泰安抽水蓄能电站监控系统技术交流

1、,泰安抽水蓄能电站 监控系统技术交流 国网电力科学研究院 2011. 05,国网电力科学研究院 南京南瑞集团公司 Nanjing Automation Research Institute,在中国软件百强企业中占有三席,在中国电气百强企业中占有两席,中国独立软件开发企业30强,水电监控领域的领先地位； 多年来大、中型水电站市场份额达70%以上； 巨型机组电站监控招标六中五，其中700MW机组水电站监控系统全部中标（广西龙滩、青海拉西瓦、云南小湾）； 流域集控市场份额达80以上，承担了乌江流域、澜沧江流域、大渡河流域等大型流域集控。,水电监控领域的地位,大量的业绩，丰富的经验，一流的技术； 齐全的硬件/软件产品，满足不同用户需求； 强有力的开发支持，紧跟先进技术的发展； 完善的项目管理体制，众多的工程实施和服务人员， 保证项目的顺利实施。,竞争的优势,抽水蓄能电站监控业绩,河北潘家口抽水蓄能电站 安徽响洪甸抽水蓄能电站 江苏沙河抽水蓄能电站 河北岗南抽水蓄能电站 北京十三陵抽水蓄能电站 （国家重大科研项目） 辽宁蒲石河抽水蓄能电站（4300MW） 安徽响水涧抽水蓄能电站（4250MW）,

2、二、监控系统网络结构,七、AGC/AVC及一次调频,一、抽水蓄能监控系统,三、下位机和现场PLC,四、上位机系统,六、监控系统安全防护,五、NC2000监控系统的易用性和可维护性,抽水蓄能计算机监控系统特点,计算机硬件配置高 多级冗余配置 使用现场总线技术, 高级应用软件的特殊性 机组控制的复杂性与多LCU间的协调性 开放性和可扩展性要求高,抽水蓄能计算机监控系统的设计原则,1、开放性和可扩展性。 计算机硬件和软件技术的发展与更新非常迅速，电厂在使用计算机监控系统中也会不断提出新的要求。监控系统应能方便用户修改、维护以及增加新的测点、画面以及增加新的硬件和软件功能等,2、分步分层结构 分层分布一方面是指物理结构的分层分布，另一方面是指系统功能的分布。采用分层分布结构可提高系统的可靠性和实时响应，对于抽水蓄能电站的监控，由于考虑到SFC为多台机组公用，背靠背启动过程中要多台机组协调工作，所以考虑功能和结构的分层分布外，也应适当地考虑一些集中的因素。,3、冗余技术。 大型抽水蓄能电站由于其在电网中的重要作用，对监控系统的可靠性要求非常高，采用冗余技术是提高系统可靠性的重要手段之一。要采用多

3、种冗余配置（上位机应采用双主机冗余结构，下位机采用双CPU热备用冗余结构，网络冗余配置等）保证在最极端的情况下也能保证机组安全启动和停止。,4、测控单元的智能化。 大型抽水蓄能电站机组的测控信息量非常大，其测点数量大概是常规水电站的2倍左右，且处理内容十分丰富，既有测量又有控制，对速度响应要求也很高，现有的常规测控单元很难满足要求，需采用智能化模件技术。,5、现场总线技术。 大型抽水蓄能电站机组与机组、机组与公用设备控制单元间联系非常密切，有大量数据需要交换，对相互间通讯有很高的要求。采用现场总线技术是各现地单元数据快速可靠交换的重要手段。,系统安全性 高可靠性系统结构 选用公认的高可靠性硬件设备(如服务器、交换机) 冗余配置的高可靠性网络 冗余热备关键节点(如实时数据服务器) 冗余总线 现地控制单元冗余配置(如双CPU),系统安全性 软件系统的可靠性设计 选用高可靠性的操作系统平台 网络及数据安全性设计(如安全隔离) 软件、硬件自诊断 故障自动切换、系统自恢复 高效可靠的冗余管理 多重安全闭锁及安全校核、确保实时控制的可靠性,系统实时性 充分发挥和利用硬软件的性能和特点，提 高现地、

