張學(xué)輝 梁海洋 李中為 付奎霖 劉春英

摘要：中國(guó)電力行業(yè)發(fā)展到今天，已經(jīng)進(jìn)入到智能電網(wǎng)建設(shè)階段。電力系統(tǒng)是維持社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要能源，對(duì)變電站進(jìn)行信息共享，因此具有重要的實(shí)踐意義。本文首先探討了智能變電站信息一體化平臺(tái)的基本現(xiàn)狀，然后對(duì)信息一體化平臺(tái)的二次設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)探討。

關(guān)鍵詞：信息一體化;變電站;智能電網(wǎng);二次設(shè)備;

1引言

智能變電站內(nèi)子系統(tǒng)眾多，具有SCADA數(shù)據(jù)、電能量數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、保護(hù)信息數(shù)據(jù)、一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)等信息。由于信號(hào)源較多，采集傳輸方式各異，而且信息量大，構(gòu)建信息一體化平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)有效整合、保障電網(wǎng)信息一致性的關(guān)鍵。信息一體化平臺(tái)建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)后，可供系統(tǒng)層各高級(jí)應(yīng)用子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)存取訪問(wèn)及向調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行上送。變電站的全景數(shù)據(jù)需實(shí)現(xiàn)信息一體化，作為底層數(shù)據(jù)的輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)更需實(shí)現(xiàn)信息一體化，各輔助子系統(tǒng)需被有限接入并整合。

2信息一體化平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1智能變電站與常規(guī)變電站

常規(guī)變電站中設(shè)備規(guī)約繁多，操作平臺(tái)各異，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接線繁瑣，造成信息傳輸?shù)难訒r(shí)或堵塞、效率低下、可靠性低等問(wèn)題。常規(guī)變電站結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在智能變電站中，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系使用的是面對(duì)對(duì)象的建模技術(shù)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備可以利用對(duì)象屬性望城數(shù)據(jù)建模的操作，對(duì)傳統(tǒng)的二次裝置功能進(jìn)行集中管理，通過(guò)統(tǒng)一的訪問(wèn)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)外訪問(wèn)，使得二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到了很大的簡(jiǎn)化的同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性也大幅度增加。

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站信息一體化平臺(tái)，采用分層分布式的處理方法，并且遵循下放原則，將平臺(tái)的功能下放到不同的網(wǎng)絡(luò)層中，為了滿足綜合性信息傳輸平臺(tái)的建設(shè)要求，需要按照不同層次的信息處理要求選擇故障處理的優(yōu)先級(jí)別，并對(duì)不停網(wǎng)絡(luò)層次獲取的信息進(jìn)行匯總分析，從而建立起符合IED61850標(biāo)準(zhǔn)的邏輯節(jié)點(diǎn)，滿足數(shù)據(jù)對(duì)象的擴(kuò)展和應(yīng)用需求。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站信息一體化平臺(tái)集成系統(tǒng)如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)處理

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的傳輸與保存，這就保證了變電站數(shù)據(jù)的安全性。此外，對(duì)電流進(jìn)行處理時(shí)，要盡量避免在采樣中出現(xiàn)的失誤，采用高頻率的計(jì)量單位，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。

2.3 智能變電站一體化平臺(tái)建設(shè)

對(duì)子單元的功能設(shè)置一般可以根據(jù)間隔位置、功能和信息使用者的不同而進(jìn)行分別設(shè)置，這樣才能夠?qū)⒉煌淖訂卧凑詹挥玫奶幚砟芰M(jìn)行有效的配合，進(jìn)而形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)和信息庫(kù)，為智能變電站的持續(xù)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?？偟膩?lái)說(shuō)，信息一體化平臺(tái)配置中心單元數(shù)據(jù)服務(wù)器、變電站各應(yīng)用子單元應(yīng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線和接口與中心單元數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行互聯(lián)互通，滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取的要求。

3應(yīng)用系統(tǒng)分析

3.1 SCADA

SCADA數(shù)據(jù)被稱(chēng)為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化。它可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，即我們所知的‘四遙功能。RTU（遠(yuǎn)程終端單元），F(xiàn)TU（饋線終端單元）是它的重要組成部分。在現(xiàn)今的變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中起了相當(dāng)重要的作用。

SCADA系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，為EMS系統(tǒng)提供大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)在模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，MIS系統(tǒng)等系統(tǒng)中都需要用到電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而沒(méi)有這個(gè)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，所有其它系統(tǒng)都成為“無(wú)源之水”。

