馬小燕,時(shí) 誼,余高旺,譚景文,閆志輝,張艷超

(1.許昌許繼軟件技術(shù)有限公司，河南 許昌 461000；2.許繼電源有限公司，河南 許昌 461000；3.桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院,廣西 桂林 541004)

0 引言

自國家電網(wǎng)公司推廣建設(shè)新一代智能變電站以來，智能變電站向系統(tǒng)集成化、結(jié)構(gòu)合理化、裝備先進(jìn)化、經(jīng)濟(jì)適用化、能源節(jié)約環(huán)?；确较虬l(fā)展[1]。智能變電站在近幾年的實(shí)際運(yùn)行中也暴露了一些問題和不足[2-6]。經(jīng)調(diào)研分析，許繼、南瑞等主流廠商按“兩層一網(wǎng)”原則重新設(shè)計(jì)了智能變電站技術(shù)框架，取消了合并單元、智能終端、過程層交換機(jī)等設(shè)備及過程層網(wǎng)絡(luò)，開展一、二次設(shè)備同體設(shè)計(jì)，進(jìn)行新型數(shù)字化遠(yuǎn)端就地模塊、配套接口裝置、集成式測(cè)控和站控主機(jī)研制，以實(shí)現(xiàn)高可靠無縫冗余(high reliability seamless redundancy，HSR)環(huán)網(wǎng)數(shù)字化通信。

基于第三代智能變電站的測(cè)控裝置產(chǎn)品，國內(nèi)目前還處于概念和技術(shù)框架階段，國外也沒有相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開展研究和開發(fā)工作。本文論述的集成式測(cè)控裝置研制是二次設(shè)備功能優(yōu)化和技術(shù)發(fā)展融合的重要一環(huán)。本文通過對(duì)采用冗余配置集成式測(cè)控裝置的自愈功能、閉鎖功能、全站系統(tǒng)配置描述(substation configuration deion，SCD)解耦、環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)視和內(nèi)部邏輯可視化等關(guān)鍵技術(shù)的研究和探索，為解決當(dāng)前智能變電站存的問題和不足提供了新的思路和方法。

1 集成式測(cè)控裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第三代智能變電站中的集成式測(cè)控裝置采用室內(nèi)布置，安裝在控制室屏柜內(nèi)，按“三間隔適度集成，雙套冗余配置”方案設(shè)計(jì)。每個(gè)間隔與16個(gè)就地模塊通信，裝置上的集成接口模塊通過IEC 61850通信協(xié)議[6-8]與各間隔HSR環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信。

集成式測(cè)控裝置系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 集成式測(cè)控裝置系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of integrated measurement and control device system

系統(tǒng)架構(gòu)中包含監(jiān)控主機(jī)、工程師工作站、集成式測(cè)控裝置、HSR光纖環(huán)和數(shù)字化就地模塊等。集成式測(cè)控裝置面向(串、母線、主變等)電氣設(shè)備單元多間隔集成，通過數(shù)字化就地模塊或電纜與一次設(shè)備連接，可完成相應(yīng)間隔的測(cè)量、控制和聯(lián)閉鎖功能。監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)采集來自測(cè)控裝置等二次設(shè)備的各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、操作與控制、防誤閉鎖和一鍵順控等功能。工程師工作站可完成智能變電站二次設(shè)備回路監(jiān)視、內(nèi)部邏輯可視化展示和二次設(shè)備軟件在線管控、網(wǎng)絡(luò)裝載等功能。不同間隔的就地化模塊可通過HSR光纖環(huán)，為集成式測(cè)控裝置上傳開關(guān)量、模擬量等一次設(shè)備數(shù)字化信息，并能精確執(zhí)行測(cè)控裝置下發(fā)的控制命令。

集成式測(cè)控裝置對(duì)上接入站控層網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控系統(tǒng)通信，對(duì)下接入各間隔HSR光纖環(huán)，與就地模塊通信。集成式測(cè)控裝置獲取的數(shù)據(jù)除了用于本裝置外，還能以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式發(fā)送至同步相量測(cè)量裝置和集中計(jì)量裝置。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 基于狀態(tài)感知的測(cè)控功能自愈

