简要信息

【获奖类型】应用二等奖

【任务来源】横向合同

【课题编号】

【课题起止时间】2008年7月～2010年7月

【完成单位】北京中水科水电科技开发有限公司    大渡河龙头石水电开发有限责任公司

【主要完成人】王德宽、赵勇飞、邓小刚、王香玲、蔡春生、迟海龙、刘华平

立项背景

为了应对世界经济发展和能源危机的之间矛盾，国家正逐步酝酿将现有的传统电网体系升迁至与有良好的互联性 、互动性、自愈性、安全性、经济性的新型智能化电网体系。在智能化电网体系架构下建设全新的数字化水电站对目前电站的计算机监控系统提出更多更高的挑战。

大渡河龙头石水电站装设4台水轮发电机组，单机容量为175MW。总装机容量700MW，坝址控制流域面积6.3万km²，多年平均流量1020m³/s。正常蓄水位以下库容约1.199亿m³，调节库容0.167亿m³。额定水头45m，最大水头53m，最小水头41.9m。电站单独运行时年发电量31.18亿kW·h，梯级联合运行时年发电量32.73亿kW·h。电站以550kV电压等级接入电力系统。

通过招投标，我公司中标大渡河龙头石水电站计算机监控系统。系统采用双冗余环形网络结构。系统配置冗余的采集和控制设备。

监控系统高级应用功能中AGC/AVC充分考了了与智能电网接入过程当中与智能电网中心的通讯的信息共享和互通的特性，满足智能电网接入要求。运行方式分为当地AGC/AVC控制和电网AGC/AVC控制；在当地AGC/AVC控制方式下，通过现场值班员给定全厂总有功、总无功或母线电压，能实现全厂自动发电控制和经济运行以及自动调节全厂机组无功和母线电压；在电网AGC/AVC控制方式下，通过当地计算机监控系统与智能电网网调通讯，能接受并执行网调给定的全厂总有功值遥调指令,参与电网闭环自动发电控制；能接受并执行网调给定的母线电压遥调指令，自动调节电站母线电压，使其在给定的区限内运行。

详细科学技术内容

（1）总体思路

面向新一代的智能电网，龙头石水电站计算机监控系统的实施，充分吸收最近十几年计算机监控技术，功能至少要达到国内领先水平。系统结构简洁，整体系统以高可靠性为前提。投运后，实现厂内及网调、省调的AGC/AVC功能，系统可靠性高，维护方便，信息丰富、准确。共分四个阶段开展工作。

第一阶段，面向四川省下一代智能电网，认真对智能电网的进行分析研究。针对已掌握的电厂情况，到国内相近规模、国内比较好的水电厂进行考察，了解他们计算机监控系统使用情况、问题、售后服务、备品备件等等情况。同时，到国内知名的计算机监控系统研制单位进行考察，了解最新的发展趋势、技术，交流技术方案。根据以上了解的情况，确定本次实施的目标。

第二阶段，编制总体实施方案、总体施工计划、现场施工计划与措施。

监控系统合同签订时间是2007年10月底。大渡河龙头石水电厂、中国水电顾问集团程度勘测设计研究院、工程承担单位北京中水科水电科技开发有限公司召开第一次、第二次设计联络会，确定了本次监控系统的总体实施方案、总体施工计划、现场施工计划与措施。总体实施方案包括实施的原则、目标分解、全厂设备相关的开关站单元、公用单元投运的实施方案等。

总体实施方案主要内容：

监控系统的操作系统采用WINDOWS操作系统, 系统具有丰富的人机界面，提供给运行人员友善的接口，操作既方便又安全，既简单又可靠，既发挥多窗口的特点，又满足运行人员的习惯。监控系统软件采用模块化、结构化设计，保证系统的可扩性，满足功能增加及规模扩充的需要。

龙头石水电站计算机监控系统由主控级和现地单元控制级组成，采用基于TCP/IP协议的100M双冗余环形以太网络分层分布式结构。主控级包括主服务器、磁盘阵列、中控室操作员站、ONCALL工作站、厂外通讯工作站、厂内通讯工作站、网络设备、安全防护及隔离设备、GPS时钟、UPS电源、远动装置及打印机设备。现地单元控制级是以PLC为核心构建的现地控制单元，共有8个现地控制单元（LCU），即四台机组LCU、一台公用设备LCU、一台开关站LCU、一台闸门LCU。主控级和现地单元控制级通过双冗余光纤及中心交换机形成的以太网连接起来。系统与四川网调及备调采用“IEC 870-5-101”和“IEC 870-5-104”通讯规约互为主备方式，实现遥信、遥测、遥控、遥调及AGC/AVC高级应用功能，同时该系统通过厂内通讯站与水情、保护等系统进行通信，实现实时发电数据的通信。系统技术先进，结构完整，具备对电站发、变、输电设备全自动化监视、控制与操作功能。

