智能變電站一體化電源監控系統

吳 博，呂曉平，盧澤光，張曉花（.青島供電公司，山東 青島 66600； .濟南供電公司，濟南5000； .德州供電公司，山東 德州 500；.魯能智能技術有限公司，濟南 5000）

智能變電站一體化電源監控系統

吳 博1，呂曉平2，盧澤光3，張曉花4
（1.青島供電公司，山東 青島 266600； 2.濟南供電公司，濟南250001； 3.德州供電公司，山東 德州 251100；4.魯能智能技術有限公司，濟南 250001）

針對常規變電站站用電源系統的自動化、信息化水平低，經濟性差，維護技術要求高，維護成本高等問題，設計并實現了一種結構簡單、配置靈活方便的智能變電站一體化電源監控系統。本系統采用分層式結構設計和基于認知的自適應的通信方法，將全站交流、直流、UPS、通信電源裝置統一管理，實現一體化配置、一體化監控，系統結構簡單，對上對下的接口豐富，將各類站用電源裝置通信網絡化，實時監測一體化電源系統與上位機/下位機的是否匹配，無需人為手動修改配置，使用靈活方便，減少了操作人員的技術要求，降低了維護成本，提高了運營效率。本系統已經成功應用于國內多個智能變電站，運行情況表明系統運行穩定、可靠。

一體化電源；變電站；認知；自適應

0　引言

常規的變電站站用電源分為交流電源監控、直流電源監控、電力用交流不間斷電源監控、通信電源監控等，各個子系統采用分散設計，獨立組屏，設備由不同的供應商生產、安裝、調試，供電系統也分配不同的專業人員進行維護管理。這種設計方式會帶來很多局限性例如：自動化、信息化程度不高；經濟性差；安裝、服務協調較難；運行維護不方便等。

由于不同廠家的電源裝置存在技術上的脫節不協調，在運行調試時遇到很多問題，有時甚至影響設備的正常運行，特別是對于智能變電站和無人值班電站，影響更大。如果系統軟件的需求增加、數據的增減，可能會導致一體化電源系統的與直流、交流等電源系統軟件版本不匹配，設備無法正常運行。

基于此我們將按照層次化、模塊化的設計方式，采用基于認知的自適應匹配的通信機制，涉及了一套智能變電站一體化電源系統。本系統將全站交流、直流、UPS、通信電源裝置統一管理，實現一體化配置、一體化監控，系統結構簡單，對上對下的接口豐富，將各子站用電源裝置通信網絡化，實時監測一體化電源系統與上位機的軟件版本是否匹配，無需手動修改配置，使用時靈活方便，提高了配置維護效率。

此系統投運后，可以對整個電源系統的信息采集、狀態檢測、故障預警、過程控制進行統一的集中管理。從技術上保證了系統的準確及時預警、故障的及時發現和處理。一體化電源總監控裝置，可以作為變電站電源系統的集中控制平臺，實現對整個變電站電源系統的集中監控，由專門的一體化電源運行人員來監測和維護。

1　智能變電站一體化電源監控系統架構

圖1　一體化電源監控系統架構框圖

一體化電源監控系統采用分層次設計，每個電源子系統可以有獨立的分監控，保證了電源運行的獨立性，不會因為某一部分電源故障導致整個一體化電源系統癱瘓。同時，設置一體化電源總監控裝置對各子監控進行統一、集中管理，使整個一體化電源系統形成一個有機的整體。

系統采用分層分布式設計共分三層，分別為總監控、分監控層、采集模塊層。具體系統架構如下圖1所示。

一體化電源總監控系統為總監控，相當于數據采集裝置，負責對下采集各個分監控的數據，并負責對上轉發采集數據，處理上級數據處理中心的控制命令并下發到裝置中。監控裝置通信方式多樣，與后臺進行通信時支持CAN，RS-232，RS-485，網線等通信方式；并且支持多種通信規約，通信電力常用的RTUMODBUS規 約，CDT規 約、IEC101規 約，IEC103規 約，IEC104規約，IEC61850等。