第三代智能變電站中的集成式測(cè)控裝置采用基于狀態(tài)感知的雙套冗余配置。該技術(shù)使測(cè)控裝置能夠按運(yùn)行情況自動(dòng)選擇功能狀態(tài)良好的裝置作為主運(yùn)行設(shè)備，避免因固定選擇的主設(shè)備裝置運(yùn)行故障而影響電力運(yùn)維，有效保障了測(cè)控功能可靠性。雙套冗余配置的集成式測(cè)控裝置具備運(yùn)行、備用、故障和檢修這4種實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。集成式測(cè)控裝置可以根據(jù)當(dāng)前工作狀態(tài)和設(shè)備故障程度，依托站控層和過程層面向通用對(duì)象的變電站事件(generic object oriented substation event,GOOSE)通信網(wǎng)絡(luò)，采用專有信息模型進(jìn)行通信交互，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)感知和冗余切換。集成式測(cè)控裝置冗余切換原則如圖2所示。

圖2 集成式測(cè)控裝置冗余切換原則Fig.2 Redundancy switching principle of integrated measurement and control device

冗余切換原則分為通信正常交互機(jī)制、數(shù)據(jù)篩選及控制響應(yīng)、通信異常處理機(jī)制和運(yùn)行狀態(tài)異常切換機(jī)制。

①通信正常交互機(jī)制：雙套冗余配置的集成式測(cè)控裝置平行監(jiān)視，通過站控層GOOSE報(bào)文交互工作狀態(tài)信息，同時(shí)相互監(jiān)視心跳信息。

②數(shù)據(jù)篩選及控制響應(yīng)：站控層設(shè)備根據(jù)集成式測(cè)控裝置主備狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和控制命令轉(zhuǎn)發(fā)。就地化模塊根據(jù)集成式測(cè)控裝置主備狀態(tài)響應(yīng)控制命令。

③通信異常處理機(jī)制：當(dāng)處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置接收不到另一套集成式測(cè)控裝置的心跳報(bào)文時(shí)，需要借助過程層GOOSE報(bào)文判別另一套集成式測(cè)控裝置的運(yùn)行狀態(tài)。

④運(yùn)行狀態(tài)異常切換機(jī)制：當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置發(fā)送異常時(shí)，另一套集成式測(cè)控裝置如果處于備用狀態(tài)且狀態(tài)更優(yōu)，則進(jìn)行切換；如果沒有更優(yōu)狀態(tài)或沒有備用狀態(tài)則維持現(xiàn)狀，不進(jìn)行切換。

根據(jù)圖2所示的切換原則，集成式測(cè)控裝置冗余切換策略如下。

①雙套冗余配置的集成式測(cè)控裝置平行監(jiān)視，通過站控層GOOSE報(bào)文交互狀態(tài)信息，同時(shí)相互監(jiān)視心跳信息。

②當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置出現(xiàn)輕微故障時(shí)，檢測(cè)另一套處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置是否有故障。若無故障，則將處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置切換為運(yùn)行狀態(tài)，先前處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置降為備用狀態(tài)。

③當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置出現(xiàn)輕微故障，而另一套處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置也有輕微故障，則運(yùn)行狀態(tài)不進(jìn)行切換。

④當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置出現(xiàn)嚴(yán)重告警或故障時(shí)，將另一套處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置切換為運(yùn)行狀態(tài)。先前處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置降為故障狀態(tài)。

⑤當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置出現(xiàn)嚴(yán)重告警或故障，而處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置處在檢修或故障狀態(tài)，則運(yùn)行狀態(tài)不進(jìn)行切換。先前處于運(yùn)行狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置降為故障狀態(tài)。

⑥當(dāng)處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置出現(xiàn)嚴(yán)重告警或故障時(shí)，應(yīng)解除備用狀態(tài)，變更為故障狀態(tài)。

⑦當(dāng)處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置收不到另一套集成式測(cè)控裝置的心跳報(bào)文時(shí)，如果通過過程層GOOSE通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視到另一套集成式測(cè)控裝置為非運(yùn)行狀態(tài)，則處于備用狀態(tài)的集成式測(cè)控裝置切換為運(yùn)行狀態(tài)。

