智能變電站自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)探索.doc

智能變電站自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)探索 摘 要：智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)是按照全站信息數(shù)值化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化的基礎(chǔ)要求，通過系統(tǒng)集成優(yōu)化，實現(xiàn)全站信息的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲和統(tǒng)一展示，實現(xiàn)運行監(jiān)視、操作與控制、綜合信息分析與智能告警、運行管理和輔助應(yīng)用等高級應(yīng)用功能。是大運行體系建設(shè)的基礎(chǔ)，是備用調(diào)度體系建設(shè)的基礎(chǔ)。本文通過全面解析智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)，為日后的運行管理提供借鑒。 關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；變電站；一體化系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu) 中圖分類號：TM63；TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 06-0000-02 智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力乃至能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革的最新動向，代表著未來發(fā)展的方向和社會的進步。智能變電站是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，隨著變電站自動化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和硬件水平的不斷提高，變電站自動化系統(tǒng)，一直朝設(shè)備集成度越來越多，模擬電纜越來越少的過程。智能變電站自動化系統(tǒng)是變電站的核心部分，它由一體化監(jiān)控系統(tǒng)和輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、輔助設(shè)備、時鐘同步、計算等共同構(gòu)成，它是運行、保護和監(jiān)視變電站一次設(shè)備系統(tǒng)，完成變電站的設(shè)備及其反饋線監(jiān)視、控制、保護等功能。一體化監(jiān)控系統(tǒng)是智能電網(wǎng)調(diào)度控制和生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)。 一、智能變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （一）網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu) 變電站自動化系統(tǒng)是運行、保護和監(jiān)視變電站一次設(shè)備的系統(tǒng)，完成變電站的設(shè)備及其饋線監(jiān)視、控制、保護等功能。變電站自動化系統(tǒng)采用開放式分層分布結(jié)構(gòu)，由“三層二網(wǎng)”構(gòu)成。 （二）站控層 站控層德主要功能是為變電站提供運行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內(nèi)的所有相關(guān)信息，具體如下：（1）匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登陸、填寫歷史數(shù)據(jù)庫。（2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心，接受調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行。（3）監(jiān)控系統(tǒng)和遠動通信服務(wù)器采用一體化數(shù)據(jù)庫配置方式，生成監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的同時即可完成遠動通信服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫、功能及邏輯的配置，提高變電站的維護效率。（4）具體在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；站控層、間隔層共用一套防誤規(guī)則庫，防誤規(guī)則庫可由后臺監(jiān)控生成并通過網(wǎng)絡(luò)下載到測控裝置，并可在后臺監(jiān)控上模擬、預(yù)演、校驗測控裝置的防誤邏輯，有效的提高了系統(tǒng)的可靠性與維護效率。（5）具體站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像、聲音等多媒體功能。（6）具體對間隔層，過程層各設(shè)備的在線維護、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)等功能。（7）具體變電站電壓無功控制小電流接地選線、故障自動分析和操作培訓(xùn)等功能。 （三）間隔層 間隔層由保護、測控、計量、錄波、網(wǎng)絡(luò)記錄分析、向量測量等若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能，包括：（1）實施對一次設(shè)備保護控制功能；（2）匯總本間隔操作過程層實時數(shù)據(jù)信息；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制 （四）過程層 過程層由合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實時運行電氣量德采集及檢測，設(shè)備運行狀態(tài)的檢測，控制命令的執(zhí)行等。（1）實時運行電氣量采集及檢測。與常規(guī)變電站中數(shù)據(jù)采集功能一樣主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的采集及檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量等可通過間隔側(cè)的設(shè)備預(yù)算得到。與常規(guī)變電站相比不同的是電流、電壓采集實現(xiàn)數(shù)字化，動態(tài)性能好，抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好。（2）運行設(shè)備狀態(tài)檢測。變電站需要進行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測的設(shè)備主要有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線等。在線監(jiān)測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)。（3）操作控制命令執(zhí)行。操作控制命令的執(zhí)行包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制、電容器投切控制、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器合分控制等。過程層的控制命令執(zhí)行大部分是被動的，即按上層控制指令二動作。 （五）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式的選擇 1.站控層網(wǎng)絡(luò) 站控層網(wǎng)絡(luò)實時性要求不高，在某一鏈路中斷時可以基于RSTP協(xié)議實現(xiàn)自愈，可采用雙星型或單環(huán)形結(jié)構(gòu)?？紤]雙星型結(jié)構(gòu)清晰、擴展性好、檢修方便。在規(guī)模較大系統(tǒng)上優(yōu)勢明顯，本站站控層考慮采用雙星型以太結(jié)構(gòu)，冗余網(wǎng)絡(luò)采用爽網(wǎng)雙工方式運行，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無縫切換。 站控層網(wǎng)絡(luò)傳輸MMS報文和GOOSE報文，采用MMS/GOOOSE和SNTP三網(wǎng)合一方式設(shè)計，邏輯功能上覆蓋站控層之間數(shù)據(jù)交換接口。站控層與間隔層之間數(shù)據(jù)交換接口。 2.間隔層網(wǎng)絡(luò) 間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能，同站控層網(wǎng)絡(luò)選擇原則一致，本站間隔側(cè)考慮采用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，冗余網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)雙工方式運行，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無縫切換，間隔層網(wǎng)絡(luò)可傳輸MMS報文和GOOOSE報文。邏輯功能上覆蓋間隔層內(nèi)數(shù)據(jù)交換、間隔層站控層數(shù)據(jù)交換、間隔層之間根據(jù)需要數(shù)據(jù)交換接口 3.過程層網(wǎng)絡(luò) 過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸采樣值（SV）GOOSE/時鐘同步信號，其特點是實時性要求高、數(shù)據(jù)流量大，防范網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的成本高，且交換及工程配置復(fù)雜，宜采用無網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴風(fēng)險的星型網(wǎng)。本站采用雙星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高冗余度，確?？煽啃?。過程層網(wǎng)絡(luò)邏輯功能上，覆蓋間隔層與過程層數(shù)據(jù)交換接口。本變站內(nèi)自動化系統(tǒng)一體化監(jiān)控系統(tǒng)配置，采用開放式分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，邏輯上由站控層、間隔層。過程層以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層。站內(nèi)監(jiān)控保護統(tǒng)一建模，統(tǒng)一組網(wǎng)，信息共享，通過規(guī)約統(tǒng)一采用DL/T860停下標準，建立信息一體化平臺，實現(xiàn)站控層，間隔層、過程層二次設(shè)備互操作。保護故障信息、遠動信息、微機防誤系統(tǒng)不重復(fù)采集。站控層設(shè)備按變電站遠景規(guī)模配置，間隔層、過程層設(shè)備按工程實際規(guī)模配置。 