期间实现抽水蓄能装机容量新增600万kW；到2030年末，抽水蓄能装机容量达2 900万kW的发展目标，后续将会有更多的抽水蓄能电站陆续接入集控中心，监视数据量将呈现爆发式增长，如何实现更加高效的集约化控制，是摆在系统设计者和使用者面前的重大问题，经过多方论证，将从以下几个方面对集控系统功能再次提升，优化集控系统操作方式：

（1）报警信息汇总：构建信号树，进行报警逐级归集，设置厂站总报警灯，报警出现时，厂站总报警灯闪烁，点击可查看具体报警信息。另外每个LCU均设置总报警灯，当报警灯点亮闪烁时，点击可查看对应详细报警；报警一览表每条信息可编辑导入该信息相关运行指导提示，可添加信号变量在图纸或程序中的来源位置，注明该信号出现的原因、可能带来的风险、可以采取的应对措施等等，值班人员点击鼠标可查看。

图3 监控画面报警灯及运行指导功能

（2）监视信息汇总： 针对每个厂站设置监控汇总画面，在画面中可完成绝大部分值班功能，包括机组及主接线状态显示、报警自动归集提醒、机组启停操作、常用画面快捷调取、流程执行状态显示及预警、机组跳闸显示及预警等功能均可在该集控总画面中完成，无需值班人员频繁切换画面。

图4 监视信息汇总画面

（3）防误操作逻辑：为每个席位预先设置特定的监控厂站，只有值班人员的授权厂站包含该席位设置的厂站权限时，值班人员才能登录成功。登录成功后，集控画面仅显示授权范围内的动态导航区域及厂站总报警灯；除系统软件自动防误功能，通过技术手段增加控制权限闭锁、操作逻辑闭锁及条件显示，防止集控中心远程操作流程受阻时由监控系统以弹窗方式自动提示操作受阻原因，以便运行人员做出正确的判断并处理；值班员执行每个操作前，设置操作口令提示，只有值班员输入操作口令且无误后才能正常操作。

图5 监控画面区域监视控制及闭锁弹窗界面

3 结论

介绍了南方电网调峰调频公司集控中心的具体接入情况、建设目标和系统架构，并对iP9000智能一体化平台在集控中心应用设计进行研究及探讨，包括基本设计原则及优化设计方案。这些设计原则有力地保障了集控中心集控系统的安全性、高可靠性及先进性，提升了集控中心系统的安全、高效运行的能力。相信抽水蓄能电站集控系统在高速高效发展的新时代，其计算机监控系统的自动化、智能化水平将会迅速提升，也将更加成熟和完善。