淺談H9000系統(tǒng)的開發(fā)及其在大型梯級水電廠的應(yīng)用論文

　　H9000計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過6a的開發(fā)應(yīng)用,已逐步成熟與完善,不僅在近40個水電廠中得到成功應(yīng)用,而且推廣應(yīng)用到了小型電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)、電網(wǎng)水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)和水情測報信息管理系統(tǒng)等新的領(lǐng)域;1998年底,該系統(tǒng)又在廣東北江防洪調(diào)度自動化系統(tǒng)的國際招標(biāo)中一舉中標(biāo)。說明該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊,也充分體現(xiàn)了H9000系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化與通用化的特點(diǎn)。

　　1H9000系統(tǒng)的開發(fā)與發(fā)展

　　H9000計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),是由中國水利水電科學(xué)研究院自動化所于1994年結(jié)合寶珠寺、鳳灘水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工程而開發(fā)的新一代面向?qū)ο蟮挠嬎銠C(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在硬件和系統(tǒng)平臺選型等方面,參照了當(dāng)時國際最新計算機(jī)硬件產(chǎn)品、軟件產(chǎn)品、實(shí)時工業(yè)控制產(chǎn)品的特點(diǎn),并根據(jù)未來的發(fā)展趨勢,采用了系統(tǒng)開放技術(shù)。在系統(tǒng)總體設(shè)計方面,通過與國外公司如CAE、ABB等的技術(shù)交流,特別是通過與美國Landis&Gyr公司合作開發(fā)五強(qiáng)溪水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),有選擇地吸收了這些公司的一些比較先進(jìn)的技術(shù)思路,使H9000系統(tǒng)的總體設(shè)計接近國際先進(jìn)水平。

　　H9000系統(tǒng)的功能設(shè)計,是在密切結(jié)合我國國情并在全面總結(jié)我所在此領(lǐng)域近20a的開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上完成的。該系統(tǒng)的全面開發(fā)將近3a的時間。首先經(jīng)過12個月的努力,完成了系統(tǒng)的總體設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究;接著于1994年6月起計18個月的時間,進(jìn)行了系統(tǒng)的集中開發(fā),其間完成了包括湖南鳳灘、浙江湖南鎮(zhèn)(擴(kuò)機(jī))及四川寶珠寺等水電廠在內(nèi)的首批系統(tǒng)開發(fā)、出廠試驗(yàn)及投運(yùn)。后續(xù)的其他水電廠系統(tǒng)工程的開發(fā)和投運(yùn)均十分順利。

　　基于UNIX的H9000系統(tǒng)開發(fā)完成后,立即著手向WindowNT移植并于1996年底移植成功。1997年1月,第一套基于WindowNT的H9000S系統(tǒng)在大河口水電廠投運(yùn),這標(biāo)志著我所UNIX和WindowNT兩個操作系統(tǒng)平臺下完全兼容的分布開放系統(tǒng)的誕生。此后,我們又對H9000S系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)設(shè)計,形成了H9000XS系統(tǒng),以便更好地滿足小型水電站對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

　　自1994年推出面向?qū)ο蟮耐ㄓ眯�、�?biāo)準(zhǔn)化的H9000系統(tǒng)以來,受到廣大用戶的歡迎,目前已在近40個電廠得到應(yīng)用。通過幾年的現(xiàn)場運(yùn)行考驗(yàn),證明H9000系統(tǒng)的通用化與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的思路是十分正確與成功的。系統(tǒng)已在包括四川寶珠寺,湖南鳳灘,浙江湖南鎮(zhèn)、緊水灘,青海龍羊峽,湖南東江梯級,吉林白山、紅石梯級,廣西西津,重慶大河口、磨刀溪梯級,河北桃林口,海南牛路嶺,福建雍口,浙江烏溪江梯級及西北水調(diào)中心等工程投運(yùn),運(yùn)行非常穩(wěn)定,受到用戶的好評。近期正在開發(fā)的工程有福建涌溪、沙縣,四川高鳳山、城東、中壩、波蘿,廣東大河,陜西安康、石泉,云南華能大理徐村等水電廠的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。此外,H9000系統(tǒng)還首次漂洋過海,出口非洲。

　　2H9000系統(tǒng)在白山梯級水電廠的應(yīng)用

　　如上所述,H9000系統(tǒng)已在全國近40個水電廠中得到成功的應(yīng)用并出口國外,為了展示該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其特點(diǎn),現(xiàn)以白山大型梯級水電廠的監(jiān)控系統(tǒng)工程為例作一具體介紹。

