水电站监控系统的结构组成及作用

      水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之势能转换成水轮机之动能，再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能的一种发电方式。水力发电是再生能源，对环境冲击较小，在我国得到了大量应用和迅速发展，现在已是我国第二大发电方式，目前仍在快速增长中。

      同火电厂一样，水电站也采用了先进的自动化控制系统来提高生产效率，由于发电方式不同，水电站自动化系统也与火电厂有着明显差异，目前常见水电站监控系统具有典型的三层结构：主控层、通信层、现地层。

典型水电站监控系统层次结构

主控层

      主控层又称上位机管理层或站控层，采用以太网等通信结构，电站主控层一般由多个工作站、数据服务器、通信工作站、网络设备、语音报警设备、模拟返回屏、卫星同步时钟（GPS）以及防雷保护设备等组成。

      主控层的工作站按其功能和作用不同，可分为操作工作站、通讯工作站和培训工作站等。

主控层网络结构示意图

      操作工作站对整个电站计算机监控系统进行数据计算和处理、数据库管理、在线及离线计算、各图表及曲线生成、事故故障信号分析处理等，同时供运行值班人员使用，它具有图像显示、全厂运行监视和控制、发布操作控制命令、定值修改、设定与变更工作方式等功能。全站所有的操作控制都可以通过鼠标器及键盘实现，通过显示器可以对全站的生产、设备运行作实时监视，并取得所需的各种信息。

      通讯工作站设在中控室，远动所需的各种信息量可以直接由通讯工作站经调制解调器上光缆发送，同时通讯工作站可预留将来与其他系统（如水情测报系统）交流信息的通道。

培训工作站上一般安装有多个培训软件，如学习软件、正常操作软件、事故处理软件、监控系统开发训练软件、顺控流程的离线调试软件和学员成绩评价软件等。这些培训软件可使电站运行和维护人员通过交互式培训、学习并掌握对监控系统的操作和对电站运行以及事故处理等方面的知识。

通信层

      通信层又称通信管理层或通信网络层，采用通信管理机、交换机等实现规约转换和装置通信。由于现场保护测控装置等智能设备数量多，一般机组、主变、线路、厂用电、公用子系统和其他智能设备可分别组网，保证了系统的实时性和稳定性。

      各子系统可分别设置通信管理机，根据需要可为双机冗余设计。各通信管理机接于上位机层以太网，同时可以经以太网/CAN/RS-485/232  通信口直接与相应机组LCU的电气控制器PLC相联，实现数据交换。

      通讯网络结构采用以太网、CAN、RS-485总线，可配置成双网冗余结构方式，网络介质可为同轴电缆线，屏蔽双绞线，光纤等。

现地层

      现地层又称现地控制单元（Local Control Unit），现地控制单元具备保护、测量及控制等所有功能，并遵循保护相对独立和动作可靠性的原则，现地控制单元不依赖于通讯网络和上位机管理层，能独立完成监控和保护的功能，符合部分标准要求。

现地控制单元网络结构示意图

      现地控制单元一般由现地工控机、PLC、现场总线、微机调速器、温度巡检、微机保护装置、微机同期装置、智能电参数测量仪以及其他智能设备组成，具备数据采集和处理、安全监视、控制与调节、同期并网、测量、顺序控制、数据通信、自诊断等功能。现地层通过以太网等通信层接入主控层。

      现地控制单元是一台完整的单元控制装置，由于现地控制单元的自动化装置种类繁多，在工程上一般把这些装置集中放置在柜子中，称为LCU屏，不仅能完成实时数据采集并及时发送给上位机，接收并执行上位机的命令，自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节，还能在脱离系统时独立工作，运行人员可通过LCU的现地人机联系手段实现现地控制操作。