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1、智能变电站自动化系统体系结构探索 摘 要：智能变电站一体化监控系统是按照全站信息数值化、通信平台网络化、信息共享标准化的基础要求，通过系统集成优化，实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用等高级应用功能。是大运行体系建设的基础，是备用调度体系建设的基础。本文通过全面解析智能变电站一体化监控系统，为日后的运行管理提供借鉴。 关键词：智能电网；变电站；一体化系统；体系结构 中图分类号：TM63；TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 06-0000-02 智能电网是当今世界电力乃至能源产业发展变革
2、的最新动向，代表着未来发展的方向和社会的进步。智能变电站是智能电网的重要环节，随着变电站自动化系统技术的发展和硬件水平的不断提高，变电站自动化系统，一直朝设备集成度越来越多，模拟电缆越来越少的过程。智能变电站自动化系统是变电站的核心部分，它由一体化监控系统和输变电设备状态监测、辅助设备、时钟同步、计算等共同构成，它是运行、保护和监视变电站一次设备系统，完成变电站的设备及其反馈线监视、控制、保护等功能。一体化监控系统是智能电网调度控制和生产管理的基础。 一、智能变电站自动化系统结构 （一）网络总体结构 变电站自动化系统是运行、保护和监视变电站一次设备的系统，完成变电站的设备及其馈线监视、控制、保
3、护等功能。变电站自动化系统采用开放式分层分布结构，由“三层二网”构成。 （二）站控层 站控层德主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，并记录变电站内的所有相关信息，具体如下：（1）汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登陆、填写历史数据库。（2）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心，接受调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。（3）监控系统和远动通信服务器采用一体化数据库配置方式，生成监控数据库的同时即可完成远动通信服务器的数据库、功能及逻辑的配置，提高变电站的维护效率。（4）具体在线可编程的全站操作闭锁控制功能；站控层、间隔层共用一套防误规则库，防误规则库
4、可由后台监控生成并通过网络下载到测控装置，并可在后台监控上模拟、预演、校验测控装置的防误逻辑，有效的提高了系统的可靠性与维护效率。（5）具体站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像、声音等多媒体功能。（6）具体对间隔层，过程层各设备的在线维护、在线组态、在线修改参数等功能。（7）具体变电站电压无功控制小电流接地选线、故障自动分析和操作培训等功能。 （三）间隔层 间隔层由保护、测控、计量、录波、网络记录分析、向量测量等若干个二次子系统组成，在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能，包括：（1）实施对一次设备保护控制功能；（2）汇总本间隔操作过程层实时
5、数据信息；（3）实施本间隔操作闭锁功能；（4）实施操作同期及其他控制功能；（5）对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制 （四）过程层 过程层由合并单元、智能终端等构成，完成一次设备相关的功能，包括实时运行电气量德采集及检测，设备运行状态的检测，控制命令的执行等。（1）实时运行电气量采集及检测。与常规变电站中数据采集功能一样主要是电流、电压、相位以及谐波分量的采集及检测，其他电气量如有功、无功、电能量等可通过间隔侧的设备预算得到。与常规变电站相比不同的是电流、电压采集实现数字化，动态性能好，抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好。（2）运行设备状态检测。变电站需要进行状态参数监测的设备
