供电集控站技术在本钢能源管控系统的应用
本钢板材股份有限公司能源部、上海申瑞继保电气有限公司的研究人员石岩、张卫红，在2015年第6期《电气技术》杂志上撰文，本钢能源管控系统建设需要集成大量变配电站的供配电信息。传统的能源管理系统通过电量变送器模式进行数据采集，不但工作量大，而且投资高。
本文介绍了基于供电集控站技术的能源管控系统供配电信息集成方案。本方案具有施工便捷，功能先进，投资经济等特点。本文提出的信息集成方案已经在本钢能源管控系统中得到成功应用。
能源管控系统是一种可以实现能源分散采集、集中监视、统一管理、平衡调度的实时在线计算机网络信息管理系统。
其主要构成思想是借助于完善的数据采集网络获取生产过程的重要参数和相关能源数据，经过处理、分析并结合对生产工艺过程评估，实时提供在线能源系统平衡信息和调整决策方案，确保能源系统平衡调整的科学性、及时性和合理性，从而提高能源利用水平，实现生产工序用能的优化分配及供应，保证生产及动力工艺系统的稳定性和经济性，并最终实现提高整体能源利用效率的目的[1][2]。
电力作为钢铁生产过程中的重要能源介质，在整个能源管控系统中具有非常重要的作用。本钢能源管控系统电力监控子系统要求对于本钢管辖范围内的重要变电所、高配进行监控，实现能源管理的功能要求。
常规的能源管理系统基于变送器模式实现用能数据采集，施工不便，工作量大，造价高。而冶金行业现有变电所绝大部分都具备综自系统，已经实现了变电所所内自动化监控[3][4][5]。因此，完全可以利用已有的变电站综合自动化系统实现能源管控系统信息集成。
1 本钢供电系统自动化现状
本钢现有变电所30座，其中220kv变电所一座，66kv变电所22座，10kv变电所7座。
在上述变电站中已安装综自系统的24座。采集信号3万余个，占整个能源中心系统信号点数的80%。
由于本钢全公司范围内有数量众多的变电所，若每个站都独立接入到能源管理系统来，则会大大增加能源管理系统的接口数量，不具备技术可操作性，同时也对系统的稳定性存在一定的不利因素。
因此，必须采取“分而治之”的设计方法，通过集控站建设进行合理分层，在全公司范围内将各变电所和开关站按区域进行划分，在地理位置上临近的若干个变电站先把变电站采集信息集中到集控站，然后由集控站汇集数据并发往能源管理系统控制中心。
2 集控站整体设计方案
考虑到系统网络及地理位置状况，本钢能源管控系统初步选定南芬、一开关站、新1#高炉变电所、二冷轧变电所、给水变、滨河变、歪头山作为信号汇聚站，将其周围附近的变电所和开关站站接入并上传。
考虑到投资等因素，在能源中心一期只对南芬地区进行集控站改造，将南芬一号变改造成集控站，把附近的六个站所的信号汇集至南芬一号变，在南芬一号变对其它站所进行监视控制，其它站所可实现无人值守。南芬一号变与能源中心调度通信，能源中心只进行信号监视，不对南芬地区的变电所进行控制操作。
本钢厂区的其它集控站只做信号汇集，不做集控站改造，待二期工程再进行改造。
图1 南芬一号变集控站系统结构图
图2 本钢能源中心电力调度组网示意图
3集控站软硬件方案
3.1 集控站硬件方案设计
由图3所示，集控站硬件由通信网关设备、网络交换机设备以及后台计算机等设备组成。
图3 集控站硬件组网结构图
其中通信网关设备是系统前置机，负责和各变电站综合自动化系统进行通信，实现信息采集功能。
为了保障可用性，在各变电站当地都部署了具有数据存储功能的接口网关，实现与各综合自动化系统通信接口和数据存储。
集控站通信网关机和变电站接口网关机之间通过工业光纤以太网进行通信。
集控站部署两台监控主机，互为备用。监控主机和通信网关机通过以太网通信。通信网关机同时也向能源管理中心转发数据信息。
3.2 集控站软件系统结构
图4 集控站软件系统结构图