总体施工计划给出了经过目标分解的各个里程碑的时间与目标值。现场施工计划与措施给出了完成总体实施方案、总体施工计划具体措施、步骤等。

第三阶段，制造单位生产监控系统，并发货到现场。

本阶段监控系统提供单位北京中水科水电科技开发有限公司，完成设备订货、盘柜设计组装、软件开发、调整，画面数据库集成。电厂审查制造单位各种图纸、设计方案、参与制造单位的系统集成工作、参与设备系统内部联调、出场验收。

第四阶段，现场进行安装调试。

本阶段按照已经制定好的总体实施方案、总体施工计划、现场施工计划与措施分步执行。首先将监控系统厂站级设备与1号机组LCU、开关站LCU、公用LCU、闸门LCU投运，然后按照2号机组LCU、3号机组LCU、4号机组LCU、AGC/AVC等高级应用功能顺序完成系统的最终投运。

（3）实施效果

本工程项目通过系统策划、分步实施，经过近三年的充分考察论证与实施，在大渡河龙头石水电开发有限责任公司领导下、在网调、省调的配合下，北京中水科水电科技开发有限公司（中水科技）和龙头石水电站共同努力下，工程顺利完工。2010年8月11日，该工程顺利通过大渡河龙头石水电开发有限责任公司组织的大渡河龙头石水电站计算机监控系统竣工验收，并给予高度评价。到目前，已取得了显著的经济与社会效益。

1）整个监控系统能够满足对数字化智能电网的接入要求 ，系统设计符合IEC61850的标准。支持对不同设备厂家的智能终端设备的友好互联。满足水电站在智能电网当中与其他节点的信息共享互动，具有安全、兼容的特性。H9000 V4．0系统在与外部数据交换方面，广泛采用国际标准规约，如IEC 60870—6 TASE．2、IEC60870—5系列、DNP3．0等，为与各种符合IEC61850的智能系统及装置的数据交换奠定了基础。

2）计算机监控系统的AGC/AVC功能强大，可以快速调频和响应四川省智能网调的调度命令，有效避开多个振动区和低效率区，提高了发电机在高效率区运行时间，减少了跨越振动区的次数，及发电机组的效率，提高了机组旋转部件的寿命，有效减少了弃水。

3）自2009年8月至目前，应用AGC/AVC优化功能,提高了机组效率，提高了水的利用率，减少了机组在振动区的运行与穿越，减少了机组维护检修的费用，产生了很大的经济效益。

采用监控系统，顺利接入到四川省智能电网并与网调中心通信良好，提高大渡河的水资源调配能力，促进数字化智能电网建设，具有重要的推动作用，取得了良好的社会效益。

发明及创新点

1）对智能电网的提供了良好支持。 针对智能电网具体要求，本次设计部分采用了智能化元器件，采用了能够上网的可编程控制器和可以智能通讯的电气量采集装置，在厂站控制层设计了全新的分布的控制采集系统应用了全新的高性能计算机主机及网络设备 ，初步达到了数字水电站对自动化元器件的“一次设备智能化，二次设备网络化”的基本要求。在接入四川省网调过程中按照智能电网升迁的需求，重新设计了相关的通讯模块。对原有的IEC101、IEC104通讯进程重新开发并通过了四川省电力公司调度通信中心和许昌开普电器检测研究院开普实验室联合组织的检验测试，并出具了相关测试报告。在测试中对通讯站的初始化过程、数据通信链路的各项性能指标以及通讯的工作站的安全、数据的冗余度方面都进行了周密而详尽的测试。报告认为，龙头石水电站计算机监控系统的外部通讯安全可靠各项性能均达到四川省智能电网对电站的接入的要求。    

2）采用高性能的双环型网络的结构模式，根据龙头石水电站计算机监控系统设备特点，采用监控系统厂站层配置高性能主交换机，各LCU配置光纤交换机，形成高可靠性的系统双环型网络结构，具有冗余链路，使网络系统的可靠性提高。

