CN105703482A - 一种水电站功率快速调节系统远动通道的实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于规模化小水电群的水电站功率快速调节系统远动通道的实现方法，在水电站具备调度数据网情况下，水电站功率快速调节一体化装置支持通过有线方式实现与远方电站快速调节系统主站通信的远动通道。在水电站不具备调度数据网的条件下，水电站功率快速调节一体化装置支持通过无线通信的方式实现与远方电站快速调节系统主站通信的远动通道。针对小水电站的实际情况，解决了基于规模化小水电群的电站快速调节系统闭环、协调控制所必须的远动通道实现问题，为风光水气多种能源联合优化运行提供了技术支持。

Description

一种水电站功率快速调节系统远动通道的实现方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法。

背景技术

近年来，随着风电、光伏等新能源不断接入电网，其间歇性、随机性及不可控性的特点给电网的运行、稳定及调度带来了一些新的问题，导致这些新能源年利用小时数较低，电网对新能源的消纳能力不足，造成了投资的浪费。

为了实现密集小水电群能够按照远方控制策略进行闭环控制，建立安全、可行的远程主站与水电站之间的远动通道是实现远程、闭环控制面临必须解决的问题。

小水电站地理位置分散且十分偏僻，水电业主构成多种多样，大部分目前不具备电力调度数据网的接入条件，同时对通道建设的造价因素一定要切合实际。市场上目前还没有考虑密集小水电群与风光气等多种能源联合运行的基于远程控制策略中心+无线通信信道+在多个水电站侧配置功率一体化快速调节控制设备进行遥调闭环控制的整体应用解决方案。

对于具备调度数据网条件的水电站，水电站侧功率快速调节系统也需要考虑如何与已经存在的水电站自动化系统融合，使得水电站具备参与远程、闭环、协调控制的能力，通过远程通道实现多种能源的联合优化运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种水电站侧功率快速调节系统，对水电站进行技术改造，并且支持规模化小水电群与区域调度中心主站之间的远动通道的建立，实现省、地、站分层分布式的闭环、协调、控制。

为了实现电站快速调节主站与密集分布的众多水电站子站间的协调、闭环控制系统，针对不同通信环境条件的水电站，研究了调度数据网和无线通信两种远动通道与电站快速调节系统主站通信的解决方案。采用调度数据网，从远动传输速度及信息量方面，能够满足示范系统的技术要求，通信速度较快、可靠性高、安全性好。而对于地理位置偏僻，没有调度数据网通信的条件的水电站，根据电站当地的实际情况，采用无线通信方式，从现场运行的实际情况而言，通信速度相比有线而言相对较慢，但是可行，同时采取了纵向加密等安全防护措施，有效解决了水电站参与分层闭环控制的远动通道问题。采用无线通信实现不具备调度数据网通信条件的小水电站参与区域功率快速控制的能力，从技术层面给协调控制系统提供了支撑。

水电站功率快速调节系统的远动通道的建立，包括调度数据网方式和无线通信方式两种。

为了更好地理解本发明的技术方案，首先对本发明中出现的技术术语说明如下：

为了保证电力系统的安全运行，调度自动化系统按照生产控制及信息管理等功能分为生产一区、安全二区、安全三区、安全四区等四个区域，区域之间的数据交互需要满足电力二次安全防护的要求。

安全三区：调度自动化系统的生产管理区，用于企业生产信息管理等。

生产一区：调度自动化系统的实时控制区，用于电力系统实时监控与控制。

本发明具体采用以下技术方案：

一种水电站功率快速调节系统远动通道的实现方法，其特征在于：在水电站具备调度数据网情况下，水电站功率快速调节一体化装置支持通过有线方式实现与远方电站快速调节系统主站通信的远动通道；在水电站不具备调度数据网的条件下，水电站功率快速调节一体化装置支持通过无线通信的方式实现与远方电站快速调节系统主站通信的远动通道。

