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变电站综合自动化系统体系结构研究

更新:2019-07-17

摘要:在分析了经常使用变电站综合自动化系统的结构、特点和经常使用系统不足的根蒂根基上,提出了一种基于4层结构模子的变电站综合自动化系统。它现实采用的是一种分层的功能模块化设计思想,硬软件可做到模块化、通用化,能凭据分歧类型变电站的一次接线方式实现分歧的系统设置装备摆设。整个系统的靠得住性较高,可维护性和开放性较好。文中较具体地论述了该系统的组成和原理。

关头词:变电站综合自动化;智能电子装备;系统结构;变电站


1引言

计较机技术、信息技术、多媒体技术和智能控制技术等在电力系统自动化领域获得了普遍运用。变电站综合自动化系统是哄骗计较机控制、网络、数据库、现代通讯等技术将变电站所有二次装备(包括控制、旌旗灯号、丈、庇护、自动装配及远动装配等),经过功能组合和化设计,对变电站执行自动监视、丈、控制和协调来提高变电站运行效率和经管水平的一种综合性的自动化系统。它完全取代了常规监视仪表、操作控制屏柜、模拟屏柜、中央信息系统、变送器及常规远动装配等装备,提高了变电站的平安与经济运行水平。变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统已成为今朝电力系统的主要成长趋向。本文分析了今朝变电站综合自动化系统几种典型的结构和技术特点,在此根蒂根基上采用面向对象的分层散布式结构设计,提出了一种新型四层变电站综合自动化的系统结构。

变电站综合自动化系统系统结构按设计思想分可分为集中式、散布式和涣散(层)散布式;按安装物理位置分则可分成集中组屏、分层组屏和涣散在一次装备距离安装等形式。

2变电站综合自动化系统典型结构和技术特点

2.1集中式结构

集中式的变电站综合自动化系统结构按信息类型划分功能。采用这类结构的系统其功能模块与硬件无关,各功能模块的毗连经由过程模块化软件实现,信息是集中收集、处置和运算的。受计较机硬件水平的限制,该结构在早期自动化系统中运用较多,图1是一种较典型的集中式结构[1]。此类结构对监控主机的性能要求较高,且系统处置能力有限,开发手段少,系统在开放性、扩大性和可维护性等方面较差,抗干扰能力不强。

2.2散布式结构

散布式结构则按功能设计,如按庇护和监控等功能划分单元,散布实施。其结构采用主从CPU协同工作方式,各功能模块如智能电子装备(IntelligentElectronicDevice,IED)之间采用网络技术或串行方式实现数据通讯。散布式结构有助于系统扩大和维护,靠得住性好,局部故障不影响系统其它模块正常运行。安装方式有集中组屏和分层组屏两种方式,较适合于中低压变电站。系统结构如图2所示。


2.3涣散(层)散布式结构

涣散(层)散布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象,就是面向电气一次回路装备或电气距离装备,距离层中数据、收集、控制单元(I/O单元)和庇护单元就地涣散安装在开关柜上或其他一次装备四周,相互间经由过程通讯网络相连,与监控主机通讯。今朝,此种系统结构在自动化系统中较为流行,主要缘由是:①现在的IED装备年夜多是按面向对象设计的,如门的线路庇护单元、主变庇护单元、小电流接地选线单元等,虽然有将所有庇护功能综合为一体的趋向,但具体在庇护安装接线中仍是面向对象的;②哄骗了现场总线的技术势,省往了年夜二次接线,控制装备之间仅经由过程双绞线或光纤毗连,设计规范,装备安插整洁,调整扩建也很简单,成本低,运行维护利便;③系统装配及网络鲁棒性强,不依赖于通讯网和主机,主机或1台IED装备损坏其实不影响其它装备的正常工作,运行靠得住性有保证。系统结构如图3所示。


系统结构的特点是功能涣散,经管集中。涣散(层)散布有两层寄义:其一,对于中低压电压品级,不管是I/O单元仍是庇护单元皆可安装在响应距离的开关盘柜上,形成地舆上的涣散散布,如文献[2]所示的系统;其二,对于110kV及以上的电压品级,即使没法把距离单元装在响应的开关柜上,也应集中组屏,在屏柜上明确区分响应距离对应的单元,在物理结构上相对自力,以利便各距离单元响应的操作和维护,如文献[3]所计议的结构。

上述3类变电站综合自动化系统结构的配合错误谬误是:由于电力通讯规约的不兼容,分歧接口需要进行通讯规约转换,因而在通用性、开放性等方面的性能较弱,使用处合遭到较年夜限制。

