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摘要：对中小型水电站项目来说，建设周期不长，投入资金和运维人员有限，在此基础上充分考虑地理环境及电站运行检修便捷，以及流域内电站实现无人值班（少人值守）运行管理模式的需要和对可靠性的要求，结合流域内梯级电站的地理位置和开发建设的时间安排，采用扩大厂站模式和梯级集控制中心相结合的配置方案，将集控制中心设置在流域内某一较大或人员较为集中的电站，对流域内其它电站进行远方监视，优化调度，可减少人员及交通和运维经费问题，充分体现集中调度优势。
关键词：梯级水电站 计算机监控 梯级调度 集中控制
设计要求
会同县小洪、长寨、高椅水电站工程为沅江一级支流巫水流域规划修改后的第8、9、10个梯级电站，坝址位于会同县五家坪乡、长寨乡、高椅乡，距会同县城距离均在40km左右。除最后一级高椅电站厂房布置在中国十佳古村之一的高椅古村附近外，另二级电站均较为偏僻，生活不便。
三级电站是均以发电为主，小洪电站装机二台灯泡贯流式机组，总容量为20MW，多年平均发电量7056万kWh；长寨电站装机二台轴流式机组，总容量为23MW，多年平均发电量8365万kWh；高椅电站装机二台轴流式机组，总容量为25MW，多年平均发电量9235万kWh。电站出线采用三级电站串接，小洪电站110kV出线一回，接入长寨电站；长寨电站110kV出线二回，一回接入小洪电站，一回接入高椅电站；高椅电站110kV出线二回，一回接入长寨电站，一回接入会同林城220kV变电站。
三级电站均按“无人值班”（少人值守）原则设计，采用计算机监控。计算机集控系统采用开放式分层分布系统，全分布数据库。通过对远程集控中心的远程调度实现对流域内各电站的安全监视、操作控制以及运行管理。流域内各电站将取消或简化电站内的常规中控室，按照梯级各电厂无人值班设计。取消各自独立的电站办公、现场生活设施、库房、机修车间等，将集控中心作为运行、管理、维护及办公基地，对流域内的各电站进行日常的运行、操作监视等管理工作。
在高椅电站设立远程集控中心，在远程集控中心对流域的梯级电站（小洪、长寨水电站）及高椅电站本身进行集中监视、控制、经济运行和联合优化调度、管理。
系统结构设计
巫水流域高椅梯级电站集控中心计算机集控系统由各梯级水电站的现地控制单元、梯级水电站的电站层设备和集控中心计算机系统组成，流域内各电站内部的厂站层计算机监控系统网络为100M的光纤星形网，其下连接为10M现地控制单元。各现地设备控制单元采用现场总线或工业以太网连接。各梯级水电站采用光纤2M数字电路接入集控中心。
在各电站内，每台水轮发电机组、公用设备、开关站使用现地控制单元。现地控制单元直接监控被监控设备的生产过程，既作为分布系统中的现地智能终端，又作为独立装置单独运行。站内的各现地控制单元采用10Mbps星形以太网结构。
电站层使用监控系统的两台主机兼操作员站，一台通讯工作站，分别设有其监控范围内完整的实时数据和历史数据。当主干网或集控中心计算机集控系统故障时，能保存历史数据，并能在故障恢复系统正常后响应集控中心计算机集控系统的命令将故障期间的历史数据信息传输到集控中心计算机集控系统，自动恢复集控中心计算机集控系统的历史数据库。
流域主干层：用电力光纤作为主通讯通道（集控、图像、水情、办公等用途），用电信数字电路作为备用通讯通道。数据传输和数据交换通过2M以太网接口与电站层100M交换机连接。
本监控系统局域网遵循IEEE 802.3标准，采用全开放的分布式结构，梯级电站主干网络介质采用单模光纤电缆，电站内采用多模光纤电缆，通信规约TCP/IP，具备101、104两种规约功能，电厂级主干网络的传输速率不低于100Mbps，梯级水电站间不低于2Mbps。各单元系统设置相应的现地控制单元，且具有一定的数据库功能。
系统结构为分层、全分布、全开放系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。
整个系统结构如图所示：
会同巫水流域电站高椅集控中心结构图
梯级流域电厂间网络采用电信2M数字电路，委托电信部门完成，最终提供RJ45接口的2M数字电路接入梯级集控网络设备。通讯协议为标准以太网协议。备用网络通道为电力光纤通讯网。为保证集控系统网络的高度可靠性，集控中心的网络提供双回路冗余配置。一条网络链路出现故障时应自动接入另外一条网络，支持电力光纤通讯网络通讯规约。并提供可靠的备用通道。
控制方式
正常运行时，由梯级集控中心计算机监控系统对梯级水电站进行远方实时控制、安全监视及调度管理，梯级各电站站控层正常情况下均不设运行值班人员。当主干网络故障使得梯级水电站的现地控制单元与梯级集控中心计算机监控系统联系中断时，可通过电站内的预留主机兼操作员站或现地控制单元进行相关控制、操作及监视。