水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法包括以下步骤：

步骤1：在水电站侧设置功率快速调节一体化控制器，用于响应电站快速调节系统主站下发的指令，协调水电站内多台水电机组的励磁系统和调速器，实现无功功率和有功功率的快速调节，参与区域电网中的电站快速调节系统主站的协调控制，进行区域电网风光水气多种能源联合运行的闭环、实时、快速调节；所述功率快速调节一体化控制器通信接口上支持双以太网；

步骤2：在水电站侧设置通信控制器，通信接口上支持双以太网，采用第二网口与水电站侧功率快速调节一体化控制器的第一网口相连，进行局域组网，通过ModBusTCP规约实现水电站侧功率快速调节一体化控制器和通信控制器两者之间的遥测、遥信、遥控、遥调信息交互；

步骤3：判断水电站是否具备调度数据网的通信条件，如果该水电站具备调度数据网的通信条件，进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4：那么在通信控制器的第一网口连接水电站侧通信设备，所述水电侧通信设备通过调度数据网连接至地区调度侧通信设备，地区调度侧通信设备与电站快速调节系统主站相连；实现水电站侧设置的功率快速调节一体化控制器与电站快速调节系统主站间的遥测、遥信、遥控、遥调的远动信息交互；

步骤5：在通信控制器第一网口配置纵向加密模块，通信控制器第一网口与纵向加密模块相连，纵向加密模块通过以太网与无线通信模块相连，然后通过运营商的公共网络，接入电站快速调节系统主站的无线通信前置服务器，实现水电站侧设置的功率快速调节一体化控制器与电站快速调节系统主站间的遥测、遥信、遥控、遥调的远动信息交互；

步骤6：在区域电网控制中心的电站快速调节主站系统，对于步骤4借助调度数据网实现远动通道的方式，所述电站快速调节主站系统通过地区调度侧通信设备在调度自动化系统的生产一区，接入来自调度数据网的水电站功率快速调节一体化控制器的数据信息；对于步骤5通过无线通信实现远动通道的方式，通过设置在调度自动化系统安全三区的无线通信前置服务器，接入来自公共网络的水电站功率快速调节一体化控制器的数据信息，然后通过正、反向隔离装置与位于生产一区的电站快速调节主站系统通信。

本发明还进一步包括以下优选方案：

在步骤4中，水电侧通信设备由水电站功率快速调节一体化控制器、通信控制器、以太网转E1协议转换器、水电站侧光传输DDF配线架、光传输设备顺次连接组成；

所述地区调度侧通信设备由电站快速调节系统主站、通信前置服务器、以太网转E1协议转换器、地区调度侧光传输DDF配线架、光传输设备顺次连接组成；

在步骤5中，水电站侧通信设备由水电站功率快速调节一体化控制器、通信控制器、无线通信模块、纵向加密模块等连接组成；

所述地区调度侧通信设备由电站快速调节系统主站、无线通信前置服务器、正、反向隔离装置等顺次连接组成。

在步骤4中，在通信控制器中建立虚装置，将通信控制器与所述电站快速调节系统主站之间的远动通信状态以及通信控制器与水电站功率快速调节一体化控制器之间的通信状态作为虚装置的2个遥信点，通过上下网点的方式提供给水电站功率快速调节一体化控制器，当通信控制器在配置的时间内收不到与远方电站快速调节系统主站通道、以及与水电站功率快速调节一体化控制器通道的报文时，相应通道的遥信通信中断标志位置1，对应通道报文恢复时，通信中断标志位清零，在通信中断时，闭锁水电站功率快速调节一体化控制器的动作出口。

在步骤5中，对于采用无线通信方式建立的远动通道，通过在通信控制器中建立虚装置的方法判断无线通信远动通道的通信中断状态，并在通信中断时，闭锁装置动作出口；在通信控制器中建立一个虚装置，将通信控制器与远方电站快速调节系统无线通信前置服务器之间的通信状态，以及通信控制器与水电站功率快速调节一体化控制器之间的通信状态，作为这个虚装置的2个遥信测点通过上下网点的方式提供给水电站功率快速调节一体化控制器进行监视，当在配置的时间内收不到对应通道的报文时，通信中断标志位置1，对应通道报文恢复时，通信中断标志位清零；在通信中断时，闭锁水电站功率快速调节一体化控制器的动作出口。

