前面已經(jīng)強(qiáng)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)通訊及其可靠性是智能化水電站建設(shè)的重要要求，我們?cè)谙到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊上進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，參見圖1，首先兩套控制器之間采用以太網(wǎng)POWERLINK通訊方式，雙機(jī)同步通訊，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，一套系統(tǒng)故障（如斷電、程序出錯(cuò)、模塊故障）自動(dòng)切換到另一套，無需人工干預(yù)。兩套控制器和公用IO模塊之間也采用以太網(wǎng)POWERLINK通訊，誰為主機(jī)誰自動(dòng)控制IO設(shè)備。兩套控制器和監(jiān)控上位機(jī)的通訊采用IEC61850協(xié)議接入MMS網(wǎng)，其方式為：采用貝加萊PC810工控機(jī)作為通訊網(wǎng)關(guān)設(shè)備，安裝IEC61850轉(zhuǎn)換協(xié)議實(shí)現(xiàn)與MMS網(wǎng)的通訊，以太網(wǎng)A和B通過通訊網(wǎng)關(guān)，分別連接到控制器1和2，這樣任何1路網(wǎng)關(guān)故障或網(wǎng)絡(luò)連接節(jié)點(diǎn)斷開，均不影響控制器與MMS網(wǎng)的通訊，從而實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)交叉冗余模式。另外，我們還設(shè)計(jì)了調(diào)速器和監(jiān)控及HOMIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的備用通道，在IO模塊上擴(kuò)展了兩個(gè)串行接口，可以實(shí)現(xiàn)與上述設(shè)備的實(shí)時(shí)通訊。這樣即使網(wǎng)絡(luò)完全中斷，我們也可以采用備用通道與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)，可見系統(tǒng)通訊的可靠性非常高。

此外，控制器和人機(jī)界面的通訊通過交換機(jī)采用以太網(wǎng)連接，采用貝加萊內(nèi)部IMA協(xié)議，實(shí)時(shí)性和可靠性很高，除了普通的用戶參數(shù)設(shè)置、信息顯示功能外，還可以滿足用戶數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)、錄波、事件登陸等高級(jí)功能。

通訊內(nèi)容方面，目前監(jiān)控系統(tǒng)可以下發(fā)功率設(shè)定值、水頭、時(shí)鐘等信息，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的功率閉環(huán)控制、時(shí)鐘校準(zhǔn)等，調(diào)速器通過61850規(guī)約可以上送轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉槳葉開度、機(jī)組有功、故障量、狀態(tài)量等信息，在MMS網(wǎng)上可以實(shí)現(xiàn)共享，掛在網(wǎng)上的設(shè)備均可以實(shí)時(shí)獲取。

2、IEC 61850網(wǎng)絡(luò)通訊

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際IEC委員會(huì)制定，它是在互操作性要求的基礎(chǔ)上，主要考慮變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的通信而建立的標(biāo)準(zhǔn)體系。當(dāng)前, 國(guó)內(nèi)外電力設(shè)備生產(chǎn)商都在圍繞IEC 61850 開展研究和應(yīng)用工作，并提出IEC 61850的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)“即插即用”，在工業(yè)控制通信上最終實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)” [4]。

本項(xiàng)目采用貝加萊公司提供的PC810工控機(jī)和南瑞集團(tuán)公司自主研發(fā)的IEC 61850通信軟件系統(tǒng)，在葛洲壩新一代調(diào)速器上進(jìn)行了應(yīng)用。它采用分層分布式體系、面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，使得數(shù)據(jù)對(duì)象的自描述成為可能。按照61850規(guī)約，我們建立了調(diào)速器功率控制、水位控制、開度控制邏輯節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了功率給定、水頭設(shè)定等數(shù)據(jù)模型，開發(fā)了調(diào)速器上送的轉(zhuǎn)速、功率、導(dǎo)葉槳葉開度、故障量、狀態(tài)量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)上述數(shù)組進(jìn)行了描述，為調(diào)速器與電站監(jiān)控系統(tǒng)的互操作和系統(tǒng)無縫集成提供了有效通道，實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)通信協(xié)議向“IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)”的轉(zhuǎn)化升級(jí)，為未來全面實(shí)現(xiàn)智能化水電站系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

3、網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)