计算机集控系统应具有多种调控方式，以满足梯级水电站运行的需要。为了保证控制和调节的正确、可靠，操作步骤按“选择-确认-执行”的方式进行，并且每一步骤都应有严格的软件校核、检错和安全闭锁逻辑功能，硬件方面也应有防误措施。
经济运行和优化调度
各个梯级电站之间协调运行，综合准确地计算出各梯级电站的出力和泄水量，做到最经济地利用水资源，多发电，而不至于水库被迫溢流弃水或者被拉空。
集控中心梯级经济运行是根据流域的基本水情，各电站水文动能条件、实时运行工况、按照电气安全运行准则，在满足电力调度系统正常调度要求（下达的日负荷曲线、电压曲线以及AGC、AVC命令）前提下，对各电站参与联合控制的机组制定运行计划（非实时），按最优发电运算确定各电站开机台数，自动分配各电站有功和无功负荷，并据此选择启、停机组和调节机组出力，实现梯级优化调度管理。
梯级电站不仅有电力上的联系，也有水力上的联系，尤其在梯级AGC中必须获取大量的水情信息，主要水情信息有：各电站水库的来水预报、区间来水、电站上游水位、下游水位，这些主要用于水量平衡计算、机组发电流量计算、机组效率计算、机组单位出力的耗水率的计算。
在满足电力系统要求电量的前提下，以利用流域的径流来水发电为主，少用长期调节水库中的水，库区水作为枯水期发电用水尽量保留。梯级电站应尽量维持水库高水位。在其水库未达到最高水位时应少发电，但要保证下游最小流量，使其库水位迅速上升到正常水位，到达正常水位后，即按入流量等于出流量方式运行以维持库水位处于正常范围。此时，实现的是流量调节加水位调节，即上游来水作为流量调节的设定值，控制电站的发电流量；当上游水位偏差超过允许值，就进行水位调节。
结束语
会同巫水流域梯调系统试运行一年多以来，控制级别优先采用现地控制单元——站级上位机控制——梯级集控中心控制。故障时并具备自动切换控制级别和手动控制方式。正常情况下采用梯级集控中心控制。系统高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影响现场设备的正常运行，系统特性的各项指标均达到电力行业标准的规定。系统配置和设备选型符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，系统达到国内先进水平。减少了人员及交通和运维经费问题，充分体现集中调度优势。
作者简介；黄泽锋（1981.8-），男，湖南长沙人，毕业学院：长沙理工大学，职称：工程师 单位：湖南怀化水利电力勘测设计研究院，研究方向：水利水电
关键词：梯级水电站 计算机监控 梯级调度 集中控制
设计要求
会同县小洪、长寨、高椅水电站工程为沅江一级支流巫水流域规划修改后的第8、9、10个梯级电站，坝址位于会同县五家坪乡、长寨乡、高椅乡，距会同县城距离均在40km左右。除最后一级高椅电站厂房布置在中国十佳古村之一的高椅古村附近外，另二级电站均较为偏僻，生活不便。
三级电站是均以发电为主，小洪电站装机二台灯泡贯流式机组，总容量为20MW，多年平均发电量7056万kWh；长寨电站装机二台轴流式机组，总容量为23MW，多年平均发电量8365万kWh；高椅电站装机二台轴流式机组，总容量为25MW，多年平均发电量9235万kWh。电站出线采用三级电站串接，小洪电站110kV出线一回，接入长寨电站；长寨电站110kV出线二回，一回接入小洪电站，一回接入高椅电站；高椅电站110kV出线二回，一回接入长寨电站，一回接入会同林城220kV变电站。
三级电站均按“无人值班”（少人值守）原则设计，采用计算机监控。计算机集控系统采用开放式分层分布系统，全分布数据库。通过对远程集控中心的远程调度实现对流域内各电站的安全监视、操作控制以及运行管理。流域内各电站将取消或简化电站内的常规中控室，按照梯级各电厂无人值班设计。取消各自独立的电站办公、现场生活设施、库房、机修车间等，将集控中心作为运行、管理、维护及办公基地，对流域内的各电站进行日常的运行、操作监视等管理工作。
在高椅电站设立远程集控中心，在远程集控中心对流域的梯级电站（小洪、长寨水电站）及高椅电站本身进行集中监视、控制、经济运行和联合优化调度、管理。
系统结构设计
巫水流域高椅梯级电站集控中心计算机集控系统由各梯级水电站的现地控制单元、梯级水电站的电站层设备和集控中心计算机系统组成，流域内各电站内部的厂站层计算机监控系统网络为100M的光纤星形网，其下连接为10M现地控制单元。各现地设备控制单元采用现场总线或工业以太网连接。各梯级水电站采用光纤2M数字电路接入集控中心。
