一种基于IEC61850规约的水电厂计算机监控系统的制作方法

一种基于iec61850规约的水电厂计算机监控系统
技术领域
1.本发明涉及水电厂计算机监控系统，尤其涉及一种基于iec61850规约的水电厂计算机监控系统。


背景技术：

2.水电厂计算机监控系统是基于计算机技术和网络技术而建立的生产管理系统，主要包含上位机和现地层设备。计算机监控系统承担着水轮机组、变压器、开关站等一二次设备的控制、调节和监视任务，在水电厂的生产、运行和管理中承担着举足轻重的任务，是实现水电厂智能化的重要手段。
3.传统水电厂计算机监控系统存在如下缺陷：
4.(1)现地层设备与上位机系统通信以私有协议为主，通用性较差，通信效率低，维护难度大；
5.(2)一二次设备没有建模，设备信息只能通过di(状态量开入)、ai(模拟量开入)、do(状态量开出)、ao(模拟量开出)方式与上位机交互。计算机监控系统只能单纯接入、展示信息，在信息整合、信息共享、智能分析方面存在较大困难，不利于水电厂朝着无人值班的方向发展；
6.(3)调度通信服务器采集数据来自监控scada系统((supervisory control and data acquisition系统，即数据采集与监视控制系统)，而不是直采直送，如果scada系统发生故障，则无法给远方调度或集控主站正常上送数据；
7.(4)agc/avc作为一个功能模块集成在scada服务器中，在运行时占用scada服务器计算资源，服务器负载较重时正常功能会收到影响。