　　2.1電廠概況

　　白山水電廠位于吉林省東南部、松花江上游,是一廠兩壩三站的大型水力發(fā)電廠,總裝機(jī)容量為1700MW,在東北電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)。白山水電站位于紅石水電站上游,距樺甸市73km,紅石水電站距樺甸市35km。白山水電廠的生活基地建在吉林省樺甸市。白山水電廠的生產(chǎn)調(diào)度中心擬建在樺甸市,以實(shí)現(xiàn)對白山、紅石兩電站的遠(yuǎn)方監(jiān)控和無人值班。

　　2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　白山水電廠無人值班自動化工程的計算機(jī)系統(tǒng)由3個子系統(tǒng)組成,即:樺甸梯調(diào)中心計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱“樺甸系統(tǒng)”)、白山電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱“白山系統(tǒng)”)和紅石電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱“紅石系統(tǒng)”)。整個系統(tǒng)采用分層分布結(jié)構(gòu),共分3層,即:樺甸調(diào)度中心層、白山(紅石)站級監(jiān)控層以及現(xiàn)地控制單元層。

　　樺甸梯調(diào)中心、白山電站和紅石電站均采用H9000系統(tǒng)。白山系統(tǒng)與樺甸系統(tǒng)采用100Mbps的光纖主通道與2MB的路由備用通道方式通訊,其中光纖通道距離長達(dá)110km。紅石系統(tǒng)與樺甸系統(tǒng)的主備通道均采用2MB的路由方式。

　　樺甸系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對白山及紅石電站主要設(shè)備的遠(yuǎn)方集中監(jiān)控,并實(shí)現(xiàn)梯級經(jīng)濟(jì)運(yùn)行閉環(huán)控制功能。白山與紅石系統(tǒng)是一個完整的實(shí)時閉環(huán)過程控制系統(tǒng),既可獨(dú)立完成各種現(xiàn)地閉環(huán)控制功能,也可通過與調(diào)度中心計算機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。

　　2.3白山站級監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)采用雙重冗余光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),分現(xiàn)地單元層(包括白山右岸電站和左岸電站)和中央控制層2層。中央控制層設(shè)數(shù)據(jù)庫管理機(jī)2臺,操作員工作站2臺(帶雙屏顯示器),工程師工作站1臺,模擬屏驅(qū)動與語音報警裝置1套(可電話語音報警),打印服務(wù)器2臺,GPS時鐘1臺,DECHUB900光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及路由器1套。根據(jù)運(yùn)行需要,在左岸廠房的控制室另設(shè)操作員工作站1臺。

　　現(xiàn)地單元層由LCU組成,按單元分布。全廠共設(shè)9套LCU:5臺300MW發(fā)電機(jī)-變壓器組各設(shè)1套,左、右岸開關(guān)站、廠用電及全廠公用設(shè)備各設(shè)1套。機(jī)組LCU由工控機(jī)加數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成,配有獨(dú)立的同期裝置、溫度量檢測裝置和性能指標(biāo)較高的GE90-70可編程控制器構(gòu)成雙CPU的同步熱備冗余系統(tǒng)。開關(guān)站和公用單元LCU由工控機(jī)加可編程控制器組成,開關(guān)站LCU配有1套同期裝置。

　　2.4紅石站級監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu),分現(xiàn)地控制單元層和中央控制層2層。中央層設(shè)數(shù)據(jù)庫管理機(jī)2臺(兼作操作員工作站),工程師工作站1臺,打印服務(wù)器2臺,GPS時鐘1臺,語音報警裝置1套(可電話語音報警),DECHUB90光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及路由器1套的。

　　現(xiàn)地控制層由LCU組成,按單元分布,共設(shè)6套LCU:4臺發(fā)電機(jī)-變壓器組各設(shè)1套,開關(guān)站和全廠公用設(shè)備各設(shè)1套。機(jī)組LCU由工控機(jī)加GE90-70可編程控制器組成,配有獨(dú)立的同期裝置和溫度量檢測裝置。開關(guān)站和公用單元LCU由工控機(jī)加GE90-70可編程控制器組成,開關(guān)站LCU配有1套同期裝置。

　　2.5樺甸梯調(diào)中心監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　梯調(diào)中心系統(tǒng)采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu),設(shè)數(shù)據(jù)庫管理機(jī)2臺,操作員工作站3臺(帶雙屏顯示器),工程師工作站1臺,通訊服務(wù)器2臺,模擬屏驅(qū)動與語音報警裝置1套(可電話語音報警),打印服務(wù)器2臺,GPS時鐘1臺,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及路由器1套。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用雙DECHUB900集線器加屏蔽雙絞線。另外,樺甸設(shè)培訓(xùn)仿真系統(tǒng)1套。