3）采用高可控性的无主设计，H9000 V4.0系统采用无主设计，各硬件节点之间并不存在相互依赖的逻辑上的主机，使系统具有无与伦比的可控性。完善的LCU系统可靠性设计

4）多层次监视控制，龙头石水电站计算机监控系统采用多层次监视控制，除厂站层监视控制外，每套LCU配置工控机，工控机通过网络连接到监控网络，通过网络获取数据，同时具备采集控制功能，正常模式下，LCU工控机监视全厂设备状态，可控制本LCU相关设备，当厂站层故障时，LCU工控机承担本LCU数据采集和控制功能；各LCU盘柜配置按钮，对本LCU主要设备进行相应控制每台LCU留有专用的接口，可接入便携式计算机，对LCU进行调试和监控。

5）高速采集与传输技术，龙头石水电站计算机监控系统数据采集采用多线程并行的网络数据采集与传输方案。

6）多重的系统控制安全性的策略，H9000V4.0系统增加了一系列的安全策略，有效地提高了提高操作控制安全性。这些技术对保证电站在安装调试期间的安全运行，防止误操作发挥了十分重要作用。

7）自动发电控制技术，是水电站实现“无人值班”（少人值守）成功的关键。

8）监控系统与外部系统采用通信方式，包括与调速器，励磁、辅机、保护、水情、管理系统等实现完全数字通信，与传统模拟量方式相比，节省大量电缆、施工时间，进而节省大量投资，为打造新一代的数字化水电站作出有力尝试取得较好的效果。

9）机组LCU设置完整的水机保护及梯度报警保护功能，可以保证机组在任何情况下的安全可靠控制。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

智能电网技术在国内刚刚起步，各种技术和标准层出不穷，通过龙头石水电站的监控系统的研制和投运，我们对数字化水电站改造和智能电网接入作出初步的尝试并取得较好的结果，为推动我国智能化电网建设起到很大的作用。

该工程技术先进，现场施工安全，时间短。设备指标高、性能好，经济与社会效益显著，达到了国内同类系统先进水平。

成果应用情况及社会经济效益

（1）应用情况

龙头石水电站自2007年10月签约以来，在大渡河龙头石水电开发有限公司的大力支持下，在四川省调积极指导、支持下，与电厂各级部门的通力合作，工程进展顺利。2008年 9月30日完成1号机组LCU投运，公用LCU，开关站LCU，闸门LCU投运。2009年3月16日，完成2#机组LCU投运。2009年5月27日完成3#机组LCU投运。2009年7月17日完成4#机组LCU投运。至2009年7月止，顺利完成了全部合同规定的计算机监控系统的投运工作。在较短时间内完成系统的投运工作，非常值得认真总结，推广。

从计算机监控系统投运完成后，整套系统运行稳定可靠，取得了显著的经济和社会效益。

（2）社会经济效益

龙头石水电站计算机监控系统工程实施后，

1）顺利完成了接入四川智能电网网调中心的通讯实验，为智能电网建设起    到促进作用。

2）电站安全运行的可靠性得到大幅提高，减少了维护时间，提高了系统备用时间。

3）龙头石水电站计算机监控系统功能齐全，自动化、数字化、信息化、智能化水平高，系统运行稳定可靠，大大地减轻了运行人员的劳动强度，提高了发电生产的自动化水平及管理自动化水平，减少了运行值班人员，已经达到了“无人值班”（少人值守）的要求。

4）AGC/AVC的稳良好运行，为实现生产前方“无人值班”创造了条件。

H9000 V4.0计算机监控系统在龙头石水电站的合理设计与实现，对加快四川智能电网建设，提高大渡河的水资源调配能力，促进灾后重建和四川经济建设，具有重要的推动作用，取得了良好的经济和社会效益。

成果转化、推广或产业化方面还需帮助解决的问题

面向智能电网的全数字化水电站概念还是一个新兴的事物，相关的研究工作在国内外还处于初级阶段，在建设全新的数字化水电站进程中还有许多概念需要澄清，有很多的标准和规约需要大量人力物力去制定和完善。龙头石水电站监控系统的研制和现场调试对我们目前对智能电站的研制起到了很好的示范作用，从中我们也总结很多经验和教训。为我们在今后的专业领域开展研究和探索工作做了很好的铺垫。