摘要：根據大唐集團在川電站及區域集控分布現狀，研究和設計一個數據多元化、結構化、標準化的數據平臺系統，集中管理集團在川的發電資源，實現梯級電站的經濟運行。
關鍵詞：水電站 集控中心 數據交換系統
Abstract：According to the present situation of hydropower plants and region centralized control center of Datang Group in Sichuan, a diversified, structured and standardized data exchange system is studied and designed to centralized manage the hydropower resource of Datang Group in Sichuan ，to realize economic operation of the cascade hydropower plants.
Key words：Hydropower plant Centralized control center Data exchange system
【中圖分類號】TN919.6+5 【文獻標識碼】B 文章編號1606-5123（2019）01-0000-00
1 引言
中國大唐集團在川水電站分布于大渡河、嘉陵江、岷江、金湯河等多個流域，分屬于三家子公司，各家管理模式不一，集約化運行管理水平不足。為踐行現代發電廠無人值守的先進管理理念，提高大唐集團在川企業在發電、航運、供水、防洪及優化調度等方面的綜合效益，集團在原計劃籌建長河壩、黃金坪成都集控中心的基礎上，按照統一規劃，分步實施的方式建設大唐四川集控中心，逐步將集團在川電站納入集控，統籌調度集團在川的發電資源。
流域內現有長河壩、黃金坪、銅陵、唐元、金康、天龍湖、金龍潭、仙女堡、去學、亭子口水利樞紐等水電站或水利樞紐，以及甘南區域集控中心和雅安區域集控中心。
甘南區域集控中心位于甘孜州鄉城縣，規劃接入電站5座，總裝機容量688MW。該集控中心已接入娘擁、碩中、碩淉、古學電站并投入運行，古瓦電站在建。
雅安區域集控中心位于雅安市天全縣，規劃接入電站17座，總裝機容量610.9MW。該集控中心擬接入大唐雅安公司所轄水電開發項目，包括天全河干流的切山、新中、下村、匯溪、鍋浪蹺電站；青衣江流域的城東、大興電站、滎經河川王宮電站；天全河支流項目和樂山馬邊陽壩電站。
2 目標與任務
大唐四川集控中心數據交換系統的建設目標為：
2.1 異構系統集成
實現跨安全分區的異構系統之間透明的數據交換，設計、開發和建立一個符合水電行業特性并且實現了數據多元化、結構化、標準化的數據平臺系統，匯聚所有受控及區域集控中心生產數據，使企業新增任何高級應用時，無須新增通訊，統一從平臺上提取所需數據。平臺的多元化是指數據平臺中的數據來自各個生產系統設備，并且這些數據能完整反映其原始關鍵信息；結構化是指將原始數據經過清洗、分類、聚合后的高度統一的數據格式，與流行的數據存儲軟件兼容，既可方便的存儲寫入數據庫，又可高效的進行查詢分析；規范化則是編寫和規定智慧電廠大數據領域的基礎標準。
2.2 生產數據中心
形成統一的、集中的生產數據中心，對數據在經過加工處理后形成面向主題的數據庫，建立完善的數據共享體系以及統一的編碼體系及規范，供各類相關應用的作為數據源和分析源。
2.3 綜合數據平臺
基于綜合數據平臺開發“多系統聯動控制”、“數據可視化”等高級應用。通過綜合數據平臺上的聯動分析服務程序，將廠內現有的監控、火警、門禁、工業電視、狀態監測等系統之間數據的互聯互通，形成直觀的數據決策體系；建立數據驅動的觸發機制，用數據作為多系統聯動流程的觸發條件；在數據平臺中根據專家經驗定義的各類聯動策略，自動跨系統協同控制，自動、及時地發揮各類系統的調節功能。在各生產系統無需大規模的改造的情況下，能首先夠體現數據共享、結構互聯、控制互動的高級智能運維的優越性，使生產系統具有高度智能的自我管理、自我控制能力，為傳統水電站提供了一種全新的生產管理方式，為大唐在川企業現代化管理打下堅實的基礎。
3 總體方案
3.1 方案設計
將分散建設的應用信息系統進行整合，通過計算機網絡構建的信息交換平臺，信息/數據的傳輸及共享，提高信息資源的利用率，成為進行信息化建設的基本目標，保證分布異構系統之間互聯互通，建立中心數據庫，完成數據的抽取、集中、加載、展現，構造統一的數據處理和交換。在非實時控制大區II區、管理信息大區分別建設一個以IEC 61970/61968系列標準為基礎，構筑基于CIM/CIS/UIB標準之上的具備開放式信息集成能力的數據交換系統。
數據交換系統中的所有信息都來自于各相關系統，其它綜自子系統的模型、設備信息以標準CIM/XML方式在數據交換系統中統一建模。通過數據交換系統的建設和各系統的整合，整個集控中心中的信息是單點維護、自動同步、統一使用的。
數據交換系統采用總線型集成、模型驅動的成熟產品和技術，盡量避免采用定制化的接口開發，并借鑒和采用國際上相關的行業標準進行規范化設計、規范化實施。
3.2 體系架構
采用基于SOA標準架構、遵循分層構件化及應用模塊化的設計原則。遵循國際開放式標準和規范，采用基于面向對象的應用開發體系。
3.3 數據接口及總線
以IEC 61968標準為基礎，制定整體的集成模型和策略，采用統一的接口標準，將流域集控中心的各應用系統都接入到統一的集成總線。