6、主要有变压器、断路器、隔离开关、母线等。在线监测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态的数据。（3）操作控制命令执行。操作控制命令的执行包括变压器分接头调节控制、电容器投切控制、隔离开关、接地开关、断路器合分控制等。过程层的控制命令执行大部分是被动的，即按上层控制指令二动作。 （五）网络结构形式的选择 1.站控层网络 站控层网络实时性要求不高，在某一链路中断时可以基于RSTP协议实现自愈，可采用双星型或单环形结构。考虑双星型结构清晰、扩展性好、检修方便。在规模较大系统上优势明显，本站站控层考虑采用双星型以太结构，冗余网络采用爽网双工方式运行，并实现网络无缝切换。 站控层网络传
7、输MMS报文和GOOSE报文，采用MMS/GOOOSE和SNTP三网合一方式设计，逻辑功能上覆盖站控层之间数据交换接口。站控层与间隔层之间数据交换接口。 2.间隔层网络 间隔层由若干个二次子系统组成，在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能，同站控层网络选择原则一致，本站间隔侧考虑采用双星型以太网结构，冗余网络采用双网双工方式运行，并实现网络无缝切换，间隔层网络可传输MMS报文和GOOOSE报文。逻辑功能上覆盖间隔层内数据交换、间隔层站控层数据交换、间隔层之间根据需要数据交换接口 3.过程层网络 过程层网络传输采样值（SV）GOOSE/时钟同步信号，其特点是实时性要求高
8、、数据流量大，防范网络风暴的成本高，且交换及工程配置复杂，宜采用无网络风暴风险的星型网。本站采用双星形网络结构提高冗余度，确保可靠性。过程层网络逻辑功能上，覆盖间隔层与过程层数据交换接口。本变站内自动化系统一体化监控系统配置，采用开放式分层分布式网络结构，逻辑上由站控层、间隔层。过程层以及网络结构层。站内监控保护统一建模，统一组网，信息共享，通过规约统一采用DL/T860停下标准，建立信息一体化平台，实现站控层，间隔层、过程层二次设备互操作。保护故障信息、远动信息、微机防误系统不重复采集。站控层设备按变电站远景规模配置，间隔层、过程层设备按工程实际规模配置。 二、一体化监控系统 （一）一体化监
9、控系统的基本技术原则 （1）遵循DL/T860，实现全站信息统一建模；（2）建立变电站全景数据，满足基本数据的完整性、准确性和一致性的要求；（3）实现变电站信息统一存储，提供统一规范的数据访问服务；（4）继电保护配置及相关技术要求遵循Q/GDW441智能变电站继电保护技术规范；（5）与调度主站通信的文件描述和配置遵循Q/GDW622电力系统简单服务接口技术Q/GDW623电力系统动态消息编码规范Q/GDW624电力系统图形描述规范；（6）变电站信息通信遵循国家电力监管委员会电监安全200634号文中电力二次系统安全防护总体文方案和变电站二次系统安全防护方案的要求。 （二）一体化监控系统体系架构
10、 智能变电站一体化监控系统分为安全I区和安全II区。 （1）在安全I区中，监控主机采用集电网运行和设备工况等实时数据，经过分析和处理后进行统一展开，并将数据存入数据服务器，I区数据通信网关机通过直采直送的方式实现与调控中心的实时数据传输，并提供运行数据浏览服务。（2）在安全II区中，综合应用服务器与输变电设备状态监测和辅助设备进行通信，采集电源、计量、消防、安防、环境监测等信息，经过分析和处理后进行可视化展示，并将数据存入数据服务器，II区数据通信网关通过防火墙从数据服务器获取II区数据和模型等信息，与调控中心进行信息交换，提供信息查询和远程浏览服务。（3）综合应用服务器通过正反向隔离向III
11、/IV区数据通信网关机发布信息，并由III/IV区数据通信网关传输给其他主站系统。（4）数据服务器存储变电站模型、图形和操作记录、告警信息、在线监测、故障波形的历史数据，为各类应用提供数据查询和访问服务；（5）计划管理终端实现调度计划、检修工作票、保护定值单的管理等功能。视屏可通过综合数据网通道向视频主站传送图像信息。 （三）一体化监控系统的应用功能 1.运行监视类应用 通过可视化技术，实现对电网运行信息、保护信息和一、二次设备运行状态等信息的运行监视和综合展示。该应用提供统一的信息展示界面，综合展示电网运行状态、设备监测状态、辅助应用信息、事件信息和故障信息，实现装置压板的实时监视、当前定值
12、区的定值及参数的召唤和显示；实现一次设备运行状态的在线监视 二次设备的在线监视，并通过可视化手段实现二次设备运行工况、站内网络状态和虚端子连接状态监视。同时还为调控中心提供远方查看智能变电站一体化监控系统的运行数据，包括电网潮流、设备状态、历史记录、操作记录、故障综合分析结果等各种原始信息以及分析处理信息。 2.操作与控制类应用 实现智能变电站内设备就地和远方的操作控制。就地操作控制包括顺序控制、无功优化控制、正常或紧急状态下的开关/刀闸操作、防误闭锁操作及智能操作票等功能。远方操作控制是通过数据通信网关机向远方调度部门提供站内各种数据，供调度端进行分析决策，并接收调度控制指令，远程浏览、经济