在各电站内，每台水轮发电机组、公用设备、开关站使用现地控制单元。现地控制单元直接监控被监控设备的生产过程，既作为分布系统中的现地智能终端，又作为独立装置单独运行。站内的各现地控制单元采用10Mbps星形以太网结构。
电站层使用监控系统的两台主机兼操作员站，一台通讯工作站，分别设有其监控范围内完整的实时数据和历史数据。当主干网或集控中心计算机集控系统故障时，能保存历史数据，并能在故障恢复系统正常后响应集控中心计算机集控系统的命令将故障期间的历史数据信息传输到集控中心计算机集控系统，自动恢复集控中心计算机集控系统的历史数据库。
流域主干层：用电力光纤作为主通讯通道（集控、图像、水情、办公等用途），用电信数字电路作为备用通讯通道。数据传输和数据交换通过2M以太网接口与电站层100M交换机连接。
本监控系统局域网遵循IEEE 802.3标准，采用全开放的分布式结构，梯级电站主干网络介质采用单模光纤电缆，电站内采用多模光纤电缆，通信规约TCP/IP，具备101、104两种规约功能，电厂级主干网络的传输速率不低于100Mbps，梯级水电站间不低于2Mbps。各单元系统设置相应的现地控制单元，且具有一定的数据库功能。
系统结构为分层、全分布、全开放系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。
整个系统结构如图所示：
会同巫水流域电站高椅集控中心结构图
梯级流域电厂间网络采用电信2M数字电路，委托电信部门完成，最终提供RJ45接口的2M数字电路接入梯级集控网络设备。通讯协议为标准以太网协议。备用网络通道为电力光纤通讯网。为保证集控系统网络的高度可靠性，集控中心的网络提供双回路冗余配置。一条网络链路出现故障时应自动接入另外一条网络，支持电力光纤通讯网络通讯规约。并提供可靠的备用通道。
控制方式
正常运行时，由梯级集控中心计算机监控系统对梯级水电站进行远方实时控制、安全监视及调度管理，梯级各电站站控层正常情况下均不设运行值班人员。当主干网络故障使得梯级水电站的现地控制单元与梯级集控中心计算机监控系统联系中断时，可通过电站内的预留主机兼操作员站或现地控制单元进行相关控制、操作及监视。
计算机集控系统应具有多种调控方式，以满足梯级水电站运行的需要。为了保证控制和调节的正确、可靠，操作步骤按“选择-确认-执行”的方式进行，并且每一步骤都应有严格的软件校核、检错和安全闭锁逻辑功能，硬件方面也应有防误措施。
经济运行和优化调度
各个梯级电站之间协调运行，综合准确地计算出各梯级电站的出力和泄水量，做到最经济地利用水资源，多发电，而不至于水库被迫溢流弃水或者被拉空。
集控中心梯级经济运行是根据流域的基本水情，各电站水文动能条件、实时运行工况、按照电气安全运行准则，在满足电力调度系统正常调度要求（下达的日负荷曲线、电压曲线以及AGC、AVC命令）前提下，对各电站参与联合控制的机组制定运行计划（非实时），按最优发电运算确定各电站开机台数，自动分配各电站有功和无功负荷，并据此选择启、停机组和调节机组出力，实现梯级优化调度管理。
梯级电站不仅有电力上的联系，也有水力上的联系，尤其在梯级AGC中必须获取大量的水情信息，主要水情信息有：各电站水库的来水预报、区间来水、电站上游水位、下游水位，这些主要用于水量平衡计算、机组发电流量计算、机组效率计算、机组单位出力的耗水率的计算。
在满足电力系统要求电量的前提下，以利用流域的径流来水发电为主，少用长期调节水库中的水，库区水作为枯水期发电用水尽量保留。梯级电站应尽量维持水库高水位。在其水库未达到最高水位时应少发电，但要保证下游最小流量，使其库水位迅速上升到正常水位，到达正常水位后，即按入流量等于出流量方式运行以维持库水位处于正常范围。此时，实现的是流量调节加水位调节，即上游来水作为流量调节的设定值，控制电站的发电流量；当上游水位偏差超过允许值，就进行水位调节。
结束语
会同巫水流域梯调系统试运行一年多以来，控制级别优先采用现地控制单元——站级上位机控制——梯级集控中心控制。故障时并具备自动切换控制级别和手动控制方式。正常情况下采用梯级集控中心控制。系统高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影响现场设备的正常运行，系统特性的各项指标均达到电力行业标准的规定。系统配置和设备选型符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，系统达到国内先进水平。减少了人员及交通和运维经费问题，充分体现集中调度优势。
作者简介；黄泽锋（1981.8-），男，湖南长沙人，毕业学院：长沙理工大学，职称：工程师 单位：湖南怀化水利电力勘测设计研究院，研究方向：水利水电