站控層設(shè)備與集成式測(cè)控裝置進(jìn)行通信交互，獲取裝置的主備狀態(tài)，接收處于運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)控裝置數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其下發(fā)控制命令，丟棄其他狀態(tài)測(cè)控裝置的“四遙”等數(shù)據(jù)。就地模塊設(shè)備和冗余配置的雙套集成式測(cè)控也同時(shí)進(jìn)行通信交互，獲取測(cè)控裝置的主備狀態(tài)，并根據(jù)雙套測(cè)控的主備狀態(tài)響應(yīng)控制命令。若出現(xiàn)雙套集成式測(cè)控均為運(yùn)行狀態(tài)的異常工況，站控層設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選取，后變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)的測(cè)控裝置進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互；就地模塊設(shè)備保持雙運(yùn)行狀態(tài)前的出口狀態(tài)，不再響應(yīng)測(cè)控裝置控制命令，雙運(yùn)行狀態(tài)情況消失后，就地模塊恢復(fù)正常響應(yīng)機(jī)制。

2.2 環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)視

HSR的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于集成式測(cè)控裝置與數(shù)字化就地模塊組成的過程層環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)[9-10]。當(dāng)環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)單個(gè)線路中斷或某個(gè)設(shè)備通信故障時(shí)，環(huán)形網(wǎng)路能夠自動(dòng)選擇另一條鏈路進(jìn)行通信，使網(wǎng)絡(luò)切換零延時(shí)、設(shè)備間通信干擾小、可靠性大幅提升。

HSR環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 HSR環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.3 HSR ring network structure

由圖3可知，設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間收發(fā)順序互聯(lián)，形成冗余環(huán)。報(bào)文可通過環(huán)內(nèi)任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)、2條路徑進(jìn)行傳輸。若其中1條路徑發(fā)生中斷，則報(bào)文選擇另外1條路徑進(jìn)行傳輸。報(bào)文的2條路徑不區(qū)分主次，先到達(dá)的報(bào)文確認(rèn)有效后，后到達(dá)的報(bào)文則丟棄不用，不需要進(jìn)行路徑選擇和切換。只要有1條路徑相通，數(shù)據(jù)就能夠到達(dá)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠、高效?/p>

應(yīng)用在集成式測(cè)控裝置上的HSR技術(shù)特點(diǎn)如下。

①測(cè)控裝置和數(shù)字化就地模塊的報(bào)文為雙向同時(shí)發(fā)送，采用環(huán)網(wǎng)冗余的方式保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

②應(yīng)用層的通信機(jī)制按照單網(wǎng)報(bào)文進(jìn)行收發(fā)。HSR環(huán)網(wǎng)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)的有效和丟棄，使數(shù)據(jù)的容錯(cuò)幾率得到了提升。

③節(jié)點(diǎn)報(bào)文雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)熱備份。當(dāng)單環(huán)網(wǎng)絡(luò)不通時(shí)，節(jié)點(diǎn)報(bào)文自動(dòng)選擇另一路徑；網(wǎng)絡(luò)切換無延時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸相較于單環(huán)網(wǎng)絡(luò)，可靠性提升明顯。

④得益于環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)雙向傳送機(jī)制，當(dāng)帶寬下降一半左右時(shí)，裝置仍滿足傳輸需求，受帶寬影響小。

集成式測(cè)控裝置和就地模塊組成的環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)視技術(shù)可以快速定位異常設(shè)備和鏈路，對(duì)異常信息進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析判斷，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)異常情況的多設(shè)備聯(lián)動(dòng)。

集成式測(cè)控裝置按三間隔集成。每個(gè)間隔與16個(gè)就地模塊通信，通過環(huán)網(wǎng)模式采集就地模塊連線上送的GOOSE和采樣值(sampled value,SV)信號(hào)。測(cè)控裝置把環(huán)網(wǎng)鏈路解析功能集成在新協(xié)議接口(new protocol interface,NPI)模塊中，可分別解析3個(gè)間隔的A/B端口鏈路狀態(tài)、應(yīng)用標(biāo)志(application indenfication,APPID)、接收幀數(shù)、當(dāng)前延時(shí)、最小延時(shí)、最大延時(shí)等。NPI模塊新增報(bào)文類型，可統(tǒng)計(jì)環(huán)網(wǎng)端口接收到的全部有效數(shù)據(jù)信息。若報(bào)文數(shù)據(jù)幀持續(xù)15 s不更新，則判斷端口鏈路中斷。