技术实现要素：

8.发明目的：本发明的目的是提供一种能实现整个水电厂所有设备联网集中监控、统一管理、有机配合、信息共享的基于iec61850规约的水电厂计算机监控系统。
9.技术方案：本发明的水电厂计算机监控系统，包括安全防护系统、由上而下的站控层、通信层、现地层，所述站控层设有scada服务器、历史服务器、数据备份服务器、通信服务器、工程师站和操作员站、agc/avc控制器和时钟同步装置；所述站控层通过通信层与现地层连接，所述安全防护系统与站控层连接；
10.所述scada服务器用于实现上位机与现地层之间的通信和数据处理；所述历史服务器负责电厂历史数据存储；所述通信服务器用于实现水电厂与上级调度系统、集控系统之间的通信；所述agc控制器和avc控制器负责全厂功率电压控制；
11.所述通信层包括交换机和防火墙，所述交换机采用双环网结构；
12.所述现地层由现地设备组成，包括机组本体lcu、水机辅控lcu、机组测温lcu、厂用电lcu、开关站lcu、共用lcu和坝区lcu；所述现地层设备，通过时钟同步扩展装置与主时钟相连接；
13.还设有一套对象运算plc，用于水电厂高级逻辑计算；所述对象运算plc直接引用现地层的各个机组lcu数据；
14.当远方调度将控制调节指令下发给通信服务器后，由通信服务器将调节指令转发给agc控制器、avc控制器，agc控制器和avc控制器完成计算和功率分配之后，直接通过iec61850规约将指令下发给各个机组lcu。
15.进一步，所述agc控制器和avc控制器均采用plc控制器来实现全厂功率电压调节功能，且均采用双套plc控制器。
16.进一步，所述plc控制器能通过iec61850规约接收调度指令、控制曲线，并将计算结果通过iec61850规约下发给各个机组lcu。
17.进一步，所述scada服务器与远方调度、集控主站的通信服务器之间是独立的，所述通信服务器对下通过iec61850直接采集现地层的各个机组lcu数据、对上通过iec104直接上送调度主站。
18.进一步，所述双网结构中采用g.8032环网协议，对下连接各个机组lcu则采用星形网络。
19.进一步，所述对象运算plc的计算结果通过iec61850规约上送给上位机进行展示和存储。
20.本发明与现有技术相比，其显著效果如下：
21.1、采用基于iec61 850规约的通信方法，根据iec61850建立水电厂一二次设备对象模型，并以此设备模型与监控系统上位机进行通信，上位机无需制作维护通信点表，能直接导入模型与lcu通信，即使上位机与lcu是不同厂家，iec61850的通用性也使得它们之间的通信能够畅通无阻；
22.2、调度通信服务器对下与lcu设备通过iec61850通信，无需从scada服务器获取数据，对上与远方调度、集控主站直连，能高效率的实现“直采直送”，提高了可靠性，为水电厂无人值班提供了保障；
23.3、agc/avc使用plc控制器来实现，plc控制器作为一种嵌入式装置与有旋转部件的服务器相比，提高了可靠性，agc/avc控制调节的安全得到了进一步保障；
24.4、设置有对象脚本运算plc，使得高级逻辑运算独立于上位机scada服务器，确保了可靠性和时效性。
附图说明
25.图1为本发明的整体架构图；
26.图2为本发明基于iec61850的上位机与现地层设备通信图；
27.图3为通本发明的通信服务器数据采集和数据上送示意图；
28.图4为本发明agc/avc控制器数据采集和处理示意图。
具体实施方式
29.下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
30.如图1所示，本发明的水电厂计算机监控系统，采用iec61850规约实现上位机与现地层设备通信，包括站控层、通信层、现地层三层结构，站控层设置若干scada服务器、历史
服务器、通信服务器、工程师站和操作员站、agc/avc控制器、时钟同步装置，其中，通信服务器用于实现水电厂与上级调度系统、集控系统之间的通信，scada服务器用于实现上位机与现地层之间的通信和数据处理，历史服务器负责电厂历史数据存储，agc/avc控制器负责全厂功率电压控制；通信层由交换机和防火墙设备组成，并且交换机采用双网结构；现地层由现地设备组成，主要包括机组本体lcu(lcu：local control unit计算机监控现地控制单元)、水机辅控lcu、机组测温lcu、厂用电lcu、开关站lcu、共用lcu、坝区lcu等组成。
31.如图2所示，传统方案中，上位机首先制作通信点表，用于与现地层设备通信，信号采集之后如果有需要则在上位机中手动建模，存在着通信点表容易出错、手动建模容易出错、出错又无法校验的问题。本发明中，上位机与现地层设备通信时，首先根据iec61850规范建立现地层设备的对象模型，上位机无需再制作通信点表即可生成对应的模型数据库，与传统方案建模相比，在通信之前即首先建好模型，通信时采用模型通信，可以很好的起到校验模型的作用，能够及早发现建模错误。
32.如图1所示，本发明通信层的核心网络采用双环网结构，这种结构可以确保任何两个交换机之间的连接断开时网络的通信不受影响。下位机lcu的交换机直接挂载在环网交换机上，从而形成星形结构。为了稳定可靠，交换机采用g.8032通用环网协议。
33.如图1所示，上位机服务器通过网络实现ntp对时，其它嵌入式设备包括现地层设备，通过时钟同步扩展装置与主时钟相连接来实现硬接线对时，确保对时稳定可靠。
34.如图3所示，各个通信服务器之间完全互相独立，其对下通过iec61850规约与现地层各个lcu直接通信来实现信息直采，对上通过iec104规约与远方调度或集控实现数据直送。数据采集不依赖于scada服务器，同时，各通信服务器也可以通过内部总线与scada服务器实现其它信息交互。
35.如图4所示，agc控制器和avc控制器均采用plc控制器来实现功率电压的控制功能，远方调度系统将控制调节指令下发给通信服务器后，由通信服务器将调节指令转发给plc控制器，plc控制器完成计算和功率分配之后，直接通过iec61850规约将指令下发给各个机组lcu。并且为了稳定可靠，agc控制器和avc控制器均是双套冗余配置。agc、avc采用的plc控制器有如下特点：一是具备通过iec61850规约接收调度指令、控制曲线的功能，二是具备将计算结果通过iec61850规约下发给机组lcu的功能。
36.如图1所示，本发明还设置一套对象运算plc，用于水电厂高级逻辑计算，其所需数据直接引用其它lcu数据，计算结果通过iec61850上送给上位机进行展示和存储。对象运算plc具有以下特点：一是可以直接引用其它现地层lcu控制器的数据，二是具备将计算结果通过61850上送给上位机系统的功能。
37.如图1所示，监控系统配备有一套完整的安全防护系统，包括日志审计、堡垒机、防病毒服务器、入侵检测装置、入侵防御装置、工控安全审计服务器、数据库审计服务器、高级可持续威胁防护系统、安全管理平台，安全管理平台通过单独的网络接入所有安全设备，统一实现对安全设备的管理。其中，防病毒服务器、入侵检测装置、入侵防御装置、工控安全审计服务器、数据库审计服务器、高级可持续威胁防护系统需要采集核心网络的镜像报文，日志审计、堡垒机需要与核心网络直连，获取监控系统设备的系统信息。
38.以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围
之内。