试论三峡—葛洲坝水电厂梯级调度和枢纽控制方辉钦摘　要：在总结中国水电厂计算机监控技术发展20年所取得成就的基础上，结合三峡水利枢纽及三峡—葛洲坝水电厂梯级调度的特点和要求，提出了其自动化系统的设计原则，重点讨论了计算机选型、冗余、分层分布、三级网络、无人值班、综合自动化等问题。给出了三峡—葛洲坝水电厂梯级调度及电站监控系统的总体构思，按相互交换信息的关系，将其分为三大类子系统，指出各子系统的基本功能，并对目前已运行的自动化系统和即将建设的新系统的接口问题、梯级调度的关系及方式进行了论述。
关键词：三峡电厂；梯级调度；监控；网络；自动化
中图分类号：TM73；TV736▲DISCUSSIONONTHECASCADEDISPATCHANDCOMPLEXCONTROL
OFTHREEGORGES-GEZHOUBAHYDROPOWERPLANTSFangHuiqin
(NanjingAutomationResearchInstitute,Nanjing210003,China)Abstract：Bysumminguptheachievementsofthehydropowerplantcomputermonitoringandcontroltechnologyduringthepast20yearsinChina,withthecombinationofthefeaturesandrequirementsofThreeGorgescomplexandthecascadedispatchcenter,thedesignprincipleoftheautomationsystemisproposed.Thepaperputsspecialemphasesonthetypeselectionofcomputers,redundance,hierarchyanddistribution,three-levelnetworks,unmannedpowerplant,integratedautomationandsoon.ThepaperpresentstheoverallplanningofthecascadedispatchandthemonitoringandcontrolsystemforThreeGorges-Gezhoubacascadehydropowerplants,describedasclassifyingtheautomationsystemintothreetypesofsubsystemsaccordingtoitsrelationshipofinformationinterchange.Thebasicfunctionsofeachtypeofsubsystemarepointedout.Theinterfacebetweentheexistngautomationsystemandnewsystembeingbuilt,andtherelationshipandmodesofcascadedispatcharealsodiscussed.
　　ThisprojectissupportedbyEighthFiveYearPlan(No.85-16-05-04).
Keywords：ThreeGorgeshydropowerplant;monitoringandcontrol;network;automation▲0　引言　　我国水电厂计算机监控技术经历了从摸索、试点、推广到提高4个发展阶段。到1999年底，全国已有160多个水电厂完成或正在进行计算机监控系统建设或升级改造工程。其中8个水电厂通过了国家电力公司“无人值班”(少人值守)验收，4个通过了“一流电厂”验收。我国大型或超大型水电厂计算机监控系统已达到当代国际先进水平。
　　三峡—葛洲坝电厂梯级调度和三峡水利枢纽自动化是当前三峡建设和电力行业非常关注的项目之一。国家计委、国家科委、国家电力公司对三峡工程都非常重视，很早就提出以葛洲坝水电厂自动化工程为三峡试点工程的设想。根据三峡工程的进度，其电站监控和调度自动化系统方案的制定和实施等已提到议事日程。三峡电站容量巨大，在国民经济中具有重要的地位，因此对其综合自动化提出了更高的要求。
　　电力自动化研究院在1979年～1985年的七年规划，以及“七五”、“八五”国家重点科技攻关项目中都承担并成功地完成了三峡有关计算机监控的研究项目，提出的三峡水利枢纽综合自动化系统方案的各项研究成果在国家经委、电力部(现为国家电力公司)、水利部、三峡开发总公司(筹)等组织的评审中，受到评委会专家的好评。
　　本文根据当前水电厂计算机监控技术发展的动向、三峡水利枢纽和水电厂梯级调度的实际要求，以及电力自动化研究院有关三峡的研究成果［1］，对其自动化系统的配置原则、实现目标、软件功能、结构特点等进行论述。1　三峡工程概况和枢纽特点　　三峡电厂位于长江三斗坪地段，湖北宜昌上游40km处，是长江干流上的一座巨型综合性水利枢纽，包括左、右岸发电厂房，泄洪闸门，双线五级船闸，垂直升船机等。有14台巨型发电机组布置在左岸厂房，另12台发电机组布置在右岸厂房，总装机容量18.2GW，在电力系统中承担调频、调峰、调压任务。
　　已建成的葛洲坝水利枢纽在宜昌境内，位于三峡下游，为河床式迳流电站，装21台转浆式水轮发电机组，总装机容量2.715GW，包括2个发电厂房、500kV直流换流站、220kV开关站以及3个船闸、1个泄水闸、2个冲沙闸等。
