何 婷，邓子夜，张海龙，朱学勤
（北京中水科水电科技开发有限公司， 北京 100038）
在火力发电、常规水电站开发逐渐饱和的形势下，我国正处于能源绿色低碳转型发展的关键时期，风电、光伏发电等新能源大规模高比例发展，对调节电源的需求更加迫切，而抽水蓄能电站在电力系统中承担着调峰填谷、调频、调相、黑启动、储能、紧急事故备用等功能[1]，是构建以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。根据《抽水蓄能中长期规划（十四五）》，预计到2035 年底，我国抽水蓄能电站投产总规模达到 3 亿kW[2]，抽水蓄能电站迎来了高速高质量发展的关键时期。
抽水蓄能机组工况复杂，因业务的要求启停比较频繁，相对于常规水电站来说控制要求更高[3]。建立抽水蓄能电站的远方集中监视和控制中心，可极大地提高区域抽水蓄能运行水平和管理水平，达到管控一体化，实现管辖厂站日常的启停机、负荷分配调整、网络及通信维护等功能，并最终达到区域控制中心的目标，实现各区域的联合优化调度。
抽水蓄能集控中心与管辖电站之间通信的稳定性、时效性及适用性是保障集控中心高效运维的关键点，标准的IEC104通信规约已无法满足抽水蓄能集控中心和厂站之间功能和性能的需求，例如厂站侧大量的数据点在与集控侧核对数据和关键属性的方面需要更便捷的手段，厂站侧重要数据因网络中断导致无法上送集控中心造成信息缺失，调度计划曲线下发的特殊要求等，因此本文针对抽水蓄能电站管理的特殊性探讨对通信规约扩展的研究和应用。
IEC104规 约 的 全 称 是IEC60870-5-104。IEC60870-5协议集是国际电工委员会（IEC）第57技术委员会电力系统控制及其通信委员会为适应电力系统（包括EMS、SCADA和配电自动化系统）及其他公用事业的需要而制定的一系列传输规约[4]。IEC104规约传输数据主要是遥信、遥测、遥调和遥控信息，称为“四遥”，其中遥信、遥测为上行数据，遥调和遥控是下行数据。IEC104规约中的应用规约数据单元（APDU）包含应用规约控制信息（APCI）和应用服务数据单元（ASDU），其中ASDU的不同类型标识表达不同的传输数据类型。
1.1 计划曲线下发扩展
由于水电站调节性能好、速度快，需要承担日常调峰填谷的功能，所以需要经常调节发电量，通常电网负荷首先通过调度中心或集控中心自动发电控制（AGC）系统来计算好再下发到各电站。调节负荷有两种方式：①瞬间负荷给定方式，可采用IEC104的遥调方式来下达调节命令到电站；
②日负荷给定曲线方式，即调度中心或集控中心在前一日下达次日的全天负荷计划曲线给电站，电站从零时起按照此计划曲线执行当天的发电计划。
给定计划曲线的方式并未在IEC104的标准协议中定义，因此需要对ASDU的类型标识进行扩充，南方电网对曲线ASDU定义为137号报文（带CP56Time2a时标计划曲线传送命令）[5]。计划曲线主要按照AGC的要求，将1 d 24 h分为离散的288个点，每5 min一个点，每天的0点为第0个点，23：55为第287个点。IEC104下令时将点的个数、288个离散点的值都下发到厂站的子站端，子站接收到计划曲线令后将曲线值存于相应区域，并可将接收到的曲线值返送回集控中心主站，用于校验。
常规水电站接收到的负荷曲线值都为正数，而抽水蓄能电站不仅要承担发电的功能还需要承担泵站的功能，因此对抽水蓄能水电站的负荷计划曲线传送需要具备下发负值的功能，以适用于控制抽水蓄能机组不同的运行工况。
1.2 单边点表的扩展