由图4所示，集控站软件系统设计为多层客户/服务器体系结构。系统服务器端基于Windows Server2008操作系统和SQL Server关系型数据库设计。服务器环境由数据库访问中间件、前置框架、系统服务等程序组成。
客户端环境由软总线、跨平台图形库等通用程序库组成。服务器和客户端环境构成了系统的平台层。在此基础上是SCADA、能源管理、调度管理等应用程序，构成了系统的应用层。
3.3 集控站软件功能设计
集控站后台计算机软件系统具有以下功能模块：
数据采集模块，系统实时采集遥测、遥信、电量及保护信号等信息。
数据处理模块，数据处理包括标识转换、工程量转换、越限检查、公式计算量、最大最小平均值统计等。
控制操作模块，包括远程控制、防误闭锁、批量控制、负荷控制、顺序控制等。
告警模块，包括越限告警、变位告警、事故告警、工况告警、系统告警等。
组态及监视，包括工程画面编辑组态、实时监视等。
报表模块，包括报表制作、报表自动生成、报表自动打印等。
历史数据管理，包括历史数据统计查询、历史数据导人导出等。
事件查询，包括历史事件查询、数据导出等。
能源管理，包括能量分类分项统计，成本核算，能量定额考核管理，能源预测等功能。
4 集控站关键技术
4.1 通信规约选择
由于各变电站采取了不同厂家的变电站综合自动化产品，因此必须统一接口规约才能便于工程实施。
本项目统一采用IEC60870-5-101和IEC60870-5-104规约作为各变电站综合自动化系统接口规约。其中101用于具有串口接口的变电站综合自动化系统，而104用于具有网络接口的变电站综合自动化系统。
从变电站接口网关机到集控中心接口网关机之间统一采用IEC60870-5-104规约。
此外，为了便于信息集成，对各变电站需要上送的数据的范围和命名都做了统一规定。
4.2 通信网关设备
通信网关设备是集控站系统中负责对各变电站进行信息集成的重要设备。
本项目中选择嵌入式工控机作为通信网关的硬件平台，安装SCADA数据采集软件。该设备中无旋转设备，可在恶劣工况下长期稳定可靠运行。
该设备最多可配置18个串口，10个网口，可同时连接多个变电站综合自动化系统。
4.3 数据缓存和恢复机制
在特殊工况下，由于网络通信等原因可能引起变电站与集控中心、集控中心与能源管控中心之间的数据中断。为了保证系统可用性，对于通信中断后的数据恢复进行了功能设计。
变电站和集控中心的通信网关都要求具备数据缓存功能。数据中断后上级采集系统可对通信网关发送自动、手动命令进行数据恢复。
5 应用效果
本钢能管系统于2011年建设完成，由上海宝信软件股份有限公司负责总体实施。通过对能源系统进行集中监控，大幅度提高了企业能源系统的劳动生产率。
项目涉及到本钢多种能源介质的数据采集和信息集成。其中电气量采集数据点多，采集点分布广，工作量大。
在项目一期实施过程中，通过建立南芬集控系统，将所属区域的多个变电站信息在集控系统集成后，通过集控站通信网关接口与能源管理中心实现数据接口。通过这种分层设计模式清晰地实现了电气子系统与能管系统的数据接口。
基于数据缓存设计的通信网关在系统运行过程体现了较高的可靠性。在通信中断故障恢复后，通过通信网关缓存数据自动同步恢复功能极大的保障了能源管理系统的数据连续性。
迄今为止，通过集控站进行电气信息集成已经在本钢能源管理系统中得到普遍应用。
6 结论
本文介绍了集控站技术在能源管控系统建设中的应用。随着节能减排工作的推进，能源管控系统在越来越多的冶金企业得到应用。而电力运行数据的信息集成是能管系统中比不可少的组成部分。利用企业已有的变电站综合自动化系统，可以通过集控站建设快速实现能管系统信息集成，投资少，见效快。可以预见，集控站技术将在能源管控系统建设中得到更广泛的应用。