4、网络、厂站各个层次的综合处理能力 采用事件驱动方式、以最快的速度响应 充分利用操作系统的实时扩展功能提高系统实时性 合理组织数据流 合理分配功能,系统开放性 遵循IEEE、POSIX、TCP/IP、SQL、ODBC、JDBC等国际标准 在分布式异构网络环境下提供系统的互联性、互操作性 提供分布式异构平台的自由选择 应用系统具有真正的跨平台能力 通过系统开放性提高系统可扩充和可升级能力、最大限度保护用户投资,数据服务器采用高可靠性集群技术 集群系统保证关键应用和服务不受软硬件故障的影响,提供不停顿服务 集群系统提供高可用性和可伸缩性 高可靠性的冗余磁盘阵列确保数据的完整性和可靠性 采用高可用性体系结构的光纤存储设备 冗余供电保证共享存储器不受断电影响 强大的故障恢复功能,溧阳抽水蓄能监控系统结构初步方案,计 算 机 系 统 结 构 图,集控中心层 厂站系统层 网络通信层 现地控制层,抽水蓄能电站计算机监控系统 典型结构与配置 （以辽宁蒲石河抽水蓄能电站为例）,集控中心,电站上位机,网络,监控系统网络构架,1 网络拓扑 星形 环形 总线型 树形 混合 常用的 星形拓扑 环形拓扑,2 网络设

5、备 传输速率1000Mbps 网络协议采用通用的TCP/IP 传输介质为双绞线或光缆 支持网络管理 支持三层交换 支持冗余1+1电源 纵向加密认证装置 安全隔离装置 硬件防火墙,3 数据传输高效可靠 采用VLAN技术避免广播风暴及硬件、软件加密技术 数据压缩 数据断线续传,4 通道可靠性 双网络通道(含环网结构） 网络状态实时在线监测（显示、报警） 不同网络通道的自动冗余切换 具备硬件/软件在线自诊断功能,5 网络安全 电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定 电力二次系统安全防护规定 省调及以上调度中心二次系统安全防护指南 发电厂二次系统安全防护指南 安全分区 专用网络 横向隔离-与II区连接逻辑隔离，与非实时区连接物理隔离 纵向认证-与调度及电厂监控系统连接用纵向IP认证加密装置,SJ-500 系列单元监控装置 SJ-500系列多才用施耐德，GE，西门子品牌PLC。,下位机和现场PLC,SJ-600 系列单元监控装置 SJ600系列为采用我公司自产MB系列PLC。SJ600系列装置为我公司自产设备可提供稳定的货源。,LCU对外通信 现地以太接口 IEEE802.3 TCP

6、/IP以太网标准 10MB/100MB/1000MB 现地总线网络 ProfiBus CANBus 串口接口 MODBUS 非标准自定义通信规约,现场智能设备连接方式 与控制设备如调速，励磁，保护，多采用I/O布线方式进行连接，同时加网络或者串口通讯方式进行连接。I/O布线进行关键重要信号的连接，通讯传送控制设备的全部数据。 调速、励磁通过以太网接口 保护通过103串口规约接口 辅机采用Modbus plus 接口 其余外设采用串口接口,LCU性能指标（MB80） 高性能的主控CPU模件 CPU模件采用符合国际标准IEEE P996.1的嵌入式技术，Pentium级或Pentium级，主频300MHz 以上；大容量的电子硬盘及内存；软件采用实时多任务的嵌入式操作系统。高档的软硬件配置使得CPU 模件具有强大的数据处理能力、运算能力以及通讯处理能力。 全智能化的I/O 模件 I/O模件全部智能化，除完成数据采集任务外，能够对采集的数据进行处理，同时具有自诊断功能，保证在工业现场的恶劣环境下更稳定运行，同时能更好地避免一些干扰信号对数据采集的影响。 SOE 事件顺序记录 提供SOE 事件顺

7、序记录功能，分辨率为1 毫秒。 温度量，模拟量精度范围在0.1%之内。,LCU安全性设计 PLC采用双机双网热备冗余配置 PLC配置双CPU，双网络通讯模件，以及双现场总线通讯模件。最大程度降低CPU模件故障，网络问题以及现场总线故障等问题带是的事故风险。 LCU采用交直流双供电设备冗余供电模式 LCU配置两套交直流供电插箱设备，对所有用电设备进行冗余供电模式。提高设备的用电安全性，减低设备掉电的威胁。,LCU安全性设计 对关键元器件进行热备 对用于功率调节的有无功采集装置，以及二次调频用的频率变送器。均采取专用变送器加交流量采集装置热备配置。优先采用变送器的数据用于控制，当变送器故障则自动切换到交流量采集装置的数据来进行控制。 机组LCU配置独立同期装置和水机回路 机组LCU配置手动同期回路独立与自动同期回路，以防止自动同期工作异常情况下进行手动并网。同时配置独立水机保护回路进行独立于PLC控制系统的事故停机回路。,上、下库LCU配置独立落闸回路 上、下库LCU配置时独立保护落闸回路与中控室进行光纤连接，保证在监控系统失效时可进行紧急落闸。,现地控制LCU范例 MB80系列智能PLC