对于不具备调度数据网条件的水电站，所述水电站功率快速调节一体化装置支持通过无线通信方式，在满足电力系统二次防护要求的前提下，远方电站快速调节系统主站实现对水电站的遥控、遥调的功能。

本发明具有以下有益的技术效果：

通过本发明，可以实现对水电站的技术改造，使其满足参与区域电网多种能源联合优化运行、功率闭环协调控制的能力，同时针对不同通信条件的水电站，电站快速调节子站系统支持不同的远动通道实现方式与远方主站的通信，有效解决了电站快速调节子站与远方主站的远动通道问题，具有适应性强、成本低、安全性好的技术特点，具有较强的实用性、可实施性，从而实现水电站有功功率和无功功率的远方、闭环、协调控制。

附图说明：

图1为本发明水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法流程示意图；

图2为水电站功率快速调节系统远动通道采用调度数据网时的结构示意图；

图3为水电站功率快速调节系统远动通道采用无线通信时的结构示意图；

图4水电站功率快速调节系统远动通道示意图。

具体实施方式：

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

如附图1所示为本发明公开的水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法流程示意图，所述实现方法包括以下步骤：

步骤1：在水电站侧设置功率快速调节一体化控制器，用于响应电站快速调节系统主站下发的指令，协调水电站内多台水电机组的励磁系统和调速器，实现无功功率和有功功率的快速调节；所述功率快速调节一体化控制器通信接口上支持双以太网；

步骤2：在水电站侧设置通信控制器，通信接口上支持双以太网，采用第二网口与水电站侧功率快速调节一体化控制器的第一网口相连，进行局域组网，通过ModBusTCP规约实现水电站侧功率快速调节一体化控制器和通信控制器两者之间的遥测、遥信、遥控、遥调信息交互；

步骤3：判断水电站是否具备调度数据网的通信条件，如果该水电站具备调度数据网的通信条件，进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4：那么在通信控制器的第一网口连接水电站侧通信设备，所述水电侧通信设备通过调度数据网连接至地区调度侧通信设备，地区调度侧通信设备与电站快速调节系统主站相连；实现水电站侧设置功率快速调节一体化控制器与电站快速调节系统主站间的遥测、遥信、遥控、遥调的远动信息交互；

其中，水电侧通信设备由以太网转E1协议转换器、水电站侧光传输DDF配线架、光传输设备顺次连接组成；

所述地区调度侧通信设备由以太网转E1协议转换器、地区调度侧光传输DDF配线架、光传输设备顺次连接组成；

步骤5：在通信控制器第一网口出口配置纵向加密模块，通信控制器第一网口与纵向加密模块相连，纵向加密模块通过以太网与无线通信模块相连，然后通过运营商的公共网络，接入电站快速调节系统主站的无线通信前置服务器，实现水电站侧设置功率快速调节一体化控制器与电站快速调节系统主站间的遥测、遥信、遥控、遥调的远动信息交互。

步骤6：在区域电网控制中心的电站快速调节主站系统，对于调度通信网方式，通过地区调度侧通信设备在调度自动化系统的生产一区，接入来自调度数据网的水电站功率快速调节一体化控制器的数据信息；对于无线通信方式，通过设置在调度自动化系统安全三区的无线通信前置服务器，接入来自通信公网的水电站功率快速调节一体化控制器的数据信息，然后通过正、反向隔离装置与位于生产一区的电站快速调节主站系统通信。

如图2所示为水电站功率快速调节系统远动通道采用调度数据网时的结构示意图；水电站侧的功率快速调节一体化控制器通过协调控制各个机组的励磁调节器和调速器，用来实现水电站有功功率和无功功率的快速调节功能，对外提供以太网口，与通信控制器的第二网口组网，控制器的数据支持通过ModbusTCP规约与通信控制器通信，通信端口号502。一体化控制器支持ModBusTCP规约转出，做为ModBusTCP的服务端，通过开关量输入DI、开关量输出DO、模拟量输入AI、模拟量输出AO分别实现与通信控制器之间的遥信、遥控、遥测、遥调信息的交互。

