1 引言

        中国大唐集团在川水电站分布于大渡河、嘉陵江、岷江、金汤河等多个流域，分属于三家子公司，各家管理模式不一，集约化运行管理水平不足。为践行现代发电厂无人值守的先进管理理念，提高大唐集团在川企业在发电、航运、供水、防洪及优化调度等方面的综合效益，集团在原计划筹建长河坝、黄金坪成都集控中心的基础上，按照统一规划，分步实施的方式建设大唐四川集控中心，逐步将集团在川电站纳入集控，统筹调度集团在川的发电资源。
 

        流域内现有长河坝、黄金坪、铜陵、唐元、金康、天龙湖、金龙潭、仙女堡、去学、亭子口水利枢纽等水电站或水利枢纽，以及甘南区域集控中心和雅安区域集控中心。
 

        甘南区域集控中心位于甘孜州乡城县，规划接入电站5座，总装机容量688MW。该集控中心已接入娘拥、硕中、硕淉、古学电站并投入运行，古瓦电站在建。
 

        雅安区域集控中心位于雅安市天全县，规划接入电站17座，总装机容量610.9MW。该集控中心拟接入大唐雅安公司所辖水电开发项目，包括天全河干流的切山、新中、下村、汇溪、锅浪跷电站；青衣江流域的城东、大兴电站、荥经河川王宫电站；天全河支流项目和乐山马边阳坝电站。
 

        2 目标与任务

        大唐四川集控中心数据交换系统的建设目标为：
 

        2.1 异构系统集成

        实现跨安全分区的异构系统之间透明的数据交换，设计、开发和建立一个符合水电行业特性并且实现了数据多元化、结构化、标准化的数据平台系统，汇聚所有受控及区域集控中心生产数据，使企业新增任何高级应用时，无须新增通讯，统一从平台上提取所需数据。平台的多元化是指数据平台中的数据来自各个生产系统设备，并且这些数据能完整反映其原始关键信息；结构化是指将原始数据经过清洗、分类、聚合后的高度统一的数据格式，与流行的数据存储软件兼容，既可方便的存储写入数据库，又可高效的进行查询分析；规范化则是编写和规定智慧电厂大数据领域的基础标准。
 

        2.2 生产数据中心

        形成统一的、集中的生产数据中心，对数据在经过加工处理后形成面向主题的数据库，建立完善的数据共享体系以及统一的编码体系及规范，供各类相关应用的作为数据源和分析源。

        2.3 综合数据平台

        基于综合数据平台开发“多系统联动控制”、“数据可视化”等高级应用。通过综合数据平台上的联动分析服务程序，将厂内现有的监控、火警、门禁、工业电视、状态监测等系统之间数据的互联互通，形成直观的数据决策体系；建立数据驱动的触发机制，用数据作为多系统联动流程的触发条件；在数据平台中根据专家经验定义的各类联动策略，自动跨系统协同控制，自动、及时地发挥各类系统的调节功能。在各生产系统无需大规模的改造的情况下，能首先够体现数据共享、结构互联、控制互动的高级智能运维的优越性，使生产系统具有高度智能的自我管理、自我控制能力，为传统水电站提供了一种全新的生产管理方式，为大唐在川企业现代化管理打下坚实的基础。

        3 总体方案

        3.1 方案设计

        将分散建设的应用信息系统进行整合，通过计算机网络构建的信息交换平台，信息/数据的传输及共享，提高信息资源的利用率，成为进行信息化建设的基本目标，保证分布异构系统之间互联互通，建立中心数据库，完成数据的抽取、集中、加载、展现，构造统一的数据处理和交换。在非实时控制大区II区、管理信息大区分别建设一个以IEC 61970/61968系列标准为基础，构筑基于CIM/CIS/UIB标准之上的具备开放式信息集成能力的数据交换系统。
 

        数据交换系统中的所有信息都来自于各相关系统，其它综自子系统的模型、设备信息以标准CIM/XML方式在数据交换系统中统一建模。通过数据交换系统的建设和各系统的整合，整个集控中心中的信息是单点维护、自动同步、统一使用的。
 

        数据交换系统采用总线型集成、模型驱动的成熟产品和技术，尽量避免采用定制化的接口开发，并借鉴和采用国际上相关的行业标准进行规范化设计、规范化实施。

        3.2 体系架构

        采用基于SOA标准架构、遵循分层构件化及应用模块化的设计原则。遵循国际开放式标准和规范，采用基于面向对象的应用开发体系。

        3.3 数据接口及总线

        以IEC 61968标准为基础，制定整体的集成模型和策略，采用统一的接口标准，将流域集控中心的各应用系统都接入到统一的集成总线。
 

        在各安全区内，对于现有设备和系统的数据通讯，采用标准的平台数据流软件和通信接口协议，对应分区各系统进行通讯，除了IEC60870-5系列、Modbus、CDT等常见协议外，还包括工业电视、状态监测等厂家的专有协议，实现高效、安全的传递汇集，整个平台的数据存储方案针对不同的应用需求优化，具备监控级的实时性、高效性，且具备应用级的兼容性、灵活性。最终，实现全部数据的采集、传输和标准化存储。

        3.4 数据模型

        为实现各应用系统数据的共享和企业全局的统一元数据仓库，数据交换系统的数据模型主要参照IEC 61970/61968 CIM模型，同时支持对CIM模型进行扩展的功能，当CIM模型标准不满足水电行业特性需求的情况下参照其他通用标准。
 

