活动链接：2013年控制网技术专题---引领水工业智能化新时代 


   1. 项目背景介绍

  深溪沟水电站位于四川省大渡河中游汉源县和甘洛县接壤部，为大渡河干流规划的第十八级电站，隶属于国电大渡河流域开发公司。电站接瀑布沟水电站尾水，装机规模为4×165MW，主要任务是发电；配合瀑布沟水电站的运行方式，深溪沟水电站相应将承担腰荷和调峰运行任务。

  电站枢纽由河床式厂房、窑洞式安装间、泄洪闸、冲沙闸、挡水坝等水工建筑物组成，坝顶高程662.50m，电站装设4台轴流转桨式水轮发电机组，单机容量为165MW，额定水头30m，最大水头40m，最小水头20.1m。电站以500kV电压等级接入电力系统。

  电站发电机与主变压器组成两组扩大单元接线，发电机额定电压为15.75kV。发电机通过离相封闭母线引出与主变压器低压侧连接。主变压器高压侧直接与500kV SF6管道母线（GIS管道母线）连接。主变压器中性点直接接地。

  电站按无人值班原则设计，采用计算机监控系统控制，正常情况下由大渡河流域成都集控中心统一调度运行，当成都集控中心由于某种原因退出运行时，由瀑布沟区域控制中心对本电站进行联合控制运行。

   国电智深公司在工程项目中承担全厂计算机监控系统的设备制造与供货、平台软件研发、工程设计组态、试验、现场安装指导及调试等工作。监控系统包括水轮发电机组监控系统、开关站控制系统、水电站公用设备控制系统、水电站大坝闸门自动控制系统等。通过监控系统实现对水电厂生产过程的监视、数据采集、控制和调节，实现对机组、变压器、线路等电气设备及全厂油、气、水系统等辅机的操作、监控和保护功能。

   监控系统与四川省网调、国电大渡河流域成都集控中心、瀑布沟总厂区域控制中心等的通讯接口，可以实现各级远方调度和控制；同时具有AGC/AVC以及语音报警和ON CALL功能。监控系统上位机部分采用国电智深EDPFNT+系统平台，下位机采用施耐德UNITY QUANTUM系列PLC。

   2. 项目目标与原则

   监控系统满足水电行业控制需求，同时满足各项文件及规定的条件，让电站实现无人值班少人值守的设计理念。通过严谨的设计和规范的工程实施，实现新型监控系统首台套的顺利实施并投入运行。

   3. 项目实施与应用情况详细介绍

   深溪沟水电站项目是国电智深公司承接的第一个大型水电项目，公司组织工程、研发、客服、集成等公司各部门，积极调研学习，并针对项目特点安排分工。其中工程部门负责下位机PLC程序的开发、组态、硬件设计集成及工程具体实施；客服部门负责与四川省调、成都集控，瀑布沟区域调度等远动通讯，站内485通讯及场内通讯，ONCALL及语音报警功能开发；研发部门负责水电监控系统平台的开发，为其它部门的工作提供接口，使之成为一个完整的系统；深溪沟水电站的监控系统以EDPF-NT plus为基础，可满足国电大渡河深溪沟水电站计算机监控系统招标书的要求。研发内容包括：

  1）系统结构

   用于水电站现地时，水电站监控系统的下层是PLC，通过通讯管理机与厂内其他系统、远方的梯调等系统交换数据和指令。目前的方案是通过虚拟DPU的EIO技术解决与外界系统的数据交换，原有结构基本不变。
国电智深公司自主研发的扩展IO总线技术（EIO）,全面支持采用各种现场总线协议的第三方控制系统及仪表的无缝接入。

   EIO是国电智深公司开发的工业实时以太网网络和协议，该协议兼容HSE、EPA等工业以太网协议。纯数字的现场总线信息和传统I/O信号通过各自的协议转换模件转换为EIO信息。EIO网络上可以接入一个或多个控制器，组成一个分布式控制单元（DPU）。

  EIO技术的引入，颠覆了传统DCS的过程控制站体系结构，它将两类I/O总线技术融为一体。一类是多种类型的现场总线（如FF、PROFIBUS DP/PA、EPA和HART等），另一类是传统I/O总线。系统开放性获得极大提高。

  2）监控界面的跨平台改进

  EDPF-NT plus系统的控制器和通讯管理软件是跨Windows/Linux平台的，其余软件是基于Windows平台的。而水电站用户习惯上信赖UNIX类操作系统，因此需要将EDPF-NT plus系统的部分软件移植到Linux平台上，实现跨Windows/Linux平台的操作员站、历史站、通讯管理站和虚拟DPU。工程师站仍然基于Windows（用户可接受）。界面开发库选用QT，底层支持库选用ACE。

  3）AGC/AVC功能实现

  水电站的AGC/AVC有其特殊性，与火电厂不同。这是水电站监控系统的必备功能。梯调系统和水电站现地系统中该功能还有差异。本研发项目仅针对水电站现地系统的AGC/AVC。该功能的计算部分实现为专用算法，操作部分可通过过程画面或专用界面实现。

