變電站自動(dòng)化與可控電抗器控制器通信系統(tǒng)

韋建波，鄧春明，周 攀，黃啟哲

（1．廣西電網(wǎng)公司河池供電局，廣西 河池547000；2．武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北 武漢430072）

1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與可控電抗器控制器通信內(nèi)容

1．1 基本要求

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)為主機(jī)，可控電抗器控制器為從機(jī)，雙方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口通信，采用符合IEC870－5－103、IEC870－5－103通信規(guī)約；主機(jī)應(yīng)有獨(dú)立的操作界面對(duì)從機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作，有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理從機(jī)上傳的各種數(shù)據(jù)，并能對(duì)從機(jī)上報(bào)的報(bào)警信息作出報(bào)警動(dòng)作。

1．2 控制器可以上報(bào)的內(nèi)容

110kV和10 kV可控電抗器所在母線的系統(tǒng)三相電壓（110 kV 為相電壓、10 kV 為線電壓）、三相電流、有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)；110 kV和10 kV可控電抗器支路的三線電流和無(wú)功功率；以上所規(guī)定的相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)；兩個(gè)控制器的操作日志；控制器監(jiān)控的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)（可控電抗器斷路器狀態(tài)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)狀態(tài)等）；實(shí)時(shí)報(bào)警信息（脈沖輸出故障、功率測(cè)量故障、三相不平衡故障、缺相故障等）以及歷史報(bào)警信息；可控硅控制角度；控制器狀態(tài)（停止、啟動(dòng)、手動(dòng)、自動(dòng)、故障）；控制器操作模式（功率因數(shù)給定控制、無(wú)功給定控制、電壓給定控制和綜合控制）。

1．3 控制器可以接受的操作

兩個(gè)控制器的啟動(dòng)與停止；兩個(gè)控制器的操作模式設(shè)定（功率因數(shù)給定控制、無(wú)功給定控制、電壓給定控制和綜合控制）。

2 采用符合IEC870－5－103 、IEC870－5－104通信規(guī)約的優(yōu)勢(shì)

采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議是提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的站內(nèi)局域網(wǎng)的通信開(kāi)放性、兼容性和可靠性的根本途徑。

廠家的內(nèi)部規(guī)約，相比國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，其成熟度會(huì)較差。國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議常常是組織業(yè)界最為權(quán)威的專家，總結(jié)業(yè)界的許多相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)反復(fù)討論才確定的。而相比之下，廠家的內(nèi)部規(guī)約則不可能做到這一點(diǎn)。另外，國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議是大家廣泛遵守的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)廠家和用戶都是開(kāi)放的，這也更便于不同廠家之間的兼容實(shí)現(xiàn)。

3 通信實(shí)現(xiàn)

可控電抗器上都裝有對(duì)應(yīng)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給可控電抗器控制器即觸摸屏，觸摸屏與PLC之間通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可控電抗器的控制，主機(jī)為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，從機(jī)為可控電抗器控制器觸摸屏，主機(jī)與從機(jī)之間通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接，主機(jī)也可以對(duì)可控電抗器進(jìn)行控制。串口之間采用Modbus協(xié)議通訊，網(wǎng)口之間采用104通信規(guī)約。

3．1 110 kV和10 kV MCR之間的調(diào)節(jié)關(guān)系

110kV和10 kV可控電抗器分別與對(duì)應(yīng)的PLC相接，PLC可以采集可控電抗器所在母線的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，觸摸顯示屏和自動(dòng)化系統(tǒng)都可以對(duì)MCR投入的容量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

根據(jù)車河站實(shí)際情況可分為：當(dāng)110 kV側(cè)母線電壓偏高超過(guò)0．93%時(shí)，若進(jìn)一步投入MCR則會(huì)使110 kV側(cè)母線電壓下降的同時(shí)，10 kV側(cè)母線電壓也會(huì)下降；當(dāng)10 kV母線電壓偏低超過(guò)－1．31%時(shí)，若進(jìn)一步投入電容器組則會(huì)使10 kV側(cè)電壓上升的同時(shí)，110 kV母線電壓也會(huì)上升。

根據(jù)《GBT12325－2008電能質(zhì)量 供電電壓偏差》規(guī)定：35 kV及以上供電電壓偏差正、負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過(guò)標(biāo)稱電壓的10%；20 kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%。可見(jiàn)110 kV、10 kV側(cè)電壓的合格范圍均較寬，在電壓控制過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際情況具體調(diào)整。如針對(duì)110 kV電壓合格、10 kV電壓偏低的情況，可在110 kV電壓不越上限的前提下，適當(dāng)增加10 kV電容器組的出力，將10 kV母線電壓抬高；就110 kV母線電壓偏高、10 kV電壓合格的情況而言，可在保證10 kV母線電壓不越下限的前提下，適當(dāng)加大110 kV MCR的輸出容量，限制110 kV母線電壓偏高，以同時(shí)滿足中、低壓側(cè)的電壓偏差要求，達(dá)到更好的補(bǔ)償效果。