        实现水电站全生产过程多元数据的结构化治理，建成大唐四川生产数据中心，实现水电生产数据的集成集中。
 

        4 设计总则

        4.1 安全性原则

        集控中心数据交换系统将部署于安全II区及管理信息大区（III区），其涉及与各生产系统的数据接口和应用整合，因此在系统硬件、软件、网络、应用等方面具备完善的安全措施保证系统的可靠运行，同时在系统故障时具备方便快捷地隔离和消除故障的技术手段。平台的部署满足国家有关二次系统安全防护规定的要求。
 

        4.2  可靠性原则

        数据整合平台将与多个应用系统进行数据交互，保证在对现有系统海量数据抽取、处理的过程中不影响现有系统的运行和性能，同时支持将来其它应用系统的数据共享、查询和二次开发。
 

        （1）系统的冗余机制：系统的配置方式采用全分布式的体系结构，主要服务器采用双机主备。

        （2）软件可靠性：系统的软件严格按照CMM 2级或以上软件开发过程管理和控制国际规范进行开发，并经过充分测试，程序运行稳定可靠。系统具有进程管理功能，监视各个应用和任务的运行状态，当进程运行不正常时，可以保证故障及时发现、定位、报警、切换、隔离、恢复。

        （3）系统集成的可靠性：系统的软、硬件产品遵循国际国内标准，以保证不同产品集成在一起能可靠地协调工作。系统具有可靠的备份，保证在系统故障时，能尽快地恢复系统的运行。

        （4）数据传输的可靠性：确保数据传输的可靠性，保证数据不丢失。

        4.3 标准化原则

        数据交换系统应符合国际或国家标准，采取组件化/模块化/分层的设计思路，采用分布式开放体系结构，全面支持IEC61970/61968 CIM/CIS标准，采用面向服务对象技术和组件技术，能够实现各应用系统的数据交换、共享和综合开发利用。
 

        4.4 开放性原则

        系统在网络结构、硬件和软件的选择配置上遵循开放性的原则，以达到系统的可扩充性、可维护性。在计算机、网络设备、外部设备、操作系统、开发环境、数据库系统的选型时，选用符合模块化设计、遵循国际标准的产品。
 

        系统中的各个计算机之间及与外部计算机的通信采用国际国内标准以及TCP/IP协议，充分体现系统的开放性，以达到开放系统的互连。
 

        系统的支撑软件和应用软件采用模块化设计，功能模块之间采用标准化的接口，提供应用编程接口，支持用户应用软件程序的开发，保证能和其它系统互联和无缝集成。
 

        4.5 先进实用原则

        数据交换系统注重先进性和实用性的统一，以实用为目的，合理选用各类成熟、先进技术，尽可能使用成熟的软件包/平台，避免大量的从底层/中间件平台开始的自行开发，以降低采购、实施及维护成本。
 

        对数据库设计及数据库访问（数据应用）进行总体优化，包括基本表设计、扩展设计和数据库表对象放置等各方面，保证数据存储和访问的效率。
 

        数据存取应支持XML、数据文本、数据库接口、数据库复制等多种数据方式，满足存取效率和安全性需要，并应充分考虑对应用系统的性能影响。
 

        4.6 可扩展性原则

        系统具有良好的功能扩展性，支持数据交换系统的“总体规划、分步建设、逐步扩充、逐步升级” 的发展目标，硬件设备可以根据需求逐步增加，软件模块可以根据功能发展逐步配置，新增加的设备和软件应与原系统构成一体化的系统，而且不影响原有系统的可靠运行，满足集控中心应用系统不断发展和完善的要求。在统一支撑平台基础上，利用系统提供的内置语言，允许用户在不修改原有代码、不改变已有的应用和系统软件的情况下随时根据需要，加入新的应用，对系统进行扩充和修改。
 

        4.7 可管理易维护原则

        数据交换系统提供方便、友好的管理、维护工具及界面，方便运行管理人员对系统进行相应的设置、修改、管理、维护。
 

        5 网络结构

        集控中心数据交换系统采用全开放的分布式结构，由网络上分布的各节点计算机单元组成，各节点计算机采用局域网(LAN)联结；实现与集控中心计算机监控系统、水调自动化系统、继电保护及故障信息管理系统、电能量采集和报竞价系统、主设备状态监测系统、工业电视系统、消防监控等的通信。
 

        数据交换系统均按IEEE802.3z设计，采用分层分布式结构的快速交换式以太网；全开放的分布式接口，局域网通信规约TCP/IP，网络介质采用电缆，介质访问控制方式为带有碰撞检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）。该数据交换系统均采用双网配置；详细的网络结构参见图1所示。

 

图1 集控中心数据交换系统系统框图

 

        6 结束语

        通过四川集控中心数据交换系统的统一规划和建设，实现各流域电站、区域集控中心的集中控制，实施完整的综合自动化系统，包括计算机监控系统、数据交换系统、水情自动测报系统、水调自动化系统、电能量采集和报竞价系统、继电保护及故障信息管理系统、主设备状态监测系统、工业电视系统、管理信息系统等，各个系统相辅相成，实现电站的无人值班运行，以及流域梯级电站的经济运行和优化调度。
 

        参考文献

        [1]徐洁.水电厂计算机监控及流域集控技术[M].北京：中国电力出版社，2016：203-216.

        [2]钟青祥，何红荣，杨忠伟，罗玮.大渡河流域梯级水电站集控中心“调控一体化”系统的建设与运行.水电自动化与大坝监测，2014，38(1):63-66.