基于DCS平台的电力系统自动化解决方案

当今世界技术的日新月异，主宰了世界的高速发展。以微电子技术的突飞猛进为特征的信息技术的广泛应用，为许多传统行业的运作方式带来了革命性的变化。电力工业作为近代社会进步象征的新兴行业，随着二十一世纪的降临也将面临如何进一步焕发青春的抉择。

二十世纪九十年代初后期，随着“中档实用”向“技术先进”方针的调整，中国电力工业的装备水平发生了一次革命性的飞跃，在大型火电机组上应用具有当代先进技术水平的分散控制系统DCS，拉开了电站自动化大发展的序幕，人们的认识水平同样产生了一次飞跃，分散控制系统不再是锦上添花的摆设，而是实实在在提高机组运行水平，改变人们管理思路的新式武器。人们不再争议投资DCS的必要性，而在探讨实施DCS的正确途径和最大发掘其巨大潜在效益的解决方案。整个九十年代是电力行业高速发展的十年，更是电站自动化应用普及和发展的十年。DCS已成为从大到小各种类型火电机组首选和必备的控制系统方案。

新华控制工程有限公司看准了DCS良好的市场前景和发展机遇，在原有分布式数据采集系统DAS-100、300及DEH装置的基础上，于94年成功开发出了具有独立知识产权，采用当时最新信息技术成果（网络技术和计算机技术）的分散控制系统XDPS-400。从那时起，新华公司利用自身十多年从事电力系统自动化工程开发的丰富经验，先后成功地将XDPS-400应用于从50MW、125MW、200MW及300MW和600MW等级火电机组的自动控制项目中，控制功能覆盖了DAS、MCS、SCS、BMS以及ECS和NCS等子系统。随着基于WIN NT网络操作系统的2.0版XDPS系统的引入，采用符合IEC-1131-3标准的图形组态工具，XDPS-400系统于98年获得了国家科技部等五部委联合颁发的“国家级重点新产品”证书，XDPS-400已有近500套系统投入全国各地电力工程的运行。同时基于XDPS-400 V 2.0的配电自动化与管理系统XDAMS-400也于99年初应运而生，XDPS-400分散控制系统在电力系统自动化的新领域获得了更加广阔的发展空间。

1．电力系统自动化概述

电力系统是一个多元件、宽站点、大容量的动态系统对象。电力系统自动化包括了从电网调度、厂站自动化到配电自动化的三大领域，同时三大自动化领域又可以在协议基础上构成有机的一体。因此有效地使用信息技术，是成功开发电力系统自动化系统的重要一步。

电力系统自动化示意图
　

XDPS-400系统是基于最新网络通信技术的分布式控制系统，其多层通信网络和多种通讯介质可支持厂站过程级现场总线、主站级以太网和全局级广域网，能有效地实现对整个电力系统的监控。


2.厂站级综合自动化系统

作为电力系统的重要单元，电厂和变电站的综合自动化是电力系统自动化的关键项目。目前发电厂的自动化系统已普遍采用DCS，其功能也已覆盖了机、炉、辅机及部分电气项目，自98年12月国电公司出台“网络计算机监控系统设计技术规定”（征求意见稿）起，新华公司在国内率先开展了在电厂电气及网控（升压站）综合自动化项目上应用DCS的尝试，目前已在桂林电厂、邢台电厂及华鲁电厂、平圩电厂等130MW至600MW项目上分别实施了从电气控制、发变组监控和升压站综合自动化等各项功能。真正实现了DCS从机组级到电厂级的功能飞跃，为一个按钮完成机组整组启动创造了条件。



电厂电气控制及网控系统集成于DCS的实例

升压站综合自动化系统NCS作为全厂控制系统的一个子站，通过光纤以太网与DCS联成一体，构成完整的电站自动化系统。对于拥有多台单元机组的电厂，NCS系统可运行于不同的网段，通过各机组配置的网关单元，形成对全厂的生产管理与发电控制。中调可直接通过NCS的远动信道实现对发电厂的AGC控制，NCS也可代替RTU向中调上传各机组的运行参数以及电厂升压站的运行方式。电厂的运行值长也可通过位于集控室的操作站监控各机组运行，电气运行人员则可在控制室直接完成对升压站的操作。由于XDPS DPU单元具有完善的逻辑控制功能，因此基于XDPS-400分散控制系统的NCS可将“五防”闭锁功能直接集成在系统中。而对DPU实现的全图形组态，可使“五防”功能根据具体项目的特点，结合电厂运行方式的变化极其方便，灵活地由组态实现。