8、（蒲石河最终采纳方案）,根据应用系统配置的不同，提供单机插箱、双机插箱和扩展插箱等三种插箱；提供CPU模件、以太网模件、串行通信扩展模件和各种I/O模件等十几种模件,MB80系列智能PLC的主要特点,1.拥有自主知识产权专为大型水电厂、抽水蓄能电站计算机监控系统 而开发的控制器，能完全满足和适应水电厂计算机监控系统的行业 要求。 2.所有模件采用低功耗嵌入式32位CPU，实时多任务操作系统，功 能强大。 3.采用国际标准CAN-BUS现场总线。 4.模件采用全封闭注铝工程塑料外壳，抗震防灰，屏蔽性能好。 所有模件均可带电插拔，维护简单方便。,MB80系列智能PLC的主要特点,5.所有模件均可带电插拔，维护简单方便； 6.针对水电厂的专用功能块设计使其更适宜于水 电厂（脉冲型开出、SOE），独有的SOE模件 大大提高了事件分辨率(1ms) ； 7.多至8个可编程的串行通讯接口，充分满足各 种智能设备的接入； 8.方便的可视化流程图编程语言，使复杂控制流程的实现变得非常简 单，全汉化的梯形图设计大大提高了梯形图程序的可读性；,MB 80 系列智能PLC编程界面,MB 80 系列智能PLC编

9、程界面,现地控制层（采用MB80模件）,1、数据采集和处理。包括现地各传感器、变送器、智能测量装置的信号和数据以及调速、励磁、保护、变频器控制装置等传送的数据 2、运行监视。包括数据库处理，电站的主要设备及辅助设备、公用设备的运行工况、运行状态、运行参数、运行操作的实时监视，高压母线电压、频率监视，各种自动过程监视，输电线潮流监视等运行参数监视和异常报警，通过屏幕显示，打印或拷贝输出，事故或故障的音响、语音、电话报警，模拟屏或大屏幕投影显示等给运行人员提供足够的手段和信息。,LCU主要功能,3、控制和调节。完成水泵水轮机组的各种方式的启动（同步变频器启动、同步背靠背启动）、停止以及发电、抽水等各种运行工况的转换。完成在发电、抽水不同工况下的自动调节（PID）功能。完成站内开关站、变压器、厂用电、油、水、风系统等主辅设备的自动控制操作。 4、通信功能。实现与LCU设备通信（调速、励磁、辅机等）,抽水蓄能机组一般发电、发电调相、抽水、抽水调相、旋转备用、静止6种基本运行工况，同时具备黑起动带线路零起升压的能力 。,抽水蓄能机组运行工况及控制流程,机 组 工 况 转 换 图,应用程序服务器、实时数据服务器 高可靠性64位服务器系统(UNIX) 2个/4个8核1.4G Ultra SPARC 处理器 32G内存 最大支持128G 每核4MB二级缓存 采用双机热备冗余 国际知名厂商,上位机系统,操作员、工程师/编程员、仿真培训工作站 1个Intel Core2 Extreme四核2.5G处理器 高可靠性64位图形工作站 4G内存 可扩展 6MB二级缓存 支持多个显示器 显示器采用液晶显示器 采用全图形多窗口显示 采用内核汉化操作系统UNIX,通信网关服务器 高可靠性64位服务器 2个Intel XEON四核2.5G处理器 8G内存 最大支持32G 采用UNIX或LINUX操作系统 路由器采用国际知名品牌,远程维护和诊断服务器 高可靠性64位图形工作站 1个Intel Core2 双核处理器 2G内存 可扩展 采用内核汉化WINDOWS操作系统,语音报警及ON-CALL系统工作站 高可靠性64位图形工作站 1个Intel Core2 双核处理器 2G内存 可扩展 采用WINDOWS操作系统 采用GSM或CDMA公共移动网络接入设备 多路电话语音卡,

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