直流電源監控、交流電源監控、通信電源監控、逆變電源監控為分監控，負責對下各個智能采集模塊的數據采集和控制操作，對上（總監控）數據傳輸和命令響應。同總監控一樣可以支持多種接線方式和規約。可以根據各個變電站的實際應用靈活配置。

采集模塊層主要負責變電站各個基礎單元的數據采集與控制執行。采集模塊的數量、有無可以通過在各個分監控裝置內靈活配置。因為總監控可以適應多種通信方式和規約。所以無需重新添購裝置和設備，直接將現有變電站的各種模塊接入分監控即可。對于新建站，可以采用圖1一體化電源監控系統架構框圖種列出的各種模塊。其中，采樣模塊主要采集各個系統的母線電壓、電流等重要信息。開入模塊主要采集各個系統的開關狀態、饋線狀態、饋線接地報警等信息。開出模塊實現控制開關的實時控制和報警動作的開出等。絕緣檢測裝置、電池巡檢模塊、充電機、UPS、ATS等模塊可以根據各變電站的實際需求接入相應的設備。

2　智能變電站一體化電源監控系統

2.1分層式設計

現有的電源監控裝置，多使用工控機（電腦）或者插板式（多個模塊集合式）裝置。這種一體化電源監控裝置存在以下缺陷：

（1）造價高、成本投入大；

（2）體積大、安裝配置不方便；

（3）一體化裝置顯示形式單一、界面不夠豐富。

（4）功能比較固定，配置不夠靈活。

鑒于以上情況，將一體化電源監控系統采用分體式電源監控設計。電源監控由三部分組成，包括信息管理模塊、人機交互裝置、電源模塊。如圖2所示。

圖2　一體化電源監控系統結構

電源模塊負責給信息管理模塊和人機交互模塊供電。信息管理模塊負責系統所有數據信息的采集、保存、處理、傳輸等工作。人機交互模塊負責數據展示和與人交互等工作，與信息管理模塊通過串口進行通信和數據的交互。

2.1.1信息管理模塊

通信管理模塊為以高性能的32位ARM芯片為核心使用linux系統的信息綜合處理平臺，提供了多種接口（16路串口、2路CAN通訊口、2路USB口、2路網口、1路B碼對時口等），支持多種規約。

通信管理模塊應用軟件采用模塊化、層次化的設計方式，方便以后代碼的移植以及升級維護。本軟件設計可分為三層，數據采集層、通訊控制層、業務邏輯層。數據采集層主要負責完成數據的采集功能，與智能采集模塊進行通信；通訊控制層是本系統的基礎層，它銜接數據采集層與業務邏輯層，實現整個系統的數據管理及信息的上傳下達。邏輯業務層是針對一體化監控的邏輯控制功能整合，其中包括充放電管理、開出管理、報警管理、事件管理、自動硅鏈控制等。

圖3　信息管理模塊軟件結構圖

2.1.2人機交互模塊

人機交互模塊采用MCGS觸摸屏。該觸摸屏造型小巧，結構簡單，便于安裝。具有耐高低溫、防電磁干擾，運行穩定等特點，能夠適應變電站對設備的工業級要求。

人機交互模塊的軟件采用圖形化設計，可直觀展示變電站的系統結構圖、系統接線圖，并且可以顯示各個單元的實時開關狀態，電壓電流等模擬量數據和報警提示。根據需要可以產生充放電曲線，電池電壓電流等數據的報表。

2.1.3電源模塊

電源模塊使用AC220V/110V轉DC24V開關電源作為監控電源模塊給監控信息管理模塊和監控人機交互模塊供電。

2.2基于認知的自適應的通信方法

圖4　基于認知的自適應的通信系統

智能電網是電網技術發展的必然趨勢。通訊、計算機、自動化等技術在電網中得到廣泛深入的應用，并與傳統電力技術有機融合，極大地提升了電網的智能化水平。目前電力設備的通信機制是先人工手動配置端口信息，然后保存參數重啟生效。如果下位機更換其他類型的設備需要重新修改配置，然后保存參數重啟生效。這種配置修改-保存-重啟的機制對操作人員的技術要求高，靈活性、兼容性差。