3.2電能量計(jì)量系統(tǒng)

電能量數(shù)據(jù)采用周期性記錄方式，其采集的精度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和可靠性要求很高。 由于電能量數(shù)據(jù)用于交易計(jì)費(fèi)結(jié)算，因此，其作用和地位至關(guān)重要。 智能變電站中，光電式電能表在接收到光纖以太網(wǎng)傳送的智能電流、電壓信號(hào)后，實(shí)時(shí)運(yùn)算和處理系統(tǒng)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后產(chǎn)生的各類(lèi)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入鐵電存儲(chǔ)器，并通過(guò)液晶顯示接口進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，通過(guò) RS-485 串口送往后臺(tái)系統(tǒng)并接收后臺(tái)發(fā)送的指令。 智能變電站中采用獨(dú)立的電能量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將確保計(jì)量過(guò)程實(shí)現(xiàn)及時(shí)、高精度、高可靠性以及數(shù)據(jù)唯一性等特點(diǎn)。同時(shí)，新的計(jì)量裝置，重量輕，體積小，成本低。

3.3故障錄波

智能變電站中，由于所有設(shè)備使用統(tǒng)一的功能模型、數(shù)據(jù)模型和通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了變電站中數(shù)據(jù)信息的共享和互操作性。 這樣，從理論上可以棄用過(guò)去分散的錄波裝置，改用集中錄波裝置，智能錄波器只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將 SAV、GOOSE 信息接入即可。集中故障錄波單元采集的電網(wǎng)故障信息采用分層處理方式。智能錄波器通過(guò)上傳的 SAV 和 GOOSE 報(bào)文獲取故障波形、報(bào)告，錄波列表，保護(hù)事件、告警、開(kāi)關(guān)量和定值等數(shù)據(jù)。 經(jīng)初步分析后，將數(shù)據(jù)上傳至故障錄波信息分析系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行故障測(cè)距 、 計(jì)算校驗(yàn)、諧波分析、定值校驗(yàn)等匯總分析，同時(shí)將分析結(jié)果經(jīng)由非實(shí)時(shí)接口適配網(wǎng)關(guān)上傳一體化平臺(tái)。

3.4 智能輔助一體化技防和運(yùn)維應(yīng)用功能

輔助控制類(lèi)應(yīng)用功能主要實(shí)現(xiàn)智能變電站的智能輔助一體化技防和運(yùn)維。智能輔助一體化技防和運(yùn)維系統(tǒng)包含多個(gè)子系統(tǒng)： 視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等，并在后臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)。通過(guò)監(jiān)測(cè)變電站的投放環(huán)境參數(shù)，控制相關(guān)輔助設(shè)備，進(jìn)行一系列站內(nèi)外的智能聯(lián)動(dòng)控制，為變電站正常運(yùn)行保駕護(hù)航。

3.5 設(shè)備評(píng)估類(lèi)應(yīng)用功能

設(shè)備評(píng)估類(lèi)應(yīng)用功能主要實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)。智能變電站內(nèi)一次設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按間隔分布采集，并且統(tǒng)一布置監(jiān)測(cè)子站。設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)的前端傳感器將原始信息傳送至智能電子設(shè)備（intelligent electronic device，IED），監(jiān)測(cè)子站負(fù)責(zé)收集前端IED的上送監(jiān)測(cè)信息，然后上送至監(jiān)測(cè)主站，IED與監(jiān)測(cè)子站之間傳送報(bào)文格式為MMS。設(shè)備監(jiān)測(cè)信息為非實(shí)時(shí)信息，在站內(nèi)屬于調(diào)度II區(qū)信息，通過(guò)II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)上送調(diào)度主站。高級(jí)應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)智能一次設(shè)備狀態(tài)信息共享，擁有豐富維護(hù)檢修的信息量，可監(jiān)視和診斷智能一次設(shè)備以及通訊網(wǎng)絡(luò)等的異常情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線狀態(tài)評(píng)估和檢修，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行可靠性進(jìn)行評(píng)估。

4總結(jié)

本文基于 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)提出了智能變電站信息一體化應(yīng)用方案，簡(jiǎn)化了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了通用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的信息共享以及各系統(tǒng)之間的無(wú)縫連接，為建設(shè)統(tǒng)一開(kāi)放的智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)提供了一種新的思路。