3新型变电站综合自动化系统结构

3.1系统结构模子

计较机、通讯及网络数据库技术的成长使变电站信息综合经管成为可能。将计较机局域网(LAN)技术引进变电站综合自动化经管系统,已成为现在的一研究热门。文献[4]提出了一种在500kV变电站引进信息经管的方案,它将变电站各IED装备经由过程用网关装备直接接进以太网,站内各监控机、服务器、工作站接进统一网络。但这类方案价格昂贵,技术复杂,协调坚苦,对分歧接口需要进行通讯协议转换,维护工作较年夜。就若何引进LAN进行信息经管和处置电力通讯规约转换这两个焦点问题,作为一种新模式的测验考试,参照IEC提出的3层尺度结构,可将原本的进程层(processlevel)、距离层(baylevel)、站级层(stationlevel)细化为进程层(processlevel)、二次装备控制层(secondarydevicecontrollevel)、通讯经管层(managementlevel)和信息经管层(informationmanagementlevel)4层。连系面向对象的分层散布式结构设计,提出了一种新型的变电站自动化系统系统4层结构,重点是解决通讯经管层中的电力通讯规约转换问题和信息经管层中的变电站信息综合经管问题。其系统功能主要体现在:

①实现底层二次装备的控制智能化和数字化;

②实现变电站常规远动功能;③实现变电站的信息集中经管和监控。系统结构示意图如图4所示。


3.2系统分层及其功能

系总共分4层,即信息经管层、通讯经管层、二次装备控制层和生产进程层。生产进程层由变电站一次装备组成,是系统的底层;二次装备控制层则由各智能装备(IED)组成,实现对各自对象(母线、馈线、主变压器、电容器等)的控制和庇护功能;通讯经管层由毗连IED的现场总线和作为通用网关的主/备前置机系统组成,是系统的通讯枢纽,负责站内数据收集、毗连站级计较机、毗连远动系统等;信息经管层是系统的高层,主要由站级计较机组成,包括服务器、工作站等,形成站内计较机局域网,运行变电站SCADA/EMS(SupervisoryControlandDataAcquisi-tion/EnergyManagementSystem)系统,实现数据库经管、站级控制、人机接口等功能;面向变电站所有装备的历史数据、参数数据在主/备服务器中的建立,而每一个操作员工作站节点中均建有实时数据库,可采用双以太网冗余结构构建。

3.3系统原理

如图4所示,二次装备控制层中的IED与生产进程中的一次装备接口,按响应的规约直接实现信息的收集与控制调理,进行存储、转发,IED可经由过程光纤或现场总线与通讯经管层毗连,实现信息的收集与分配,分歧类型的IED在二次装备控制层中不能直接进行信息交换,而是经分歧的现场总线经由过程前置机这个网关来进行信息交换。通讯经管层中的前置机系统可同时接进多种电力通讯规约的总线装备(可经由过程多串口卡实现),而且向上挂接在信息经管层网络上,是局域网中的重要节点,起着收集站内生产信息上传和下发经管层控制信息的作用。变电站二次装备的各类数据丈、事务记实、故障录波与控制等所有功能全数在二次装备控制中实现,不依赖于站级计较机。在前置机系统中还可接进定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)对时旌旗灯号和串行Modem,以实现远动功能。在此情况下,前置机系统相当于一远方终端单元(RemoteTerminateUnit,RTU)的功能。信息经管层中的SCADA系统经由过程参数数据的界说建立各节点的实时数据库并畴前置机处获得实时数据,另由门的线程分析实时数据库中的数据后再写进历史数据库,各工作站节点的历史数据查询则经由过程C/S模式从主/备服务器获取。若是需要远程阅读,则可设置Web服务器,哄骗Modem与公用电话网拨号登录站内局域网,经由过程Web阅读器进行阅读和查询。此外,可在站内设置远程网桥,远程工作站经由过程该远程网桥获取当地局域网(LAN)信息等[5]。在信息经管层中,基于所构建的网络,也可在其中置进变电站综合多媒体经管信息系统,经由过程用网关和尺度数据接口与SCADA系统交换生产信息[6]。

综上所述,4层结构模式的提出,解决了在变电站综合自动化系统实施中的两年夜瓶颈问题,即分歧协议的IED的并网和开放式的变电站综合信息经管。基于这类4层结构模式,可以灵活设置装备摆设各类自动化系统,知足分歧类型变电站的需要。如对分歧的信息经管层的网络操作系统,可选择NT网、Novell网、UNIX网,甚至IBM的OS/2系统[7]也可经由过程网关装备实现站内多网并存。如对信息经管层中的现场总线,可选择485/422口的MODBUS/RTU、CAN、LONWORKS、BITBUS、FROFIBUS等。此外,二次装备控制层可选用基于单片机的用庇护装备,也可选择通用的可编法式逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)装备。

4竣事语

将变电站综合自动化系统尺度化成4层结构,现实采用的是一种分层的功能模块化设计思想,硬、软件可做到模块化、通用化。其设计思想结构简明清晰、分工明确、网络信息交换合理,凭据分歧类型变电站的一次接线,能实现分歧的系统设置装备摆设,是一种以智能装备和信息经管为焦点的变电站二次回路整体化设计方式。它要求整个系统各装备遵循IEEE、ISO和IEC等有关尺度。二次装备控制层接进一个全开放式的总线网络,能使硬件的增减、更换利便,增强了各节点的自治性和自力性;信息经管层中经由过程服务器、工程师工作站等计较机组成LAN,便于与其它网络系统互联。是以,整个系统的靠得住性较高,可维护性和开放性较好。