集成式測(cè)控裝置環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 集成式測(cè)控裝置環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4 Ring network topology of integrated measurement and control device

以圖4中的A套集成式測(cè)控裝置為研究對(duì)象，NPI的環(huán)網(wǎng)監(jiān)測(cè)模塊可以監(jiān)視環(huán)網(wǎng)中除了位置⑤和位置⑥之外所有的物理鏈路中斷狀態(tài)，如位置①和位置③的中斷。當(dāng)圖4中的位置①處斷開時(shí)，測(cè)控裝置B端口與16個(gè)就地模塊的連接均為中斷狀態(tài)，而A端口與16個(gè)就地模塊的連接為正常狀態(tài)。當(dāng)圖4中位置③處斷開時(shí)，測(cè)控裝置B端口與比序號(hào)n大的就地模塊連接處于中斷狀態(tài)，與比序號(hào)n小的就地模塊連接處于正常狀態(tài)，而A端口與16個(gè)就地模塊的連接為正常狀態(tài)。

就地模塊根據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)文判別鏈路狀態(tài)，將鏈路信息通過GOOSE信號(hào)發(fā)送給集成式測(cè)控裝置。測(cè)控裝置預(yù)置每個(gè)就地模塊A/B環(huán)網(wǎng)口的通信中斷狀態(tài)GOOSE信號(hào)，用于虛端子連線。測(cè)控裝置根據(jù)GOOSE信號(hào)狀態(tài)，可以判別如圖4中⑥處位置中斷。B套集成式測(cè)控裝置根據(jù)雙套交互報(bào)文判別鏈路狀態(tài)，將鏈路信息通過GOOSE信號(hào)發(fā)送給A套集成式測(cè)控裝置。A套集成式測(cè)控裝置根據(jù)GOOSE信號(hào)狀態(tài)，可以判別如圖4中⑤處位置中斷。集成式測(cè)控裝置根據(jù)接收到的各就地模塊鏈路狀態(tài)信息、自身判別的A/B端口物理鏈路狀態(tài)及環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)視。

2.3 閉鎖

第三代智能變電站技術(shù)框架下，集成式測(cè)控裝置功能有了新的改變。因站控主機(jī)的設(shè)置涉及耦合和集中功能，原來由測(cè)控裝置完成的邏輯閉鎖功能將上移至站控主機(jī)。

集成式測(cè)控裝置的功能拆分成兩部分：間隔測(cè)控功能和跨間隔測(cè)控功能。兩部分功能分別部署于間隔測(cè)控和站控主機(jī)：集成式測(cè)控按間隔配置，站控主機(jī)按整站雙套配置。控制功能在集成式測(cè)控裝置完成，而邏輯閉鎖功能集中在站控主機(jī)完成。集成式測(cè)控裝置通過GOOSE將邏輯閉鎖需要的信息發(fā)送給站控主機(jī)，在站控主機(jī)進(jìn)行全站的邏輯閉鎖條件配置和判別。判別結(jié)果以GOOSE方式發(fā)回集成式測(cè)控裝置。集成式測(cè)控裝置在遙控時(shí)直接調(diào)用接收到的邏輯結(jié)果。

集成式測(cè)控裝置預(yù)置單點(diǎn)、雙點(diǎn)和浮點(diǎn)3種類型的站控層GOOSE發(fā)送數(shù)據(jù)集。測(cè)控裝置按具體工程邏輯閉鎖配置需求，從裝置的制造報(bào)文規(guī)范(manufacturing message specification,MMS)上送數(shù)據(jù)集中選擇需要的信息，復(fù)制到對(duì)應(yīng)類型的站控層GOOSE發(fā)送數(shù)據(jù)集中，實(shí)現(xiàn)GOOSE發(fā)送數(shù)據(jù)集的工程化配置。站控主機(jī)通過站控層GOOSE獲取全部邏輯閉鎖需要的集成式測(cè)控遙測(cè)及遙信信息，采用可視化邏輯編輯的形式實(shí)現(xiàn)閉鎖邏輯配置，實(shí)時(shí)運(yùn)算邏輯結(jié)果，并將邏輯結(jié)果以GOOSE形式通過站控層發(fā)回集成式測(cè)控裝置，供測(cè)控裝置控制時(shí)調(diào)用?？梢暬渲瞄]鎖邏輯如圖5所示。