通信控制器的第二网口与功率快速调节一体化控制器的以太网口组网，并支持建立通道与ModBusTCP规约绑定，与一体化控制器通信。通信控制器通过IED方式接入一体化控制器的数据，通过一体化控制器的遥信、遥控、遥测、遥调转出信息建立IED模板，通信控制器做为ModBusTCP的客户端，分别采用不同的功能码0x2/0x5/0x4/0x10，定时询问，实现两者之间的双向数据交互。

通信控制器的第一网口与E1协转模块的以太网端口通过以太网相连，E1协转模块的另一端通过不平衡电气E1接口与光纤配线架相连，信息数据无缝透传，然后通过光传输设备及调度数据网接入远方的电站快速调节系统主站的生产一区，实现实时监测与控制。通信控制器与远方主站采用IEC60870-5-104规约进行遥测、遥信、遥控、遥调的远动信息交互。通信控制器建立专用通道与IEC60870-5-104规约绑定，支持路由功能，在规约配置文件中设置远方前置服务器的路由器IP(如route_ip＝218.168.62.190)、远方前置服务器的IP、通信端口号、规约参数、通信控制器第一网口本地IP等信息后，从而建立子站与主站间的通信。

远方电站快速调节系统主站侧通过光传输设备、光传输配线架、E1协议转换器接入生产一区电站快速调节系统主站的前置服务器，接入来自调度数据网的子站侧数据，电站快速调节系统主站在考虑了风电、光伏等新能源接入的因素，进行综合优化，通过远动通道下发参与电站快速调节的各个水电站的有功目标及高压母线电压指令。

这样，电站快速调节系统子站侧在水电站现场，采集站内现场数据，通过所述的基于调度数据网的远动通道，接收远方主站下发的有功功率目标总指令及高压母线电压目标指令后，协调站内各台机组的调速及励磁系统，从而实现水电站有功功率和无功功率的快速调节。

通信控制器存在ModBusTCP、IEC60870-5-104等多种规约同时运行，在通信控制器建立虚装置，对各个规约通道状态建立虚装置测点进行监视，当通道无报文则延时30s发送通信中断信号，通道报文恢复则通信中断信号复归。各规约通道的通信状态通过上、下网点与一体化控制器进行数据交互，当一体化控制器收到通信中断的信号时，闭锁动作出口。

对于地理位置偏僻，不具备调度数据网条件的水电站，为了实现风光水气多种能源联合优化闭环控制及运行，研究了采用基于VPN技术的无线通信技术，解决了密集小水电群的远程快速调节策略控制中心主站与水电站侧功率快速调节子站之间的远动通道问题，这种信息通道构建方式适应了小水电的环境特点，无线远动通道系统结构如图2所示。

这种远动通道的构建方式，支持GPRS、3G、4G等多种无线通信网络，利用这些载体构建造价低、安全性好、稳定性好的远动通道，在满足电力系统二次防护安全的前提下，水电站功率快速调节一体化控制器对这些通信方式的支持，具有低成本、实用性。

如图3所示为水电站功率快速调节系统远动通道采用无线通信方式时的结构示意图。

水电站侧的功率快速调节一体化控制器通过协调控制各个机组的励磁调节器和调速器，用来实现水电站有功功率和无功功率的快速调节功能，对外提供以太网口，与通信控制器的第二网口组网，控制器的数据支持通过ModbusTCP规约与通信控制器通信。具体实现参见调度数据网部分。

通信控制器的第二网口与功率快速调节一体化控制器的以太网口组网，并支持通过ModBusTCP规约与一体化控制器通信。具体实现参见调度数据网部分。

通信控制器支持网关功能，实现同并且在绑定的IEC60870-5-104规约中route_ip字段配置为：route_ip＝192.168.10.1(无线模块的ip)。