　　2.6系統(tǒng)的功能

　　白山梯級電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一個完整的實(shí)時閉環(huán)過程控制系統(tǒng),不僅具有常規(guī)水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能,如各類數(shù)據(jù)的采集與處理、綜合參數(shù)統(tǒng)計計算與分析、安全監(jiān)視與溫度保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)通訊與數(shù)據(jù)庫管理、自動發(fā)電控制與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、梯級電站優(yōu)化運(yùn)行、自動電壓控制、電站設(shè)備的指令操作控制與調(diào)節(jié)、生產(chǎn)管理統(tǒng)計、打印制表以及系統(tǒng)自檢、互檢、雙機(jī)切換等,而且具有遠(yuǎn)方實(shí)時監(jiān)控、遠(yuǎn)方診斷及維護(hù)、語音報警與電話自動報警及查詢的功能。系統(tǒng)還設(shè)有防止誤操作閉鎖功能,以確保系統(tǒng)自動或手動操作的安全。系統(tǒng)采用高分辨率圖形工作站、世界座標(biāo)系統(tǒng),具有多屏幕多窗口顯示,無級縮放、細(xì)節(jié)顯示、漫游、跟蹤查詢等功能,人機(jī)聯(lián)系面向?qū)ο�、全鼠�?biāo)驅(qū)動、無鍵盤設(shè)計,操作使用十分方便。作為開放系統(tǒng)的重要組成部分,白山系統(tǒng)還提供了諸如交互式圖形與報表開發(fā)工具軟件、數(shù)據(jù)庫開發(fā)調(diào)試工具軟件、綜合計算開發(fā)工具軟件等開發(fā)支持軟件,為用戶提供了二次開發(fā)的手段。用戶掌握這些工具軟件,可以自行進(jìn)行系統(tǒng)的集成開發(fā),使系統(tǒng)維護(hù)更加簡單、方便。

　　2.7系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　白山梯級電廠監(jiān)控系統(tǒng)的3個子系統(tǒng)均采用了標(biāo)準(zhǔn)化的H9000系統(tǒng),使系統(tǒng)在軟件、硬件配置方面完全一致,方便了維護(hù)管理,主要特點(diǎn)如下:

　　(1)標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)與軟件設(shè)計。H9000系統(tǒng)的開發(fā)嚴(yán)格按照該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),使軟件達(dá)到通用化的要求,即軟件不僅能滿足不同水電廠用戶的要求,而且能滿足其他應(yīng)用領(lǐng)域的要求。軟件的標(biāo)準(zhǔn)化提高了軟件的質(zhì)量,通用化則提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率,縮短了交貨周期。目前,H9000系統(tǒng)已用于一般水電廠監(jiān)控系統(tǒng),梯級水電廠監(jiān)控系統(tǒng),水庫調(diào)度自動化系統(tǒng),小型電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等方面。如白山的站級系統(tǒng)與樺甸調(diào)度中心系統(tǒng)所采用的H9000系統(tǒng)軟件是完全一致的。

　　(2)開放的硬件及系統(tǒng)環(huán)境。對于計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備,H9000系統(tǒng)立足于采用國內(nèi)外質(zhì)量可靠的產(chǎn)品,如美國Compaq公司(前美國digital公司)的Alpha系列計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,GE公司的GE90系列可編程控制器等,并保持對其他硬件設(shè)備的接入開放,使64位與32位兼容。如白山系統(tǒng)要求的雙CPU配置的可編程控制器很方便地在H9000系統(tǒng)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。在硬件開放的同時,H9000系統(tǒng)支持UNIX和WindowNT這兩種開放的操作系統(tǒng)。H9000系統(tǒng)采取開放的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),采用以太網(wǎng),介質(zhì)可為同軸電纜、光纖、雙絞線等,速率可達(dá)100MB。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/IP,數(shù)據(jù)庫采用面向網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫,編程語言采用C或C++。

　　(3)靈活多變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。H9000系統(tǒng)支持靈活多變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如從簡單廠站級的單機(jī)單網(wǎng)或多機(jī)雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu),到梯級水電廠的復(fù)雜多網(wǎng)結(jié)構(gòu)。白山梯級系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,有以太網(wǎng)總線局域網(wǎng),也有路由器廣域網(wǎng)和現(xiàn)地總線網(wǎng),其中光纖無中繼傳輸距離達(dá)110km,傳輸速率達(dá)100Mbps。

　　(4)完善的系統(tǒng)應(yīng)用功能。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),白山系統(tǒng)配備了完善的水電廠應(yīng)用功能軟件,如經(jīng)濟(jì)運(yùn)行(EDC)、自動發(fā)電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC)、梯級優(yōu)化、防誤操作等高級功能。

　　(5)簡潔的圖形與人機(jī)界面設(shè)計。白山系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),使系統(tǒng)的人機(jī)界面大為簡化,簡單直觀易學(xué),使用方便,向“傻瓜機(jī)”的目標(biāo)前進(jìn)了一大步,受到用戶歡迎。