13、运行与优化控制等功能。 3.信息综合分析与智能告警类应用 通过收集智能变电站各类运行数据：站内实时/非实时运行数据、辅助应用信息、各种报警及事故信号等，并对各种信息进行综合分析，根据分析结果，通过人机界面或语言的方式给出操作处理建议，同时向调控中心提供分类告警、故障简报及故障分析报告等结果信息。 4.运行管理类应用 通过人工录入或系统交互等手段，建立完备的智能变电站设备基础信息，实现一、二次设备运行、操作、检修、维护工作的规范化，包括源端维护、权限管理、设备管理、定值管理和检修管理等内容。 5.辅助类应用 辅助应用具体包含变电站视频监视、安防、照明、站用电源、环境监测、消防等子系统。通过标准化
14、接口和信息交互，实现辅助系统设备的监视与联动控制，并向一体化监控系统提供其自身工作状态信息和设备信息。 （四）应用功能数据流向 智能变电站五类应用功能数据流向包括内部数据流和外部数据流。内部数据流是指五类应用之间通过标准数据总线与接口进行信息交互，并将处理结果写入数据服务器。外部数据是指五类应用通过数据通信网关机与调控中心及其他主站系统进行信息交互。 （五）二次系统安全分区 一体化监控系统在遵循变电站二次系统安全防护方案原则的前提下，保证变电站信息一体化平台及各个不同的应用系统按安全分区布置，构建变电站信息化安全防护体系，保障电力系统的安全稳定运行。现有的二次信息安全分区主要是根据电力二次系统
15、安全防护总体方案的原则进行划定的，按照一般习惯实时监控信息划分为安全一区（控制区），继电保护、电能量信息划为安全二区（非控制区），状态监测信息划为安全三区，视频监控等辅助系统信息划为安全四区。电力系统二次安全防护的总体原则是“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”。对于站内信息的交互，安全一区与安全二区（或安全三区与安全四区）之间需加装防火墙进行隔离，安全二区与安全二区之间需加装正、反向隔离装置进行隔离。对于以往的常规综自站，由于变电站自动化系统、状态监测系统、辅助系统之间往往独立运行，因此仅需要考虑安全一、二区之间及各系统站内与主站间的防护。对于智能变电站，从国网公司试点站工程中可以看出，
16、虽然实现了信息一体化平台的建立，信息一体化平台实现了同时接入变电站自动化系统、状态监测系统、智能辅助系统相关数据的功能，但在各子系统接入信息一体化平台的二次安全防护措施与位于安全三区，四区的状态监测。智能辅助系统的数据之间采用正、反向隔离措施等。考虑到二次安全分区的制约，在试点站中变电站自动化系统、状态监测系统和智能辅助系统仍分别独立运行，系统之间并没有形成数据有效交互与联动。如果按照智能变电站一体化监控系统建设技术规范的要求，信息一体化平台需同时接入安全一区、二区、三区和四区的信息，如果仍然按照原有分区办法。需同时配置若干防火墙与隔离装置，二次安防装置的配置将会非常复杂和昂贵。同时，现有各系
17、统之间普遍采用IEC61850标准通信，对于IEC61850这种双向通信机制的处理，单向隔离装置很难实现。迄今为止也没有厂家能够开发出采用IEC61850标准通信的单向隔离装置，因此，按照原由分区，安全二、三区之间的隔离措施将无法完善实现。 三、结束语 智能变电站信息一体化平台是按照全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基本要求，在“告警直传，远程浏览，数据优化，认证安全”原则上，通过系统集成优化，实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用等高级应用功能。智能变电站高级功能以站内一体化信息平台为支撑，直接面向用户需求，面向变电站的运行、检修、调试、管理等多方面，提高智能变电站的运行管理水平，提高变电站维护的自动化程度，实现变电站运行的实时自动控制、智能调节，在线分析决策，实现变电站与电网的协同互动，为各级电网的安全、稳定、高效运行及电力设备全寿命周期综合优化管理奠定了基础。是对“调控一体，运维一体”的有力支撑。同时对于建设坚强智能电网具有重要意义。 作者简介宁兵（1959-），男，甘肃武威人，大专，研究方向：项目管理。