通信控制器第一网口通过以太网与纵向加密装置相连，信息加密后通过以太网与无线通信模块相连。

无线通信模块SIM卡需要开通网络数据包流量服务且工作正常、正确设置无线通信模块IP地址(如192.168.10.1)。

中心调度端的路由器要求支持IpsecVPN功能，通过纵向加密装置在远方调度中心的安全三区接入中心端路由器，要求正常接入公网并且有固定公网IP地址，设置路由器对内部局域网ip地址(如192.168.100.1)。

无线通信前置服务器的ip保证与中心端路由器在同一网段，这是由水电站现场通信控制器绑定的IEC60870-5-104规约中配置字段“remote_ip＝192.168.100.111”决定，并将无线通信前置服务器的网关设置为中心端路由器的ip(192.168.100.1)。

这样在中心端的路由器与现场的无线模块之间就建立了具备安全性、LAN-to-LAN的IPSecVPN通道。调度端通过该VPN通道及现场通信控制器便可以实现对现场的遥调、遥控、遥测、遥信远动信息的传输。

位于地调自动化系统安全三区的无线通信前置服务器，与生产一区的电站快速调节主站之间通过正、反向隔离装置进行了隔离，并进行远动数据交互。

无线通信接口实现了水电站功率快速调节控制器的遥测、遥信状态信息的上送，同时接收上级调度中心下发的遥控、遥调控制指令。水电站功率快速调节一体化控制器提供对GPRS、3G、4G等无线通信模式的支持。

通信控制器存在ModBusTCP、IEC60870-5-104等多种规约同时运行，在通信控制器建立虚装置，对各个规约通道状态建立虚装置测点进行监视，当通道无报文则延时30s发送通信中断信号，通道报文恢复则通信中断信号复归。各规约通道的通信状态通过上、下网点与一体化控制器进行数据交互，当一体化控制器收到通信中断的信号时，闭锁动作出口。

这样，综合远动通道的以上两种实现方案，可以实现水电站的技术改造，参与远程电站快速调节系统主站的闭环、协调控制，达到区域电网风光水气多种能源联合优化运行的目的，如图4所示。水电站1具备调度数据网的通信条件，电站快速调节系统子站通过接口转换设备、光传输设备等接入调度数据网，电站快速调节系统主站在生产一区通过接口转换设备、光传输设备，访问通过调度数据网传输的电站快速调节系统子站的数据，从而实现远程监视与控制。水电站2不具备调度数据网的通信条件，电站快速调节系统子站通过纵向加密模块、无线通信模块等接入无线网络，远方主站在安全三区通过纵向加密模块、无线接入设备、无线通信前置服务器等接入数据，生产一区的电站快速调节系统主站通过正、反向隔离装置访问通过无线网络传输的电站快速调节系统子站的数据，从而实现远程监视与控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种水电站功率快速调节系统远动通道的实现方法，其特征在于：在水电站具备调度数据网情况下，水电站功率快速调节一体化装置支持通过有线方式实现与远方电站快速调节系统主站通信的远动通道；在水电站不具备调度数据网的条件下，水电站功率快速调节一体化装置支持通过无线通信的方式实现与远方电站快速调节系统主站通信的远动通道。

2.一种水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

步骤1：在水电站侧设置功率快速调节一体化控制器，用于响应电站快速调节系统主站下发的指令，协调水电站内多台水电机组的励磁系统和调速器，实现无功功率和有功功率的快速调节，参与区域电网中的电站快速调节系统主站的协调控制，进行区域电网风光水气多种能源联合运行的闭环、实时、快速调节；所述功率快速调节一体化控制器通信接口上支持双以太网；

步骤2：在水电站侧设置通信控制器，通信接口上支持双以太网，采用第二网口与水电站侧功率快速调节一体化控制器的第一网口相连，进行局域组网，通过ModBusTCP规约实现水电站侧功率快速调节一体化控制器和通信控制器两者之间的遥测、遥信、遥控、遥调信息交互；