基于上述問題我們將認知的自適應的通信機制應用到一體化電源監控系統中。從通信系統的角度認知包含的基本功能：觀察、學習、記憶、決策，即對獲取的信息以及當前觀察結果做出響應。本方法滿足了用戶需求的靈活可靠通信。

基于認知的自適應的通信系統，包括：智能系統和外部環境。智能系統通過接口與外部環境通信；外部環境包括下位機模塊和后臺。

智能系統包括觀察模塊、自學習模塊和行為模塊。觀察模塊與自學習模塊通信，自學習模塊與行為模塊通信。

觀察模塊包括消息單元和系統內部狀態單元，根據系統的內部狀態從自學習模塊獲取信息向下位機發送消息，并將收到的消息給自學習模塊。消息單元指系統與下位機通信的數據，模塊之間交互的數據。系統內部狀態單元包括端口未配置、配置中、配置完成和啟動異常。

自學習模塊包括依次連接的推理單元、信息庫、學習單元和策略庫。自學習模塊接收觀察模塊的消息，通過學習和推理制定發送策略，在信息庫中查找相應的發送信息。對收發的信息進行學習和推理，制定相應的配置策略。推理單元指對接收到的已知消息進行處理，推斷出下位機的類型。信息庫指所有系統支持的下位機的消息集合。學習單元指對消息的觀察、推理。策略庫包含未配置的發送策略、配置成功后的發送策略、配置策略、轉發策略、分組策略。

行為模塊包括自適應配置單元、數據轉發單元和分組調度單元。根據學習模塊的配置策略對設備進行配置，系統將接收到的測點數據根據不同類型分組向后臺轉發。自適應配置單元根據系統端口下接設備的不同自動匹配，無需用戶手動修改配置文件。數據轉發單元用于將測點數據對后臺轉發。分組調度單元根據數據類型的不同、測點數據的個數分類型分組的發送。

本方法具有自動識別下位機，方便操作，靈活性、兼容性強的優點。

3　現場應用及優勢

本項目開發完成的智能變電站一體化電源系統，已通過了電力工業電力系統自動化設備質量檢驗測試中心的型式試驗；目前，本項目已通過有關專家的鑒定，并在全國多個省市供電公司推廣應用，得到一致好評。

與我公司及行業內現有產品相比具有以下優勢：

（1）整個系統的網絡化、智能化、數字化水平更高；一體化設計，多套系統可共用蓄電池組，經濟性更好；一體化設計，分布式實現，更注重故障隔離；

（2）一體化電源對內統一設計，對外統一通信接口，依據行業推薦標準進行模型及通信接口，兼容性更好；

（3）整個系統安裝裝配方便，不占用單獨的屏體。布局方便，節省成本；

（4）本系統自動識別下位機，降低了維護人員的技術要求，操作方便，靈活性、兼容性強 提高了施工效率，減少了維護成本。

4　結論

本系統基于認知的自適應匹配的通信機制，將全站交流、直流、UPS、通信電源裝置統一管理，實現一體化配置、一體化監控，系統結構簡單，對上對下的接口豐富，將各子站用電源裝置通信網絡化，實時監測一體化電源系統與上位機的軟件版本是否匹配，無需手動修改配置，使用時靈活方便，提高了配置維護效率。通過監控裝置分體式模塊化設計，減少了監控占用空間，節省了成本。基于行業標準設計的模型及通訊接口，在進行一致性測試時有明顯優勢。綜合所述，該系統是一套技術先進、性能可靠、節能環保、符合智能化變電站設計規范的智能變電站一體化站用電源系統，目前，國內已開始推廣使用。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.142