 調(diào)速器的對(duì)時(shí)非常關(guān)鍵，內(nèi)部及外部產(chǎn)生的重要信號(hào)變化都需要記錄較精確的時(shí)鐘信息，特別是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只有在統(tǒng)一精確的時(shí)鐘系統(tǒng)的控制下才能準(zhǔn)確地記錄下事件動(dòng)作的先后時(shí)間，從而為分析事故原因，事故類型，事故發(fā)生發(fā)展過程提供可靠依據(jù)。

現(xiàn)行的GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)支持硬對(duì)時(shí)（脈沖節(jié)點(diǎn)PPS、PPM、PPH）、軟對(duì)時(shí)（串口報(bào)文）、編碼對(duì)時(shí)（IRIG-B、DCF77）和網(wǎng)絡(luò)NTP對(duì)時(shí)，可滿足國(guó)內(nèi)外不同設(shè)備的對(duì)時(shí)接口要求。網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)是以通訊報(bào)文的方式實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)時(shí)間是包括年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒在內(nèi)的完整時(shí)間。由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)實(shí)現(xiàn)起來比較方便，因此被廣泛采用[5]。在本工程中調(diào)速器擬采用網(wǎng)絡(luò)軟對(duì)時(shí)的方式進(jìn)行GPS對(duì)時(shí)。

GPS時(shí)鐘源從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)信息，將這些信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，電站設(shè)置1臺(tái)對(duì)時(shí)服務(wù)器，安裝對(duì)時(shí)軟件，調(diào)速器X20控制器和服務(wù)器進(jìn)行物理以太網(wǎng)連接，將服務(wù)器時(shí)鐘源作為SNTP服務(wù)器，調(diào)速器X20控制器作為SNTP客戶端，作為SNTP服務(wù)器的GPS時(shí)鐘源將時(shí)間信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，作為SNTP客戶端的調(diào)速器控制器將接收時(shí)間信號(hào)，這樣就可以使調(diào)速器與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源同步。作為SNTP客戶端的調(diào)速器通信協(xié)議可以通過在軟件中調(diào)用相應(yīng)的功能模塊實(shí)現(xiàn)。

另外我們還考慮了對(duì)時(shí)備用通道，即通過監(jiān)控上位機(jī)MMS網(wǎng)，可以下發(fā)時(shí)鐘信息給調(diào)速器，包含年月日、時(shí)分秒，秒以下時(shí)間則可以通過調(diào)速器內(nèi)部時(shí)鐘獲得（最小5毫秒）。

4、結(jié)語

智能化、數(shù)字化是將來水電站自動(dòng)化發(fā)展的方向，調(diào)速器作為其中重要的組成部分，必須充分滿足和適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的需要，本文從葛洲壩智能調(diào)速器的設(shè)計(jì)出發(fā)，提出了調(diào)速器在網(wǎng)絡(luò)通訊、硬件結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)等方面的設(shè)計(jì)思路，新一代調(diào)速器將全面支持IEC 61850通訊協(xié)議體系，解決了調(diào)速器和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)接和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)問題，滿足智能化水電站的建設(shè)要求，為今后智能水電站調(diào)速器的設(shè)計(jì)提供較高的參考價(jià)值。

目前，葛洲壩電廠三套智能調(diào)速器已經(jīng)完成了生產(chǎn)和制造，2014年2月底完成了用戶的出廠驗(yàn)收，并已發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)，即將開始安裝調(diào)試，我們期待新一代調(diào)速器能順利投運(yùn)，為電站實(shí)現(xiàn)智能化打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李朝暉等，水電機(jī)組數(shù)字化及其應(yīng)用研究[C]，中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專委會(huì)2007年年會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，p134-137

[2] 蔡衛(wèi)江等，數(shù)字化水電站中智能水輪機(jī)調(diào)速器的設(shè)計(jì)思路[J]，電氣技術(shù)，2010年8月，P43-45。

[3] 張亞楠等，數(shù)字化變電站與水電站自動(dòng)化系統(tǒng)[C]，2009中國(guó)水電控制設(shè)備論文集，P380-390。

[4] 陳安偉編，IEC61850在變電站中的工程應(yīng)用[M]，中國(guó)電力出版社，2012年6月，P15-16。

[5] 胡巨等，SNTP對(duì)時(shí)方式在數(shù)字化變電站中應(yīng)用[C]，電力自動(dòng)化設(shè)備，2009年第3期，P24-26。

作者簡(jiǎn)介

蔡衛(wèi)江（1970生），碩士，高級(jí)工程師，1992年參加工作，在國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院工作至今，主要從事水電站水輪機(jī)調(diào)速、自動(dòng)化控制裝置等的研究和設(shè)計(jì)工作。