步骤3：判断水电站是否具备调度数据网的通信条件，如果该水电站具备调度数据网的通信条件，进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4：那么在通信控制器的第一网口连接水电站侧通信设备，所述水电侧通信设备通过调度数据网连接至地区调度侧通信设备，地区调度侧通信设备与电站快速调节系统主站相连；实现水电站侧设置的功率快速调节一体化控制器与电站快速调节系统主站间的遥测、遥信、遥控、遥调的远动信息交互；

步骤5：在通信控制器第一网口配置纵向加密模块，通信控制器第一网口与纵向加密模块相连，纵向加密模块通过以太网与无线通信模块相连，然后通过运营商的公共网络，接入电站快速调节系统主站的无线通信前置服务器，实现水电站侧设置的功率快速调节一体化控制器与电站快速调节系统主站间的遥测、遥信、遥控、遥调的远动信息交互；

步骤6：在区域电网控制中心的电站快速调节主站系统，对于步骤4借助调度数据网实现远动通道的方式，所述电站快速调节主站系统通过地区调度侧通信设备在调度自动化系统的生产一区，接入来自调度数据网的水电站功率快速调节一体化控制器的数据信息；对于步骤5通过无线通信实现远动通道的方式，通过设置在调度自动化系统安全三区的无线通信前置服务器，接入来自公共网络的水电站功率快速调节一体化控制器的数据信息，然后通过正、反向隔离装置与位于生产一区的电站快速调节主站系统通信。

3.根据权利要求2所述的水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法，其特征在于：

在步骤4中，水电侧通信设备由水电站功率快速调节一体化控制器、通信控制器、以太网转E1协议转换器、水电站侧光传输DDF配线架、光传输设备顺次连接组成；

所述地区调度侧通信设备由电站快速调节系统主站、通信前置服务器、以太网转E1协议转换器、地区调度侧光传输DDF配线架、光传输设备顺次连接组成；

在步骤5中，水电站侧通信设备由水电站功率快速调节一体化控制器、通信控制器、无线通信模块、纵向加密模块等连接组成；

所述地区调度侧通信设备由电站快速调节系统主站、无线通信前置服务器、正、反向隔离装置等顺次连接组成。

4.根据权利要求2或3所述的水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法，其特征在于：

在步骤4中，在通信控制器中建立虚装置，将通信控制器与所述电站快速调节系统主站之间的远动通信状态以及通信控制器与水电站功率快速调节一体化控制器之间的通信状态作为虚装置的2个遥信点，通过上下网点的方式提供给水电站功率快速调节一体化控制器，当通信控制器在配置的时间内收不到与远方电站快速调节系统主站通道、以及与水电站功率快速调节一体化控制器通道的报文时，相应通道的遥信通信中断标志位置1，对应通道报文恢复时，通信中断标志位清零，在通信中断时，闭锁水电站功率快速调节一体化控制器的动作出口。

5.根据权利要求2所述的水电站功率快速调节系统的远动通道的实现方法，其特征在于：

在步骤5中，对于采用无线通信方式建立的远动通道，通过在通信控制器中建立虚装置的方法判断无线通信远动通道的通信中断状态，并在通信中断时，闭锁装置动作出口；在通信控制器中建立一个虚装置，将通信控制器与远方电站快速调节系统无线通信前置服务器之间的通信状态，以及通信控制器与水电站功率快速调节一体化控制器之间的通信状态，作为这个虚装置的2个遥信测点通过上下网点的方式提供给水电站功率快速调节一体化控制器进行监视，当在配置的时间内收不到对应通道的报文时，通信中断标志位置1，对应通道报文恢复时，通信中断标志位清零；在通信中断时，闭锁水电站功率快速调节一体化控制器的动作出口。

6.根据权利要求2所述的水电站功率快速调节系统的远动通道，其特征在于：

对于不具备调度数据网条件的水电站，所述水电站功率快速调节一体化装置支持通过无线通信方式，在满足电力系统二次防护要求的前提下，远方电站快速调节系统主站实现对水电站的遥控、遥调的功能。