  4）特殊需求的开发

  水电站监控系统设计了一对冗余的服务器，用于运行历史站软件、数据库软件等重要应用。为此需要增加历史数据同步的功能。

  简报窗口是一种分类显示实时报警和操作记录的工具，因为水电站的特殊操作习惯，需要增加这个工具。

  5）64位系统平台

  招标书要求的计算机配置较高，应配套Linux server/Windows Server2003的64位版本。经过测试和评估，最终选择CENTOS5.4的64位版本作为监控软件的桌面操作系统。

  6）现地控制单元（PLC）组态编程工作

   根据工程特点制定下位机PLC 内部数据库规划，主要是规范各类数据管理、合理应用，制定PLC 内部数据流向图。制定上位机组态规划及上位机通讯数据库规划，以合理利用通讯空间。根据水电控制的特点，依据现场情况，设计水轮机负荷控制和线路电压控制方案，规划各级控制之间的操作权限切换和控制权限切换的基本思路。

   7）实现通讯管理机，同时为对外通讯规约提供标准接口

   水电站现地监控系统通过通讯管理机向梯调系统发送大量用于监视的数据，还需要接收梯调指令。需要针对这个需求设计合理的通讯管理机方案。招标书规定了与各个调度中心的通讯采用IEC-10875-101和104规约，调度包括和瀑布沟梯级电站控制中心通讯、大渡河流域成都集控中心的通讯、华中网调、四川省调、南充省备调、雅安地调的通讯。

  另外还需要实现与其他系统通讯使用的通讯规约，包括与主机设备、水情监控、能量采集、微机五防的通讯。厂内通讯服务器与安全II区设备之间的通信采用硬件防火墙进行逻辑隔离，与安全III区设备之间的通信采用正/反向安全隔离装置进行隔离，来确保计算机监控系统对外通信的安全性和可靠性。

  8）On-Call子系统

   ONCALL子系统包括语音报警和语音查询，短信通知和查询。当出现重要故障和事故时，应能通过移动通信卡或语音卡向预先规定固话用户发送语音或向手机用户发送短信，告诉对方报警内容，同时支持语音和短信的拨入查询功能。

  发现、发明及创新点：

   1）首次将冗余的虚拟控制器应用于控制系统的核心环节。

   在水电系统中将虚拟控制器将做为水电监控系统中的核心节点，负责与PLC通讯，以及完成必要的逻辑运算，虚拟控制器本身要实现冗余，完成数据的同步，使系统完全是面向工程应用的，脱离了脚本和编程语言，这是其它水电监控系统还没能实现的。

   2）开发了图形模块化的AGC/AVC算法。

   模块化的AGC/AVC算法的开发成功，标志着EDPF-NT+系统完全可以应用于水电行业。

   3）引入发布订阅功能，优化了EDPF-NT+系统的内部通讯机制，进一步提高了通讯效率。 

   4）EDPF-NT+系统的扩展IO（EIO）技术的成功应用

   EDPF-NT+系统与PLC、梯调等系统通讯都依赖于EIO技术。

  EIO是国电智深公司自主研发的扩展IO总线技术,全面支持采用各种现场总线协议的第三方控制系统及仪表的无缝接入。纯数字的现场总线信息和传统I/O信号通过各自的协议转换模件转换为EIO信息。EIO网络上可以接入一个或多个控制器，组成一个分布式控制单元（DPU）。

   EIO技术的引入，颠覆了传统DCS的过程控制站体系结构，它将两类I/O总线技术融为一体。一类是多种类型的现场总线（如FF、PROFIBUS DP/PA、EPA和HART等），另一类是传统I/O总线。系统开放性获得极大提高。

  5）实现了监控界面跨平台的应用，功能上融合了火电和水电的优点。

  6）增强了历史站的功能

  本项目将EDPF-NT+系统原有的历史站功能移植到linux平台，并做了功能扩展，不仅实现了实时数据的采集和查询，还实现了系统的状态和操作记录的采集和查询以及多个历史站的数据同步。

   7）实现高效稳定的通讯站

  全新开发了通讯管理平台（通讯管理机），可以满足不同类型水电站以及其他行业的对外通讯需要。

  与电网调度的通讯实现了101规约和104规约间转换的无缝切换；104规约（省调用2002版和省调用97版并行运行）间多任务运行；各调度间梯级控制权的管理

  8）现地控制单元功能的开发

  采用先进的数据流向设计理念，实现了PLC 内部数据区规划及数据流向处理功能。

  根据水电控制需求和控制安全考虑，工控水电小组开发出专用于施耐德PLC与国电智深EDPFNT系统兼容的PLC基础程序，可以实现双机热备切换，逻辑自动同步，专用功能块的调用，SOE事件处理，操作安全闭锁功能及专属数据结构控制。

  4. 效益分析

  1） 购买成本。EDPF-NT+监控系统的价格同比国内外自动化控制系统便宜100万元以上；

  2） 先进的AGC/AVC功能算法，快速有效的响应负荷调整，增加考核优良率，提高了年发电量，年度效益增加500万元以上；

  3） 实现无人值班、少人值守的运行模式，每年减少运行成本100万元以上；

  4） 系统整体设计先进，每年减少维护成本50万元以上。