抽水蓄能电厂计算机监控系统网络通信原理研究

抽水蓄能电厂计算机监控系统网络通信原理研究

张云轩刘欣

（清远蓄能发电有限公司广东清远511853）

摘要：随着我国大型火电厂，特别是核电站在电网中所占的比重越来越大，兴建大规模抽水蓄能电站是现代电网的必然产物，抽水蓄能电站由于其运行方式灵活，启停迅速，调峰填谷的作用。

关键词：抽水蓄能电厂；计算机监控系统；网络通信

1抽水蓄能电站监控的特殊性

抽水蓄能机组的运行工况多，工况转换流程复杂+虽然水泵水轮机作为水轮机工况运行和启动时，其控制操作与常规水轮机相似，但作为水泵工况运行时，特别是水泵工况启动时，就复杂得多。常规与抽水蓄能电站相同的控制流程有：停机→发电，发电→停机，停机→发电调相，发电调相→停机，发电→发电调相，发电调相→发电；抽水蓄能电站增加的专用控制流程有：停机→抽水，抽水→停机，停机→抽水调相，抽水调相→停机，抽水→抽水调相，抽水调相→抽水，发电→抽水，抽水→发电+从技术角度分析，抽水蓄能电站与常规水电站监控系统的硬件及软件配置基本是一致的。只是由于蓄能电站运转工况较常规水电站多了水泵工况，相应产生了控制等应用软件的复杂性，即蓄能机组与常规机组的根本不同是多了正反双向运行的水泵与发电两类基本工况。而抽水工况一般须在转轮无水情况下利用变频器（SFC-staticfrequencyconvertor）启动来实现机组从零转速→低转速→同期转速→并网的启动过程，使监控系统增加了与SFC信息交换的环节。在SFC停止运行时，有背靠背（BTB-backtoback）的特殊水泵工况启动方式，这就需要监控系统协调两台机组的控制，即一台处于发电状态的机组和另一台处于水泵工况的机组。在整个启动过程中，要求两台机组转速同步<励磁电流与导叶开度数值相互协调；另外，监控系统在电力调度有紧急要求时，还需完成由水泵工况向发电工况紧急转换的控制。

2H1网络通讯原理分析

H1网络是基于IEEE802.3（Ethernet）标准中的规范，是一种总线型系统，涉及到ISO/OSI开发系统互联网络模型中的物理层、数据链锯层及传输层。采用的是CSMA/CD总线访问计数、传输接口是西门子公司自己开发的，符合ISO80733传输协议。H1网络中主要的站点是S5、S7系列可编程控制器（以下简称PLC）及计算机。其中S5PLC作为H1网上的站点，与其它站点（包括PLC或计算机）的通信是通过通信协处理器模块CP1430来进行。CP1430通过双端口RAM与PLC中的控制程序进行数据交换。当S5PLC控制器需要与另一站点通信时，CP1430将来自控制程序的数据打包成一个或多个协议数据单元（PDUs），通过局域网将协议数据单元发送至通信伙伴。同时CP1430还可以通过局域网接受程通信站点发送的数据，将其解码，这样就可保证这些数据被不同的站点应用程序所接受，为了保障S5PLC接入以太网，需要通过西门子的COM1430TF组态软件对CP1430配置通信参数。计算机站点要实现与工业以太网的通信连接，也必须配有合适的通信处理器，此外还必须为期望的通信安装合适的驱动程序软件和通信协议。计算机站点可使用两种类型的通信处理器，分别是Hardnet和Softnet通信处理器。两者之间的主要区别在于Hardnet模块具有自己的微处理器以减少计算机CPU上的负载，而Softnet模块则没有。下表列出了可以与计算机站点进行系统连接的通信处理器。计算机站点除了安装通信处理器外还必须通过相应的通信协议来实现与某个PLC的通信，通信协议可以通过西门子WINCC软件组态来提供，下表显示了能与S5\S7PLC通信的驱动程序及其传输/通信协议的分配。H1网络通讯是一种点对点通讯，即要求通讯双方的参数匹配后才能进行数据传输，组态时需要设置的参数包括：接口号SSNR、作业号ANR：通过SSNR和ANR指明CP卡的一个通讯作业，S5通过CP卡的通讯作业来进行数据通讯；本地TSAP、远端TSAP：TSAP是传输服务访问点标识，通讯双方通过设置本地、远端TSAP名字实现点对点匹配通讯；作业类型：包括SEND/RECEIVE，WRITE/READ.FETCH类型，用于指明通讯方式；优先级PRIO：定义作业通讯的优先级别。

3监控系统方案选择和设计

由于抽水蓄能电厂的特殊作用和重要性，以及其运行工况复杂、测点信息量大等特点，与常规水电厂相比对其计算机监控系统提出了更高的要求。根据抽水蓄能电厂的运行特点和计算机技术的发展状况，蓄能电厂计算机监控系统在方案论证和设计时充分考虑了以下因素：

3.1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用户要求。监控系统应能方便用户修改、维护以及增加新的测点、画面和功能等。

3.2分层分布结构

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、数据库等的分布。上位机故障时，在当地工控机上应能完成对机组的监控；工控机发生故障时应能在PLC上实现对机组的监控；一台IJCU的故障不能影响整个系统的运行。当然，分层分布不是绝对的，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。

3.3冗余技术

由于蓄电厂在华北电网的重要作用，对其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。潘蓄监控系统采用了以下几种冗余方式：a.主机（兼操作员工作站）冗余配置；b.网络冗余配置，采用双光纤以太网；c.PLC自动/手动分步控制和一小部分必要的继电器逻辑回路控制冗余配置。

3.4现场总线技术

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，对相互间通信有很高的要求。该厂监控系统采用M13+网络将各个LCU联接起来。

3.5控制方式和流程配置

对于蓄能电厂水头变幅大，采用变极双速混流式水泵/水轮机和变速运行来适应全水头段的运行。机组的工况转换流程达32种之多，经过整理优化后有21个流程，控制流程非常复杂。从运行方便和安全可靠等各方面考虑，要求监控系统：a.在操作员工作站上能执行所有的控制操作；b.在当地工控机上也能执行所有的控制操作；c.手动分步操作应能完成除调相、SFC/Bl，B水中起动抽水流程外的主要的工况转换操作；d.保留一小部分必要的继电器逻辑回路作为事故紧急停机使用；e在网调能执行遥控和遥调。

3.6与现场设备接口

蓄机组由于控制系统复杂，同时存在大量常规继电器逻辑回路，做好老系统与监控系统的衔接十分重要。根据系统逻辑和新系统的要求，需要修改外围变频器、励磁、电调、保护、车自动等设备的二次控制回路，调整部分设备控制逻辑，将继电器逻辑回路改为一对一的设备控制方式，增加手动/自动切换把手和手动调整回路，当机组选择PLC控制时可以现地调节机组运行参数，确保机组可靠运行。

参考文献：

[1]汪军，方辉钦，钟敦美，等.抽水蓄能电站计算机监控系统特殊性与设计要求[J].电力系统自动化，2000.

[2]朱乐，徐麟.水电厂计算机监控系统改造[J].水电自动化与大坝监测，2012.