圖5 可視化配置閉鎖邏輯Fig.5 Visual configuration locking logic

由圖5可知，站控主機(jī)可視化界面根據(jù)測(cè)控裝置提供的數(shù)據(jù)和狀態(tài)搭建閉鎖邏輯圖。若雙點(diǎn)遙信1為分且雙點(diǎn)遙信2為合，或單點(diǎn)遙信1為分，或UA>100 V時(shí)，則刀閘1合允許執(zhí)行。測(cè)控裝置可依據(jù)站控主機(jī)回送信息獲得刀閘1閉鎖邏輯結(jié)果，并將后續(xù)邏輯狀態(tài)(刀閘1合操作結(jié)果)和相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至站控主機(jī)展示界面，以達(dá)到動(dòng)態(tài)仿真監(jiān)測(cè)的目的。

2.4 SCD解耦

目前，普通智能站使用單一SCD文件描述全站配置[12]，涵蓋全部信息模型、智能電子設(shè)備(intelligent electronic device,IED)的實(shí)例化配置、通信參數(shù)及虛端子連線，數(shù)字信息高度耦合，直接關(guān)系到繼電保護(hù)及測(cè)控裝置的正常運(yùn)行，影響范圍廣[13]。SCD文件的任意改動(dòng)，均需重新導(dǎo)出全站設(shè)備的裝置配置文件(configured IED description,CID)。以擴(kuò)建1個(gè)間隔為例，需導(dǎo)入擴(kuò)建設(shè)備的模型文件(IED capability description ICD)配置生成新的SCD文件。由于無法保證原有設(shè)備CID與新導(dǎo)出CID文件的一致性，會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

第三代智能變電站中的集成式測(cè)控裝置把模型分為站控層和過程層，通過在可視化頁面中定義虛擬接收鏈路和接收端子，形成單裝置的CID文件。該文件包括完整的GOOSE/SV發(fā)送數(shù)據(jù)集和接收數(shù)據(jù)集、發(fā)送和接收端子模型。將需要進(jìn)行發(fā)送/接收關(guān)聯(lián)的單裝置CID文件進(jìn)行匯總，形成最小集的SCD，再把匯總后的CID文件進(jìn)行發(fā)送/接收端子拉線，導(dǎo)出目的單裝置CID文件放進(jìn)各個(gè)裝置。SCD解耦效果如圖6所示。

圖6 SCD解耦效果示意圖Fig.6 Schematic diagram of SCD decoupling effect

解耦SCD文件后，擴(kuò)建時(shí)僅需對(duì)新增部分配置文件修改，即可避免文件整體改動(dòng)、縮小驗(yàn)證范圍、減少陪停設(shè)備。

以單個(gè)IED設(shè)備為單位的SCD建模方案，顛覆了傳統(tǒng)SCD文件管理全站配置模型的方式。該方案解決了單一IED設(shè)備模型文件變化影響全站配置文件的問題，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)IED設(shè)備獨(dú)立配置、測(cè)試和管理，提高了智能變電站二次設(shè)備配置的可靠性，降低了因錯(cuò)誤配置導(dǎo)致不正確動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

3 集成式測(cè)控裝置功能驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)集成式測(cè)控裝置能否達(dá)到技術(shù)要求，本文研究、開發(fā)了一套裝置樣機(jī)，并在樣機(jī)上進(jìn)行功能驗(yàn)證。

3.1 硬件架構(gòu)

集成式測(cè)控裝置硬件平臺(tái)采用基于XILINX公司推出的雙核+FPGA處理器ZYNQ 7000系列，主頻率為667 MHz，集成度較高。外圍主要芯片包括2片DDR、1片NORFLASH、1片NANDFLASH、1片SD卡及2片AD芯片。ZYNQ 7000系列低功耗處理器功能完善、性能強(qiáng)大、功耗低，可以滿足集成式測(cè)控裝置應(yīng)用需求，且接入間隔數(shù)量不少于3個(gè)。

