基于電力二次系統(tǒng)的自動一體化平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

于學(xué)海　秦榮海　任稷松　張金曄　趙昌健　賈培偉

摘 要：經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，對電力需求加大的同時(shí)，電力二次系統(tǒng)的市級調(diào)度顯得尤為重要，文章針對電力二次系統(tǒng)設(shè)備集成數(shù)據(jù)的智能化管理模式分析的基層上，開發(fā)設(shè)計(jì)一套對各二次系統(tǒng)設(shè)備及資源配置故障信息進(jìn)行綜合處理的智能自動一體化平臺構(gòu)建及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。將與自動化業(yè)務(wù)相關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過統(tǒng)一的智能接口采集到平臺中進(jìn)行集中一體化處理。

關(guān)鍵詞：變電站；一體化化平臺；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1 變電站自動一體化系統(tǒng)的構(gòu)建

基于常規(guī)二次系統(tǒng)開發(fā)了變電站綜合自動化系統(tǒng)。它是一種變電站二次設(shè)備（主要包括控制、測量、信號、自動裝置、保護(hù)、遠(yuǎn)動裝置）利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，自動監(jiān)測變電站綜合自動化系統(tǒng)的測量、控制和協(xié)調(diào)。它具有以下特點(diǎn)：功能集成（其綜合的程度可以通過不同的技術(shù)變化而設(shè)定），結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)微機(jī)化、操作和監(jiān)控、智能化的操作和管理。

基于微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)和自動裝置的介入（RTU），承擔(dān)整個(gè)變電站的信息處理，和上一級調(diào)度通信和所有監(jiān)控，中央信號及自動保護(hù)功能。變電站綜合自動化的基本結(jié)構(gòu)分為兩類：第一類是控制室的集中控制系統(tǒng)，分為兩個(gè)子系統(tǒng)。第二類是一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，分為兩個(gè)部分：一是信號、測量、控制、脈沖和保護(hù)。控制單元安裝在開關(guān)柜中。計(jì)算機(jī)集成自動化系統(tǒng)是分層、分布式的各種微型計(jì)算機(jī)和微處理器的主要組成部分。

2 自動一體化平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近期較多變電站自動化系統(tǒng)根據(jù)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，利用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即橫向根據(jù)電壓等級和間隔，縱向分站控制層和層間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)的變電站站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式、層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)目前有三種RS-485串行通信網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)。串口通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，通信速率低，一般小于9.6Kbps；星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用時(shí)的擴(kuò)展網(wǎng)站功能是困難的；在總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的使用，因?yàn)椴荒苓_(dá)到平衡傳輸，傳輸速率和效率都不滿意。

現(xiàn)場總線在通信速度、實(shí)時(shí)性、可靠性等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于簡單的串口通信技術(shù)，是變電站自動化系統(tǒng)中的主要通信技術(shù)，但也存在許多缺點(diǎn)：當(dāng)變電站通信節(jié)點(diǎn)超過某個(gè)數(shù)字時(shí)，響應(yīng)速度快，不能滿足大型變電站的要求，總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中可能會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件的設(shè)計(jì)，很難使通信網(wǎng)絡(luò)的變電站自動化系統(tǒng)。以太網(wǎng)已成為變電站自動化系統(tǒng)通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。以太網(wǎng)的帶寬為10M、100M的以太網(wǎng)也廣泛使用，甚至超大型變電站，變電站自動化系統(tǒng)通過節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到200個(gè)，以太網(wǎng)可以滿足實(shí)時(shí)性的要求。以太網(wǎng)可用于同軸電纜，雙絞線，光纖通信介質(zhì)，可用于網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的可靠性可以通過使用基于集線器的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)化布線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，而任何節(jié)點(diǎn)的故障都不會被集線器傳播。

為了節(jié)省投資，提出了以以太網(wǎng)為形式的變電站自動化系統(tǒng)，并將其與現(xiàn)場總線連接在一起。大型變電站自動化系統(tǒng)，提出了利用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分層分布式系統(tǒng)下，使用100M以太網(wǎng)的站控層、10M以太網(wǎng)的使用，是基于星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的中心，可以根據(jù)需要選擇雙絞線或光纖傳輸介質(zhì)。層間保護(hù)裝置、控制裝置、自動裝置采用以太網(wǎng)接口，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，將設(shè)備屬間隔和物理位置連接到適當(dāng)?shù)拈g隔層集線器，所有的站控制層設(shè)備都直接連接到車站控制層的控制層。