　　(6)強(qiáng)大的`應(yīng)用開發(fā)支持軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)學(xué)習(xí)了國外的先進(jìn)思想,配備了許多開發(fā)支持軟件,如圖形報表工具軟件(IPM),數(shù)據(jù)庫生成調(diào)試工具軟件(DBgen),連鎖生成調(diào)試工具軟件(ControlLock)等,提高了系統(tǒng)集成的質(zhì)量和效率,也改善了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

　　2.8系統(tǒng)的應(yīng)用與評價

　　白山梯級電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工程合同簽訂于1997年5月,經(jīng)與白山電廠技術(shù)人員的齊力合作,使白山站控系統(tǒng)與樺甸梯調(diào)系統(tǒng)于1997年11月同時投運(yùn),實(shí)現(xiàn)了樺甸梯調(diào)中心遠(yuǎn)方遙控開機(jī)一次成功。目前,樺甸梯調(diào)中心、白山站控系統(tǒng)、紅石站控系統(tǒng)均已投入運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行的情況,在系統(tǒng)的實(shí)時性、可靠性、實(shí)用性等方面,均達(dá)到或超過了預(yù)期的要求,開停機(jī)成功率達(dá)100%。

　　白山系統(tǒng)的成功投運(yùn),使H9000系統(tǒng)在技術(shù)上更邁進(jìn)了一大步,在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了大型梯級水電廠大型機(jī)組的現(xiàn)地?zé)o人值班(少人值守)和遠(yuǎn)方集中監(jiān)控,并首次實(shí)現(xiàn)了110km的長距離、100MB高速以太網(wǎng)通訊,受到東北電管局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及白山水電廠有關(guān)人員的高度評價。

　　該系統(tǒng)的成功投運(yùn),使我所在100MB長距離高速網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、梯級電廠監(jiān)控技術(shù)方面取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn),標(biāo)志著我國水電廠計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)從此進(jìn)入了高速網(wǎng)絡(luò)時代,也標(biāo)志著我國已能提供具有獨(dú)立自主版權(quán)的大型梯級水電廠計算機(jī)集中控制系統(tǒng),為我國今后大型梯級水電廠的建設(shè)在這一領(lǐng)域提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

　　3H9000系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與體會

　　通過H9000系統(tǒng)的全面開發(fā),特別是對白山系統(tǒng)的開發(fā)與順利實(shí)施,我們主要有以下幾點(diǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與體會:

　　(1)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。白山梯級電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模大,硬件設(shè)備和軟件的功能較多,我們提供了高度標(biāo)準(zhǔn)化的H9000系統(tǒng),使不同的硬件設(shè)備和不同控制對象所采用的基本控制程序完全一致。也就是說,白山、紅石和樺甸3個子系統(tǒng)的軟件是完全一致的。軟件的標(biāo)準(zhǔn)化,極大提高了軟件的可維護(hù)性,方便了軟件的版本管理。

　　(2)成熟的系統(tǒng)應(yīng)用。白山梯級監(jiān)控工程的合同交貨期非常緊,軟件工作量大,新技術(shù)含量高,由于H9000系統(tǒng)本身是一套成熟的系統(tǒng),已有成功的應(yīng)用,所以該工程主要是針對白山系統(tǒng)要求的新技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究(如高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠(yuǎn)距離高速網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、梯級集中監(jiān)控技術(shù)等),保證了白山工程的進(jìn)度要求。

　　(3)強(qiáng)有力的組織措施。白山水電廠在工程前期即成立了自動化處,在全廠各有關(guān)生產(chǎn)部門抽調(diào)技術(shù)骨干,負(fù)責(zé)全廠自動化改造工程的設(shè)計、調(diào)研選型及施工,統(tǒng)一指揮調(diào)配人力、物力資源,避免了部門之間的拖拉扯皮現(xiàn)象。白山監(jiān)控系統(tǒng)的順利實(shí)施,與該廠強(qiáng)有力的組織領(lǐng)導(dǎo)是分不開的。

　　(4)完善的基礎(chǔ)自動化改造。在實(shí)施計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工程的同時,白山水電廠投入了大量的人力、物力進(jìn)行了基礎(chǔ)自動化的調(diào)研和改造(如傳感器、執(zhí)行元件等),并引進(jìn)以色列閥門,對技術(shù)供水回路進(jìn)行了大規(guī)模的改造,消除了以往影響監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素,使監(jiān)控系統(tǒng)外圍設(shè)備動作的正確率保持在較高的水平,為監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了有力的基礎(chǔ)保證。

　　(5)用戶參與的意義與作用。白山水電廠在監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施過程中,安排了多名工程技術(shù)人員參與了系統(tǒng)的集成與開發(fā),使電廠人員比較深入地了解及參與了系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的全過程,并在后續(xù)工作中增加了承擔(dān)的份量,使用戶真正地掌握系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)技術(shù),減輕了研制單位的壓力,也為H9000系統(tǒng)的推廣應(yīng)用闖出了新路。

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