集成式測(cè)控裝置硬件平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 集成式測(cè)控裝置硬件平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.7 Hardware platform system architecture of integrated measurement and control device

集成式測(cè)控裝置采用“單通信CPU+單邏輯CPU+單NPI”模式。通信CPU實(shí)現(xiàn)人機(jī)管理及站控層通信功能，邏輯CPU完成數(shù)據(jù)計(jì)算及邏輯判別。機(jī)箱結(jié)構(gòu)統(tǒng)一采用4U全封閉機(jī)箱，開入、開出板卡采用智能I/O模式，板卡與CPU間采用CAN網(wǎng)總線通信；面板組件采用智能液晶，通信CPU使用以太網(wǎng)通信，面板信號(hào)燈通過軟件進(jìn)行控制。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

集成式測(cè)控裝置軟件平臺(tái)采用Nucleus PLUS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單網(wǎng)卡同時(shí)運(yùn)行多個(gè)IP、單裝置同時(shí)運(yùn)行多個(gè)通信配置文件。該平臺(tái)采用基于高速總線的板間數(shù)據(jù)共享技術(shù)，實(shí)現(xiàn)板間數(shù)據(jù)可靠、安全、實(shí)時(shí)的共享訪問；利用嵌入式軟件海量存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集成式測(cè)控裝置大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；通過多模塊重定位技術(shù)，基于嵌入式軟件平臺(tái)的多模塊獨(dú)立編譯、自動(dòng)加載，實(shí)現(xiàn)功能模塊在裝置板卡上的動(dòng)態(tài)集成和靈活部署。

3.3 樣機(jī)功能驗(yàn)證

第三代智能變電站的測(cè)控功能是當(dāng)前探索性提出的新技術(shù)?；谠摷夹g(shù)所研發(fā)的集成式測(cè)控裝置的檢驗(yàn)并無可參照的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，因此樣機(jī)在進(jìn)行內(nèi)測(cè)和中試測(cè)試時(shí)僅能參考同類二次設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

集成式測(cè)控裝置樣機(jī)可用搭建好的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、人機(jī)交互、MMS站控層通信、雙機(jī)切換、閉鎖、環(huán)網(wǎng)鏈路等功能進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)。測(cè)控功能檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)控功能檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Test results of measurement and control function

集成式測(cè)控裝置樣機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)由位于站控層的監(jiān)控主機(jī)或MMS客戶端仿真工具、間隔層的A/B套集成式測(cè)控裝置、HSR光纖環(huán)、一次設(shè)備開關(guān)量就地模塊、模擬量就地模塊、變壓器模塊等構(gòu)成。檢測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖8所示。

圖8 檢測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖Fig.8 Network architecture of detection system

經(jīng)驗(yàn)證：集成式測(cè)控裝置的遙測(cè)、遙信、遙調(diào)和遙控等功能均滿足同類二次設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；升級(jí)后的閉鎖功能可順利實(shí)現(xiàn)本間隔和跨間隔邏輯閉鎖及強(qiáng)制解鎖等功能；雙機(jī)切換設(shè)計(jì)不僅符合冗余切換原則，且在雙網(wǎng)切換時(shí)無數(shù)據(jù)丟失；裝置上環(huán)網(wǎng)鏈路模塊在數(shù)據(jù)信息正確交互的同時(shí)，還可解析所有其他模塊A、B端口的通信鏈路狀態(tài)、APPID、接收幀數(shù)、當(dāng)前延時(shí)、最小延時(shí)和最大延時(shí)等。由測(cè)試結(jié)果可知，集成式測(cè)控裝置結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定、結(jié)果準(zhǔn)確有效，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

應(yīng)用于第三代智能變電站的集成式測(cè)控裝置依據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，堅(jiān)持向高度智能化、數(shù)字化、信息化方向發(fā)展，可簡化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、減少設(shè)備數(shù)量、實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能自愈；通過就地安裝的采集模塊，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)就地化采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸，提高了系統(tǒng)可靠性，提升了運(yùn)維便捷性。該研究為第三代智能變電站的應(yīng)用和推廣奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。