集控中心一般需要控制多个水电站，电站侧数据库和上行数据点表的修改往往需要人工通知集控中心做相应的修改，才能保持一致，较为耗时且容易出错。单边点表的功能扩充可以将厂站侧的按一定格式（如表1）要求配置好的包含点描述及各属性的通信点表以json的格式上传到集控中心，集控中心的数据库、点表完全基于单边点表来进行构建，保证了数据的一致性，并可实现IEC104自动对点功能。
表1 从站侧响应的遥测点信息体包含内容示例
单边点表的功能由主站发起、从站相应的交互方式实现。主站与子站建立链接后，首先进行单边点表的召唤与处理，校核无误后才开始IEC104标准规约中启动帧的发送，启动数据传输工程。
当从站收到单边点表的召唤命令后，逐帧发送对应的点表信息，发送完所有点信息帧后发送点表结束帧。单边点表的传输也需要对ASDU类型标识进行扩充，主站侧召唤遥信/遥测/电度点表及从站确认、完成召唤遥信点表类型标识分别为185、186、189，从站侧响应遥信点表/遥测点表/电度量点表的类型标识分别为195、196、199。主站收到单边点表后将点表信息保存于csv文件中，并进行校核，之后把校核结果写入单边点表的校核报告中，以便于事后分析。主站发送单边点表召唤命令后接收从站响应帧超时情况下产生错误日志，并关闭连接，超时时间设定为5 s。
集控中心第一次与厂站建链后获取单边点表，若中断后第二次重新建链时再次接收单边点表，当发现此次点表与上次有区别时将通过告警的形式提醒运维人员，并产生差异报告，以便维护人员手动核对修改集控侧数据库。
采用单边点表功能后，一个普通抽蓄电站上送单边点表需要耗费10 s左右即可传输遥信/遥测/电度点表及其关键属性，完成自动对点，在新电站接入和维护方面极大地节省了人力物力。单边点表的功能不仅可以应用于同构监控系统，也可以应用于异构监控系统，在厂站和集控侧均支持同一规则的单边点表模式下，该应用可扩展到任意厂站与集控的IEC104通信中，具有非常强的通用性。
IEC104规约为实时传输规约，对数据的实时性有较好的保障。但当网络中断导致通信链路中断时，实时数据将无法再通过通信链路传输，厂站侧有些重要的上行数据不能因为通信链路的中断而丢失，这就需要在通道重新打通后，对通信中断期间发生的截面数据进行断点续传，便于集控运行人员在发生事故时能够掌握全面数据，进行事故分析。
IEC 104规约定义了文件的传输，但因通信中断，厂站侧保存下来的数据文件可能非常大，在实时数据传输的过程中如果再进行这些历史数据文件的传输可能影响实时数据的传输效率，因此通信中断时产生的历史数据文件不宜通过IEC104来补传。可在厂站侧监测通信链路的状态，当IEC104链路全部中断后，将此期间的实时数据依据IEC104点表的特征保存到文件中，当通道恢复时，采用SFTP的方式将这些历史数据文件在备用通道的链路上传送到集控中心，集控中心接收到后同样依据IEC104点表特征解析这些数据并存入集控的历史库中，达到断点续传的效果，同时保障了实时数据传输的时效性。
文中介绍了抽水蓄能水电厂与集控中心通信规约的扩展研究及应用，包括基于标准IEC104规约扩展的计划曲线下发命令及单边点表的传输功能，采用SFTP传输的历史数据文件的断点续传功能。这些扩展研究在南方电网调峰调频有限公司建立的抽水蓄能集控中心已投入使用，有力地保障了集控中心与厂站之间通信的便捷性、一致性、稳定性，提升了集控中心系统的安全、高效运行的能力，为我国抽水蓄能事业的发展在细节优化上更进一步。相信抽水蓄能电站在高速高效发展的新时代，其计算机监控系统的自动化、智能化水平将会迅速提升，也将更加成熟和完善。
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