电厂的公用设备的电气控制以及单元机组的电气控制ECS可根据具体项目的特点灵活地配置到DCS或NCS中，新华公司为电气控制专门开发的BTZ卡和SYN卡可灵活地完成厂用母线的备自投以及机组的自动准同期。由于专用卡件的模块化设计，能直接在MMI上选择合闸同期点，提高了机组运行的灵活性。

变电站综合自动化子系统XDAMS-400SA是基于XDPS-400的又一分支。监控部分完全采用XDPS-400的I/O单元及MMI，根据变电站分层分布式布置要求，新华公司开发了适合于分布式安装的间隔层测控及保护单元XSA-400系列产品，通过CAN总线与分布式处理单元DPU通讯，实现监控层各项功能。目前XSA-400系列测控及保护单元已通过了国家电力公司自动化研究院的型式试验，并已在多个35KV变电站综合自动化项目中应用。对于功能和性能要求较高的110KV以上变电站，我们与美国SEL合作，通过集成SEL系列保护装置，实现变电站综合自动化。XDPS-400的图形组态功能和DPU的强大逻辑算法库可方便地实现“五防”闭锁和VQC功能。
　

典型的变电站综合自动化系统配置

3.调度自动化SCADA系统

XDPS-400系统从过程对象出发，基于高速信息网络和现场总线技术，实施对工业过程的监控。由于该系统的开发宗旨便是以满足过程对象的自动化为目标的，其基本的数据采集、图形显示和数据记录功能完全符合SCADA系统的要求。XDPS-400基于C/S结构的历史数据库功能，更使XDPS-400可方便地应用到电力系统调度中。广泛应用于大型电站DCS的性能计算站结构，为各种高级应用功能提供了软件接口，可使SCADA系统的潮流计算、无功优化、电压合格率统计、网损统计及开关变位统计等功能方便实现。DCS系统的高可靠性和实时性使XDAMS-400调度自动化的性能远高于常规的调度自动化系统。XDPS-400平台的开放性和用户界面的友好特性，使得系统的生成和组态非常便利和快捷。


4.配网自动化与管理系统

根据新华公司与法国电力公司EDF合作开发配网自动化与管理系统的技术方案，借鉴EDF在法国电网成功实施配网自动化的经验，我们在XDPS-400 SCADA平台基础上，通过集成FTU和EDF的配电管理DMS高级软件SITAR，引进Arcinfo GIS平台，成功推出了XDAMS-SITAR系统。其技术特点是采用成熟技术、集成优质系统、优化系统结构，实现无缝联接。

XDPS-400是具有数以百计的成功应用经验的DCS，其软硬件平台具有优良的可靠性和稳定性。SITAR高级应用软件建立在完善的电力系统数据模型基础上，具有良好的开放性，与SIEMENS、CEGAELEC和GILLAM等系统均有成功集成经验，现已在法国配网普遍采用。通过EDF开发的软件数据总线，XDAMS可容易地实现系统的嵌入连接。XDAMS与GIS的接口采用直接SHAPE文件存取，共享数据库方案，使得DMS与GIS浑然一体，简化了用户的系统维护。组装进口名牌FTU，保证了户外设备的免维护优点，确保配网自动化设备本身不成为降低供电可靠性的因素。


5.XDAMS-400电力系统自动化方案的特点

综上所述，新华公司开发的电力系统自动化系统XDAMS-400具有鲜明的技术特色和很强的技术竞争力：

●DCS系统的高可靠性保证了XDAMS-400实现电力系统自动化的稳定性和可靠性；
●DCS系统的高实时性要求，为XDAMS-400实现电力系统自动化的快速响应性提供了基础，控制级DPU算法周期可快至50MS；
●标准控制算法及算法生成工具方便了电力系统自动化高级功能的合成；
●远程监控与当地监控功能的有机结合，可使系统的功能范围进一步扩大，节省用户投资（如PLC功能）；
●系统开放，配置灵活，具有跨平台运行能力，可使系统最优化，性能价格比最高。