變電站智能化監控系統中通信設備自動化配置方法研究

鄧勝恩

（國網湖南省電力有限公司湘西供電分公司，湖南 湘西 416000）

0 引 言

隨著電力系統持續不斷的發展，變電站作為電網的核心組成部分，其智能化監控系統已經成為確保電網安全穩定運行的關鍵[1]。在這樣的背景下，實現通信設備自動化配置的方法就顯得尤為關鍵，因為只有如此才能有效提升變電站智能化監控系統的效率。

1 變電站智能化監控系統概述

1.1 系統定義

變電站智能化監控系統是一種集物聯網、大數據、人工智能等先進技術于一體的電力系統智能化解決方案，該系統通過部署大量高性能傳感器，實現對變電站設備運行狀態、環境數據以及安全隱患的實時監測，具體結構如圖1 所示[2]。

圖1 變電站智能化監控系統的結構

1.2 系統組成

以Cronet CC-5428-NS為代表的千兆交換機為例，將其用于變電站智能監控。變電站智能化監控系統支持多個千兆電口和擴展槽，此類交換機應具備豐富的2 層功能，以滿足變電站內部復雜的網絡需求。通過交換機的多個端口，連接并采集變電站內各種設備（如傳感器、智能儀表等）的數據。交換機通過簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP）等協議與網安監測設備對接，實現被動輪詢和主動上報2 種方式的數據交互。通過這種方式，監控中心可以實時掌握變電站網絡的安全狀態，及時發現并處理潛在的安全風險。

1.3 系統缺陷

變電站智能化監控系統存在的問題包括監控孤島、無法聯動預防事故、缺失消防事件遠程監控、缺乏環境監控、不能遠程干預電氣設備偷盜、機械門鎖安全性低及實時監控管理不足等。常規變電站缺乏自診斷、故障記錄分析和資源共享能力，難以檢測二次系統故障和全面記錄分析運行參數與故障信息。雖然在線感知系統能監測設備參數，但存在反饋不及時、無法提前判斷異常和處理故障等問題。

2 通信設備自動化配置方法

2.1 通信設備自動化配置的概念

通信設備自動化配置為了保證數據可靠傳輸，往往需要制定固定格式的通信數據幀。通信雙方需要按照制定好的格式組織和解析數據[3]。通過配網自動化終端設備實現自動化網絡配置，提高網絡管理效率，減少成本，并實現實時監控和控制。自動化網絡技術能夠實現自動發現、自動化配置、自動排錯、自動管理以及自動優化等功能。

2.2 通信設備自動化配置的流程

準備通信參數配置信息，商定通信數據幀的格式，選擇合適的數據幀校驗算法，說明通信方式。例如，網口進行傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）通信時，需要說明設備是服務端還是客戶端。制定控制命令，根據設備控制情況，制定具體的控制指令值，并給出指令用途與指令數據域的詳細內容。在某些情況下，還需要根據具體需求選擇配置模板或用戶模板進行配置。

2.3 通信設備自動化配置的關鍵技術

首先，自動化配置系統須自動協商和設置參數，確保設備間通信順暢。通過自動協商機制，系統根據設備通信能力和需求，確定最佳通信參數配置，實現設備互操作性和數據交換一致性，并根據通信環境和數據特性優化調整。其次，自動化配置系統須動態生成并執行控制命令，如開啟/關閉設備、設置參數、查詢狀態等。最后，系統應根據設備實際情況和控制要求，自動構建相應命令并通過通信網絡發送給設備執行。為了實現對全變電站主要設備和輸配電線路的自動監視、測量、控制、保護以及調度通信等綜合性自動化功能，系統須根據設備的實際情況和控制要求自動構建相應的命令，并通過通信網絡發送給設備執行。通過系統的智能化和自動化功能，變電站能夠實現設備管理的精細化，提高運行效率，保障供電安全。系統不僅可以根據預設的參數和邏輯來判斷設備的工作狀態，還可以實時監測數據。

自動化配置系統與調度中心實現了無縫對接，能夠實時上傳變電站的運行數據和設備狀態，接收調度中心的控制指令，并根據指令動態調整設備的運行狀態。這種自動化的通信方式大大提高了變電站的響應速度和運行效率。

3 變電站智能化監控系統中通信設備自動化配置方法研究

3.1 需求分析

變電站智能輔助監控平臺需要向變電站監控系統傳輸實時數據、實時告警數據以及視頻聯動，實現與變電站視頻監控設備之間的實時視頻調用、歷史視頻調用、云鏡控制等功能[4]。根據《智能變電站技術導則》的定義，智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳以及環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成現場的需求采集。

3.2 自動化配置方法的設計與實現

為規范智能變電站的建設，滿足大運行和調控一體化要求，按照“三統一”原則，明確子系統功能、組網方案、關鍵指標、部署建議以及設備選型。系統根據變電站設備配置和通信需求，自動調整配置參數，支持多種通信協議和數據格式，實現設備間無縫對接。一旦發現錯誤，系統立即啟動糾正機制，記錄關鍵信息和結果，賦予常規變電站自診斷能力，優化在線感知系統，實現設備參數實時反饋和異常預警。采用IEC 61850系列標準，方便系統集成，降低工程費用[5]。因此，可以快速解除異常，使系統盡快恢復正常狀態。

3.3 自動化配置方法的性能評估

監控主機的多功能標準接口能夠接入不同廠家的各種探測器、傳感器以及安防、消防設備，具有良好的兼容性。變電站智能化監控系統應滿足國家電網的“四統一”要求，包括統一監控、調度、配置及報表，滿足信息數字化、功能集成化、結構緊湊化并狀態可視化的要求。通過整合原有的分散系統，如計算機監控、保護信息子站、五防子站、電能計量及在線監控等，智能變電站優化了系統結構。自動化配置的性能評估結果如表1 所示。

表1 自動化配置的性能評估結果

設備的吞吐量達到了100 Mb/s，延遲為10 ms，相對較低，丟包率為0.1%，在可接受的范圍內。轉發速度為50 000 pps，表現出良好的數據轉發能力。網絡節點的可達性為100%，說明網絡連接非常穩定。信道利用率為70%，信道容量為1 Gb/s，還有一定的提升空間以應對未來的數據傳輸需求。帶寬利用率為60%，說明當前網絡帶寬的使用相對合理。平均傳輸延遲為15 ms，延遲抖動為±5 ms，都在可接受的范圍內。系統的可靠性為98.99%，可用性為高，最大并發連接數為1 000，響應延遲為5 ms，每秒處理請求數為500 req/s，數據庫大小為1 TB，具備較大的存儲容量。最大并發事務處理能力為200，最大連接數為500，吞吐量為500 Mb/s，響應時間為8 ms，資源利用率為75%，整體表現良好。

4 結 論

本研究提出的自動化配置方式，旨在為變電站智能監控系統提供技術支持，優化系統架構，全面滿足變電站自動化監控系統需求。考慮智能變電站自動化系統采用3 層2 網結構設計，在網絡設備優化處理方面加大力度，使通信質量最大化，簡化網絡設備管理，從而有效支持變電站智能監控系統的運行。