在各安全區內，對于現有設備和系統的數據通訊，采用標準的平臺數據流軟件和通信接口協議，對應分區各系統進行通訊，除了IEC60870-5系列、Modbus、CDT等常見協議外，還包括工業電視、狀態監測等廠家的專有協議，實現高效、安全的傳遞匯集，整個平臺的數據存儲方案針對不同的應用需求優化，具備監控級的實時性、高效性，且具備應用級的兼容性、靈活性。最終，實現全部數據的采集、傳輸和標準化存儲。
3.4 數據模型
為實現各應用系統數據的共享和企業全局的統一元數據倉庫，數據交換系統的數據模型主要參照IEC 61970/61968 CIM模型，同時支持對CIM模型進行擴展的功能，當CIM模型標準不滿足水電行業特性需求的情況下參照其他通用標準。
實現水電站全生產過程多元數據的結構化治理，建成大唐四川生產數據中心，實現水電生產數據的集成集中。
4 設計總則
4.1 安全性原則
集控中心數據交換系統將部署于安全II區及管理信息大區（III區），其涉及與各生產系統的數據接口和應用整合，因此在系統硬件、軟件、網絡、應用等方面具備完善的安全措施保證系統的可靠運行，同時在系統故障時具備方便快捷地隔離和消除故障的技術手段。平臺的部署滿足國家有關二次系統安全防護規定的要求。
4.2 可靠性原則
數據整合平臺將與多個應用系統進行數據交互，保證在對現有系統海量數據抽取、處理的過程中不影響現有系統的運行和性能，同時支持將來其它應用系統的數據共享、查詢和二次開發。
（1）系統的冗余機制：系統的配置方式采用全分布式的體系結構，主要服務器采用雙機主備。
（2）軟件可靠性：系統的軟件嚴格按照CMM 2級或以上軟件開發過程管理和控制國際規范進行開發，并經過充分測試，程序運行穩定可靠。系統具有進程管理功能，監視各個應用和任務的運行狀態，當進程運行不正常時，可以保證故障及時發現、定位、報警、切換、隔離、恢復。
（3）系統集成的可靠性：系統的軟、硬件產品遵循國際國內標準，以保證不同產品集成在一起能可靠地協調工作。系統具有可靠的備份，保證在系統故障時，能盡快地恢復系統的運行。
（4）數據傳輸的可靠性：確保數據傳輸的可靠性，保證數據不丟失。
4.3 標準化原則
數據交換系統應符合國際或國家標準，采取組件化/模塊化/分層的設計思路，采用分布式開放體系結構，全面支持IEC61970/61968 CIM/CIS標準，采用面向服務對象技術和組件技術，能夠實現各應用系統的數據交換、共享和綜合開發利用。
4.4 開放性原則
系統在網絡結構、硬件和軟件的選擇配置上遵循開放性的原則，以達到系統的可擴充性、可維護性。在計算機、網絡設備、外部設備、操作系統、開發環境、數據庫系統的選型時，選用符合模塊化設計、遵循國際標準的產品。
系統中的各個計算機之間及與外部計算機的通信采用國際國內標準以及TCP/IP協議，充分體現系統的開放性，以達到開放系統的互連。
系統的支撐軟件和應用軟件采用模塊化設計，功能模塊之間采用標準化的接口，提供應用編程接口，支持用戶應用軟件程序的開發，保證能和其它系統互聯和無縫集成。
4.5 先進實用原則
數據交換系統注重先進性和實用性的統一，以實用為目的，合理選用各類成熟、先進技術，盡可能使用成熟的軟件包/平臺，避免大量的從底層/中間件平臺開始的自行開發，以降低采購、實施及維護成本。
對數據庫設計及數據庫訪問（數據應用）進行總體優化，包括基本表設計、擴展設計和數據庫表對象放置等各方面，保證數據存儲和訪問的效率。
數據存取應支持XML、數據文本、數據庫接口、數據庫復制等多種數據方式，滿足存取效率和安全性需要，并應充分考慮對應用系統的性能影響。
4.6 可擴展性原則
系統具有良好的功能擴展性，支持數據交換系統的“總體規劃、分步建設、逐步擴充、逐步升級” 的發展目標，硬件設備可以根據需求逐步增加，軟件模塊可以根據功能發展逐步配置，新增加的設備和軟件應與原系統構成一體化的系統，而且不影響原有系統的可靠運行，滿足集控中心應用系統不斷發展和完善的要求。在統一支撐平臺基礎上，利用系統提供的內置語言，允許用戶在不修改原有代碼、不改變已有的應用和系統軟件的情況下隨時根據需要，加入新的應用，對系統進行擴充和修改。
4.7 可管理易維護原則
數據交換系統提供方便、友好的管理、維護工具及界面，方便運行管理人員對系統進行相應的設置、修改、管理、維護。
5 網絡結構
集控中心數據交換系統采用全開放的分布式結構，由網絡上分布的各節點計算機單元組成，各節點計算機采用局域網(LAN)聯結；實現與集控中心計算機監控系統、水調自動化系統、繼電保護及故障信息管理系統、電能量采集和報競價系統、主設備狀態監測系統、工業電視系統、消防監控等的通信。
數據交換系統均按IEEE802.3z設計，采用分層分布式結構的快速交換式以太網；全開放的分布式接口，局域網通信規約TCP/IP，網絡介質采用電纜，介質訪問控制方式為帶有碰撞檢測的載波監聽多路訪問（CSMA/CD）。該數據交換系統均采用雙網配置；詳細的網絡結構參見圖1所示。
圖1 集控中心數據交換系統系統框圖
6 結束語
通過四川集控中心數據交換系統的統一規劃和建設，實現各流域電站、區域集控中心的集中控制，實施完整的綜合自動化系統，包括計算機監控系統、數據交換系統、水情自動測報系統、水調自動化系統、電能量采集和報競價系統、繼電保護及故障信息管理系統、主設備狀態監測系統、工業電視系統、管理信息系統等，各個系統相輔相成，實現電站的無人值班運行，以及流域梯級電站的經濟運行和優化調度。
參考文獻
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