3．2 通信流程

為了實(shí)現(xiàn)通信的網(wǎng)口與串口之間相互自由通信，本文增加了協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

對(duì)于Modbus協(xié)議通信，以Modbus事務(wù)處理（無(wú)差錯(cuò)）為例，當(dāng)服務(wù)器對(duì)客戶機(jī)響應(yīng)時(shí)，它使用功能碼域來(lái)指示正常（無(wú)差錯(cuò)），響應(yīng)或者出現(xiàn)某種差錯(cuò)（稱為異常響應(yīng)），對(duì)于一個(gè)正常響應(yīng)來(lái)說(shuō)，服務(wù)器僅復(fù)制原始功能碼。

網(wǎng)口之間104協(xié)議通信流程包括鏈路初始化、總召喚、召喚一級(jí)數(shù)據(jù)、召喚二級(jí)數(shù)據(jù)、遙控過(guò)程等。本文以總召喚過(guò)程為例，如圖1所示。

3．3 通道配置及調(diào)試

3．3．1 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的通道配置

協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行維護(hù)，將電腦與協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用網(wǎng)口進(jìn)行連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以被多個(gè)設(shè)備訪問(wèn)，以下對(duì)協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行配置。

首先配置接入子設(shè)備的通道。選擇接入的端口，配置“通道參數(shù)”。接入子設(shè)備的通道，工作模式選“主”（以下稱該通道為“主通道”），完成通道參數(shù)配置即可。按照子設(shè)備的參數(shù)，配置通道參數(shù)如規(guī)約、波特率、端口號(hào)、設(shè)備地址等。詳細(xì)方法參見(jiàn)后續(xù)說(shuō)明。該通道按規(guī)約解析子設(shè)備上送的YC、YX等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，存放在該通道的專屬緩沖區(qū)。

圖1 104協(xié)議總召喚流程

再依次配置每個(gè)接入主站的通道。選擇接入主站的通道，工作模式選“從”（以下稱該通道為“從通道”），不僅要完成通道參數(shù)配置，還要配置YC、YX、YK等索引表，選擇從子設(shè)備來(lái)的數(shù)據(jù)。該通道按YC、YX索引表存取主通道的數(shù)據(jù)，打包放在該通道的專屬緩沖區(qū)，依據(jù)主站命令，按照該通道規(guī)約發(fā)送給主站，同時(shí)接收主站的命令，轉(zhuǎn)發(fā)給主通道。

完成后重啟設(shè)備，檢查各通道的通訊情況。主通道主要檢測(cè)手段有查看“通道源碼”，從通道還可以查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。最后就是與主站核對(duì)數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)的正確性，以及做YK等的測(cè)試。

3．3．2 設(shè)置索引表參數(shù)

當(dāng)設(shè)置通道工作模式為“從”時(shí)，需要設(shè)置YC、YX、YK等索引表及系數(shù)等參數(shù)，指定需要發(fā)送的數(shù)據(jù)及順序。設(shè)置前要選擇確認(rèn)需要設(shè)置的通道，即“端口”及“分通道”。設(shè)置方法以設(shè)置遙測(cè)參數(shù)為例（見(jiàn)圖2）。

圖2 遙測(cè)參數(shù)設(shè)置界面

圖2中，最左側(cè)“遙測(cè)點(diǎn)號(hào)”為發(fā)送數(shù)據(jù)的順序，1－N順序排列，N為發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。“遙測(cè)名稱”為數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)，此功能暫時(shí)保留。“設(shè)置發(fā)送點(diǎn)號(hào)”為需要設(shè)置的發(fā)送點(diǎn)的數(shù)據(jù)源，包括兩部分含義，一是該點(diǎn)從哪個(gè)通道來(lái)，二是選自該通道的第幾點(diǎn)，如100001表示通道10的第一點(diǎn)。

3．3．3 通道源碼查看

選擇通道，點(diǎn)擊“啟動(dòng)報(bào)文監(jiān)視”查看報(bào)文。顯示方式有“16進(jìn)制”及“ASCII”碼方式兩種。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合車河變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，提出了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與可控電抗器控制器之間的通信內(nèi)容，并為實(shí)現(xiàn)該內(nèi)容進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)以及模擬現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明本設(shè)計(jì)很成功，能夠根據(jù)變電站實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償調(diào)整，也能夠接受系統(tǒng)的操作命令。

［1］ 黃益莊．變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2000．