　　三峡水利枢纽的特点可归纳如下：
　　a.与葛洲坝构成梯级水电厂结构，区间迳流很小，葛洲坝成为一个较典型的反调节电站。
　　b.三峡与葛洲坝都具有多厂房、多开关站、多回不同电压等级高压输电线的特点，并且都有高压直流换流站。
　　c.具有发电、防洪、航运、灌溉等综合利用的特点，在国民经济中具有重要作用。
　　d.在华中、华东、川东(重庆)电网中承担调峰、调频、负荷紧急备用以及东西方时差补偿的功能。
　　e.在将来国家电网中有可能承担长江、黄河、红水河间的跨流域调度要求。
　　f.设备安装投运的周期很长。
　　从三峡跨大区网供电的要求来看，三峡—葛洲坝梯级输电系统在全国电网互联格局中处于中心地位，其梯级调度对全国电网的稳定运行也具有举足轻重的作用。由于三峡电厂单台机组的容量巨大，梯调对其常用的调度方式可能是直调到机组。这些特点使三峡梯调将有别于一般的中小型梯调中心和省(区)调度局的功能。2　自动化功能要求　　由于在国民经济和电力系统中的重要地位，三峡梯级调度及电厂监控自动化系统将承担非常繁重的任务，主要包括如下几个方面：
　　a.三峡上游长江流域的水文及气象预报；
　　b.洪水预报、防洪策划及泄洪闸门控制；
　　c.水库的长、中、短期的最优调度计算；
　　d.三峡梯级各电厂的监视、控制及经济负荷分配；
　　e.双线五级船闸及垂直升船机的集中控制；
　　f.枢纽的航运调度及多个船闸的联合控制；
　　g.泄水闸和冲沙闸的集中控制；
　　h.大坝位移、沉陷、渗漏等的安全监测；
　　i.各种通信网络及其监测及管理；
　　j.厂房、变电站等消防及库区环境监测；
　　k.运行操作等实时数据和历史数据的统计及信息管理［2］。
　　从三峡的地位和电力系统发展的趋势看，在考虑三峡梯调及电厂监控自动化系统的功能时，应考虑按照电力市场规律制订发电计划的问题，自动化系统要具有在线自诊断、远程诊断，并能以快速方式进行维修的能力。监控系统在研制中应充分考虑电磁兼容、实时响应速度，用于预测检修的设备状态及性能评估等。监控系统设计的基点应建立在取消常规控制系统基础上。3　设计原则3.1　小型多计算机/多工作站
　　纵观世界水电厂计算机监控系统研制厂家的产品，大体上可以分为2种类型：一种是采用较大规模的计算机系统，其单机的计算和处理能力强，但投入运行的数量少；另一种是以工作站、服务器或工业PC机构成的网络系统，常采用分布式结构。应该说后者是当今水电厂计算机监控系统发展的主流。它有利于监控系统的配置，容易构成先进的分布式系统，符合水电厂监控的实际需求，可节省大量信号及控制用电缆，系统升级换代和设备维修等都很方便。建议三峡电厂计算机监控系统选型时予以采用。
3.2　冗余结构
　　冗余结构一般有3种，即异构型冗余、同构型冗余以及交叉型冗余等。异构型冗余结构是指由2台性能、型号、功能、原理等不尽相同的设备构成的冗余系统，一台处于经常运行（工作）状态，而另一台常处于备用状态，且不要求其逆状态。同构型冗余结构是指由2台性能、型号、原理、功能均完全相同的设备所构成的冗余系统，在该系统中两设备能以任意组合的方式构成主备关系，这种主备关系完全是可逆的，这是一种完全的冗余结构，可以实现最理想的冗余效果。所谓交叉型冗余结构是指2个相邻的控制子系统或现地控制单元(LCU)之间实现冗余，此时构成冗余系统的两设备的性能、原理、功能等均完全相同，但比之非冗余结构的相应设备而言，某些部分，如测点数据库的容量要加倍，其优点是省却了全冗余结构的双倍投资。
　　在水电厂计算机监控系统中，是否将系统按冗余结构配置，主要取决于电厂在电力系统中的地位和作用，这主要表现在：①电厂总容量及其机组单机容量占电力系统总容量的比重；②电厂在电力系统中的作用是承担基荷、腰荷，或者是用于调峰、调频及紧急备用；③电力系统供电紧张程度及备用容量的大小；④计算机监控系统本身的可靠性。对于三峡梯级调度及电厂监控自动化系统，由于其单机容量巨大，在电力系统中的地位极为重要，宜采用同构型冗余结构。
3.3　分层与分布
　　分层控制理论是80年代发展起来的控制系统理论的一个分支。它从控制论的角度来研究多个相互影响的系统的控制方法，把“中央控制中心”对“各子系统控制分中心”的监视，及确定“各子系统控制分中心”的控制方向问题，提高到理论高度，这种理论可用于电力系统问题的分析和调度控制中。对于大型水电厂，其发电、输电生产是一个综合复杂的过程，从控制论的角度，按其命令的产生、命令执行结果信息的反馈流向、被采集的信息的上送关系、各级的操作权限等来看，是一个典型的正置三角形的中央—地方式的、带有一定程度中央集权性质的系统。因此将水电厂的监控系统构成一个分层控制结构是合理的。
　　分布式系统的基本思想是：用性能价格比极高，但绝对性能还嫌不足的微、小型处理机来完成大型计算机系统所具有的功能。为此要求把硬件和相应的软件在大量重复的大规模集成电路芯片之间分布开来，构成统一的计算机系统。美国电工电子学会下属计算机学会于1979年设立的“分布计算机技术委员会”对分布系统的定义为“分布计算系统是这样一种系统，其中包含多个相连的物理资源，它们能够在全系统范围的统一控制下，对单一问题进行合作，而最少依赖集中的处理、集中的数据或集中的硬件”。
　　从以上分析可知，“分层”与“分布”实际上是一个事物的两方面。从计算机系统结构来分析，强调了“分布”的概念；从控制理论的角度，强调“分层”的概念。水电厂计算机监[1][2][3]下一页