3 自動一體化平臺的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)綜合自動化站RTU站的跡象明顯。只有通過通信網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)省大量的電纜，實(shí)現(xiàn)雙向全雙工信道的真實(shí)感，但通信網(wǎng)絡(luò)必須滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求，如CAN總線結(jié)構(gòu)，LonWorks總線結(jié)構(gòu)等，但必須保證通信網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠、傳輸速度必須滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求。車站通信系統(tǒng)在變電站自動化系統(tǒng)中起著非常重要的作用。變電站自動化系統(tǒng)的功能可以從邏輯上分布在三個(gè)層次：變電站層、間隔層或細(xì)胞層、過程層。第一層為變電站層，由層間得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，承擔(dān)車站操作員和遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)工程師站人機(jī)界面，監(jiān)控、管理和控制變電站控制室功能，并負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程控制中心通信。層單元的第二層負(fù)責(zé)的任務(wù)，如通信管理和較低的本地設(shè)備和智能電子設(shè)備控制（IDE），還負(fù)責(zé)翻譯工作的通信協(xié)議。第三層是模擬量，開關(guān)量和脈沖量數(shù)據(jù)采集，保護(hù)和控制操作的輸出，是數(shù)字量和模擬量輸入/輸出功能。三層間的通信系統(tǒng)。站的通信系統(tǒng)主要是指第一層和第二層之間，和之間的第二層和第三層的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，它可以通過傳統(tǒng)的RS-485總線，站的高速網(wǎng)絡(luò)或標(biāo)準(zhǔn)的高速以太網(wǎng)通信技術(shù)，各層之間的數(shù)據(jù)交換。站內(nèi)通信系統(tǒng)中有多種組件，系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是分層分布式的。

4 各種站內(nèi)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較分析

通過對站內(nèi)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，我們不難看出，站內(nèi)通信系統(tǒng)由于應(yīng)用環(huán)境不同，設(shè)計(jì)思想的側(cè)重點(diǎn)也有所不同，在實(shí)際運(yùn)行中各自的性能也各有千秋，隨著電網(wǎng)改造的深入，很多變電站投入運(yùn)行，最近的110kV和間隔層、過程層是基于LonWorks現(xiàn)場總線和CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間以上變電站通信系統(tǒng)，其中一些直接使用以太網(wǎng)LAN和RS-485總線不再使用；站層和間隔層在基于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信。LonWorks總線，CAN總線和以太網(wǎng)通信系統(tǒng)完全能滿足變電站自動化系統(tǒng)通信的要求。從這里我們可以看到在那里的趨勢的車站通信系統(tǒng)。這是歡迎的文件。從硬件和軟件的兼容性，從通用性和易用性的角度出發(fā)，文章認(rèn)為變電站自動化系統(tǒng)的通信是基于以太網(wǎng)和高速以太網(wǎng)是最好的模式。

另外，在安裝、調(diào)試和維護(hù)的角度來看，現(xiàn)在的通信系統(tǒng)的主要瓶頸是與各種智能電子設(shè)備的變電站層，如直流充電系統(tǒng)、小電流接地系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)。IDES通常用于通過RS-232/485口變電站層溝通。雖然這種設(shè)備不高，現(xiàn)有的通信方式可以滿足要求，但是在安裝、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的過程中，它往往需要花費(fèi)大量的人力和物力來進(jìn)行通信協(xié)議的通信。如果各種智能電子設(shè)備（IDEs）都能采用以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與變電站層通訊，那么其通用性和易用性都能得到很大的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]范金華，萬炳才.華東電網(wǎng)智能變電站的試點(diǎn)研究分析[J].華東電力，2010（7）.

[2]智全中，秦廣召，婁偉，等.五防系統(tǒng)在智能化變電站中應(yīng)用分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009（23）.

[3]黃文龍，程華，梅峰，等.變電站五防一體化在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009（23）.

[4]管保安，周軍.基于大網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)+間隔內(nèi)閉鎖設(shè)計(jì)思想的網(wǎng)絡(luò)型微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009（17）.

[5]陳志軍，李劍剛，高宏偉.500kV綜合自動化變電站的防誤閉鎖應(yīng)用[J].繼電器，2006（18）.

[6]廖冬初，蔡華鋒.基于CAN總線的溫度測控系統(tǒng)研制[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2005（5）.