二、一體化監(jiān)控系統(tǒng) （一）一體化監(jiān)控系統(tǒng)的基本技術(shù)原則 （1）遵循DL/T860，實現(xiàn)全站信息統(tǒng)一建模；（2）建立變電站全景數(shù)據(jù)，滿足基本數(shù)據(jù)的完整性、準確性和一致性的要求；（3）實現(xiàn)變電站信息統(tǒng)一存儲，提供統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)；（4）繼電保護配置及相關(guān)技術(shù)要求遵循Q/GDW441智能變電站繼電保護技術(shù)規(guī)范；（5）與調(diào)度主站通信的文件描述和配置遵循Q/GDW622電力系統(tǒng)簡單服務(wù)接口技術(shù)Q/GDW623電力系統(tǒng)動態(tài)消息編碼規(guī)范Q/GDW624電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范；（6）變電站信息通信遵循國家電力監(jiān)管委員會電監(jiān)安全200634號文中電力二次系統(tǒng)安全防護總體文方案和變電站二次系統(tǒng)安全防護方案的要求。 （二）一體化監(jiān)控系統(tǒng)體系架構(gòu) 智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)分為安全I區(qū)和安全II區(qū)。 （1）在安全I區(qū)中，監(jiān)控主機采用集電網(wǎng)運行和設(shè)備工況等實時數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析和處理后進行統(tǒng)一展開，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)服務(wù)器，I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機通過直采直送的方式實現(xiàn)與調(diào)控中心的實時數(shù)據(jù)傳輸，并提供運行數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)。（2）在安全II區(qū)中，綜合應(yīng)用服務(wù)器與輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和輔助設(shè)備進行通信，采集電源、計量、消防、安防、環(huán)境監(jiān)測等信息，經(jīng)過分析和處理后進行可視化展示，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)服務(wù)器，II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)通過防火墻從數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取II區(qū)數(shù)據(jù)和模型等信息，與調(diào)控中心進行信息交換，提供信息查詢和遠程瀏覽服務(wù)。（3）綜合應(yīng)用服務(wù)器通過正反向隔離向III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機發(fā)布信息，并由III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)傳輸給其他主站系統(tǒng)。（4）數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲變電站模型、圖形和操作記錄、告警信息、在線監(jiān)測、故障波形的歷史數(shù)據(jù)，為各類應(yīng)用提供數(shù)據(jù)查詢和訪問服務(wù)；（5）計劃管理終端實現(xiàn)調(diào)度計劃、檢修工作票、保護定值單的管理等功能。視屏可通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)通道向視頻主站傳送圖像信息。 （三）一體化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用功能 1.運行監(jiān)視類應(yīng)用 通過可視化技術(shù)，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行信息、保護信息和一、二次設(shè)備運行狀態(tài)等信息的運行監(jiān)視和綜合展示。該應(yīng)用提供統(tǒng)一的信息展示界面，綜合展示電網(wǎng)運行狀態(tài)、設(shè)備監(jiān)測狀態(tài)、輔助應(yīng)用信息、事件信息和故障信息，實現(xiàn)裝置壓板的實時監(jiān)視、當(dāng)前定值區(qū)的定值及參數(shù)的召喚和顯示；實現(xiàn)一次設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)視 二次設(shè)備的在線監(jiān)視，并通過可視化手段實現(xiàn)二次設(shè)備運行工況、站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和虛端子連接狀態(tài)監(jiān)視。同時還為調(diào)控中心提供遠方查看智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，包括電網(wǎng)潮流、設(shè)備狀態(tài)、歷史記錄、操作記錄、故障綜合分析結(jié)果等各種原始信息以及分析處理信息。 2.操作與控制類應(yīng)用 實現(xiàn)智能變電站內(nèi)設(shè)備就地和遠方的操作控制。就地操作控制包括順序控制、無功優(yōu)化控制、正?；蚓o急狀態(tài)下的開關(guān)/刀閘操作、防誤閉鎖操作及智能操作票等功能。遠方操作控制是通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機向遠方調(diào)度部門提供站內(nèi)各種數(shù)據(jù)，供調(diào)度端進行分析決策，并接收調(diào)度控制指令，遠程瀏覽、經(jīng)濟運行與優(yōu)化控制等功能。 3.信息綜合分析與智能告警類應(yīng)用 通過收集智能變電站各類運行數(shù)據(jù)：站內(nèi)實時/非實時運行數(shù)據(jù)、輔助應(yīng)用信息、各種報警及事故信號等，并對各種信息進行綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果，通過人機界面或語言的方式給出操作處理建議，同時向調(diào)控中心提供分類告警、故障簡報及故障分析報告等結(jié)果信息。 4.運行管理類應(yīng)用 通過人工錄入或系統(tǒng)交互等手段，建立完備的智能變電站設(shè)備基礎(chǔ)信息，實現(xiàn)一、二次設(shè)備運行、操作、檢修、維護工作的規(guī)范化，包括源端維護、權(quán)限管理、設(shè)備管理、定值管理和檢修管理等內(nèi)容。 5.輔助類應(yīng)用 輔助應(yīng)用具體包含變電站視頻監(jiān)視、安防、照明、站用電源、環(huán)境監(jiān)測、消防等子系統(tǒng)。通過標準化接口和信息交互，實現(xiàn)輔助系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)視與聯(lián)動控制，并向一體化監(jiān)控系統(tǒng)提供其自身工作狀態(tài)信息和設(shè)備信息。 （四）應(yīng)用功能數(shù)據(jù)流向 智能變電站五類應(yīng)用功能數(shù)據(jù)流向包括內(nèi)部數(shù)據(jù)流和外部數(shù)據(jù)流。內(nèi)部數(shù)據(jù)流是指五類應(yīng)用之間通過標準數(shù)據(jù)總線與接口進行信息交互，并將處理結(jié)果寫入數(shù)據(jù)服務(wù)器。外部數(shù)據(jù)是指五類應(yīng)用通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機與調(diào)控中心及其他主站系統(tǒng)進行信息交互。 （五）二次系統(tǒng)安全分區(qū) 一體化監(jiān)控系統(tǒng)在遵循變電站二次系統(tǒng)安全防護方案原則的前提下，保證變電站信息一體化平臺及各個不同的應(yīng)用系統(tǒng)按安全分區(qū)布置，構(gòu)建變電站信息化安全防護體系，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行?，F(xiàn)有的二次信息安全分區(qū)主要是根據(jù)電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案的原則進行劃定的，按照一般習(xí)慣實時監(jiān)控信息劃分為安全一區(qū)（控制區(qū)），繼電保護、電能量信息劃為安全二區(qū)（非控制區(qū)），狀態(tài)監(jiān)測信息劃為安全三區(qū)，視頻監(jiān)控等輔助系統(tǒng)信息劃為安全四區(qū)。電力系統(tǒng)二次安全防護的總體原則是“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認證”。對于站內(nèi)信息的交互，安全一區(qū)與安全二區(qū)（或安全三區(qū)與安全四區(qū)）之間需加裝防火墻進行隔離，安全二區(qū)與安全二區(qū)之間需加裝正、反向隔離裝置進行隔離。對于以往的常規(guī)綜自站，由于變電站自動化系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)之間往往獨立運行，因此僅需要考慮安全一、二區(qū)之間及各系統(tǒng)站內(nèi)與主站間的防護。對于智能變電站，從國網(wǎng)公司試點站工程中可以看出，雖然實現(xiàn)了信息一體化平臺的建立，信息一體化平臺實現(xiàn)了同時接入變電站自動化系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、智能輔助系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的功能，但在各子系統(tǒng)接入信息一體化平臺的二次安全防護措施與位于安全三區(qū)，四區(qū)的狀態(tài)監(jiān)測。智能輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)之間采用正、反向隔離措施等?？紤]到二次安全分區(qū)的制約，在試點站中變電站自動化系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)仍分別獨立運行，系統(tǒng)之間并沒有形成數(shù)據(jù)有效交互與聯(lián)動。如果按照智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范的要求，信息一體化平臺需同時接入安全一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)和四區(qū)的信息，如果仍然按照原有分區(qū)辦法。需同時配置若干防火墻與隔離裝置，二次安防裝置的配置將會非常復(fù)雜和昂貴。同時，現(xiàn)有各系統(tǒng)之間普遍采用IEC61850標準通信，對于IEC61850這種雙向通信機制的處理，單向隔離裝置很難實現(xiàn)。迄今為止也沒有廠家能夠開發(fā)出采用IEC61850標準通信的單向隔離裝置，因此，按照原由分區(qū)，安全二、三區(qū)之間的隔離措施將無法完善實現(xiàn)。 三、結(jié)束語 智能變電站信息一體化平臺是按照全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化的基本要求，在“告警直傳，遠程瀏覽，數(shù)據(jù)優(yōu)化，認證安全”原則上，通過系統(tǒng)集成優(yōu)化，實現(xiàn)全站信息的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲和統(tǒng)一展示，實現(xiàn)運行監(jiān)視、操作與控制、