智能變電站一體化平臺關(guān)鍵子系統(tǒng)接入方案研究

張 嵩,宋 爽

(1．東北電力設(shè)計院,長春 130021;2．國網(wǎng)長春供電公司,長春 130021)

智能變電站一體化平臺是站內(nèi)各應(yīng)用系統(tǒng)整合和集成的重要基礎(chǔ)。目前,智能變電站自動化系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計主要依據(jù)Q/GDW 678— 2011《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范》和 Q/GDW 679— 2011《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》。但由于調(diào)度端各應(yīng)用系統(tǒng)的安全分區(qū)和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約存在差異,系統(tǒng)各專業(yè)對信息的不同需求以及各二次設(shè)備技術(shù)水平存在差異,使得目前智能變電站一體化平臺建設(shè)尚未完全執(zhí)行 Q/GDW 678— 2011、Q/GDW 679— 2011兩項規(guī)范[1]。其中,主要有視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助子系統(tǒng)、故障錄波子系統(tǒng)、PMU子系統(tǒng)尚未形成統(tǒng)一的建設(shè)方案。

1 一體化平臺總體架構(gòu)

智能變電站一體化平臺通過系統(tǒng)集成優(yōu)化,實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)的有效融合及信息的統(tǒng)一建模、接入、存儲、處理和展示。智能變電站一體化平臺分為安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū),采用防火墻和正反向物理隔離裝置進行安全隔離,接入電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)與遠方主站通信[2]。一體化平臺架構(gòu)見圖1。

2 一體化平臺各子系統(tǒng)方案

2．1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

a．方案一：生產(chǎn)輔助和在線監(jiān)測系統(tǒng)部署在安全Ⅱ區(qū)。智能變電站信息集成的目標是建立全景數(shù)據(jù)平臺,各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一建模。根據(jù)變電站安全分區(qū)的規(guī)定,安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)與安全Ⅲ區(qū)通過正反向物理隔離裝置采用非網(wǎng)絡(luò)方式進行數(shù)據(jù)交換和共享。如果在線監(jiān)測和生產(chǎn)輔助系統(tǒng)部署在安全Ⅲ區(qū),位于安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)的平臺服務(wù)器將無法通過網(wǎng)絡(luò)方式直接獲?、髤^(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),僅能通過非網(wǎng)絡(luò)方式實現(xiàn)聯(lián)動信息交互。根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案》中相關(guān)規(guī)定,二次系統(tǒng)中不允許把本屬于高安全區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移到低安全區(qū),但允許把屬于低安全區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)放置于高安全區(qū)。 按照 Q/GDW 678— 2011、Q/GDW 679—2011,考慮將在線監(jiān)測和生產(chǎn)輔助系統(tǒng)提升至安全Ⅱ區(qū)。

圖1 智能變電站一體化平臺結(jié)構(gòu)

由于視頻系統(tǒng)同時通過網(wǎng)絡(luò)方式將數(shù)據(jù)送至變電站一體化信息平臺(位于安全Ⅰ、Ⅱ區(qū))和遠方視頻主站(位于安全Ⅲ區(qū)),安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)和安全Ⅲ區(qū)在視頻服務(wù)器處通過網(wǎng)絡(luò)方式跨接,不能完全滿足變電站二次安全防護要求[3]。

考慮將站內(nèi)各攝像機的視頻數(shù)據(jù)通過視頻矩陣分為 2路,分別接入安全Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)的視頻服務(wù)器,其中安全Ⅱ區(qū)視頻服務(wù)器和工作站用于就地監(jiān)測站內(nèi)圖像環(huán)境,以及和其他應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)動;安全Ⅲ區(qū)視頻服務(wù)器通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)將視頻信息上傳至主站端。由于視頻數(shù)據(jù)在源端通過視頻矩陣采用非網(wǎng)絡(luò)方式分別接入安全Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū),安全Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)沒有通過網(wǎng)絡(luò)方式跨接,能夠滿足變電站二次安全防護要求。該方案較常規(guī)變電站增加了 1套視頻矩陣和 1臺視頻服務(wù)器。

b．方案二：視頻系統(tǒng)服務(wù)器和工作站部署在安全Ⅲ區(qū),在安全Ⅲ區(qū)同時完成站內(nèi)的視頻監(jiān)控和上傳遠方主站。視頻系統(tǒng)僅將平臺聯(lián)動信息通過正反向物理隔離裝置發(fā)送至安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)。

由于生產(chǎn)輔助和在線監(jiān)測系統(tǒng)相對于保護、控制、計量系統(tǒng)較為獨立,僅通過聯(lián)動信息交互即可實現(xiàn)智能變電站的各種應(yīng)用功能,并考慮到減輕安全Ⅱ、Ⅲ區(qū)之間的數(shù)據(jù)交互流量,節(jié)省設(shè)備投資,采用方案二接入一體化平臺更為合理。

2．2 生產(chǎn)輔助子系統(tǒng)接口

生產(chǎn)輔助子系統(tǒng)主要包括視頻、安防、人工智能巡檢、動力環(huán)境監(jiān)測以及包括對消防、照明、采暖、通風、給排水等系統(tǒng)的遠程輔助控制。各子系統(tǒng)對外通常提供以太網(wǎng)接口、RS485等串行總線接口、硬接點接口 3種接口。接入一體化平臺有 2種方案。

a．方案一：各子系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)接口接入一體化平臺,仍采用各自原有的通信協(xié)議。若子系統(tǒng)原接口為RS485等串行總線接口,則考慮配置串口服務(wù)器,將總線接口轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴W(wǎng)接口;若子系統(tǒng)原接口為硬接點接口,則考慮配置開關(guān)量采集裝置,將硬接點接口轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴W(wǎng)接口。一體化平臺需兼容不同的通信協(xié)議,并進行集中的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理[4]。

b．方案二：各子系統(tǒng)通過配置通信網(wǎng)關(guān)機或信息采集裝置,統(tǒng)一以以太網(wǎng)接口形式、采用IEC61850通信協(xié)議接入一體化平臺。一體化平臺直接對數(shù)據(jù)進行集中處理。生產(chǎn)輔助各子系統(tǒng)接入一體化平臺方案一見圖 2,方案二見圖3。

方案一對一體化平臺軟件系統(tǒng)要求較高,需要同時解析不同的通信協(xié)議;方案二由各子系統(tǒng)根據(jù)自身設(shè)備情況完成通信接口和通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換,再以IEC61850標準通信協(xié)議接入一體化平臺,實用性和可操作性較高,因此推薦采用方案二。

圖2 生產(chǎn)輔助各子系統(tǒng)接入方案一

圖3 生產(chǎn)輔助各子系統(tǒng)接入方案二

3．3 故障錄波系統(tǒng)

故障錄波裝置直接從過程層 GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)獲取三相電壓、三相電流以及繼電保護裝置動作等信息。故障錄波裝置位于安全Ⅱ區(qū)、GOOSE、SV網(wǎng)安全Ⅰ區(qū)。 GOOSE、SV網(wǎng)雖然采用以太網(wǎng)組網(wǎng)方式,但由于不使用 IP協(xié)議,不存在跨安全區(qū)域問題。

故障錄波系統(tǒng)通常以下 2種方案：故障錄波系統(tǒng)接入站內(nèi)一體化平臺,再通過一體化平臺安全Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機將信息上傳至遠方主站;故障錄波系統(tǒng)不接入站內(nèi)一體化平臺,直接接入電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅱ區(qū)交換機將信息上傳至遠方主站[5]。

前一種方案雖然加重了一體化平臺的數(shù)據(jù)流量,但可為一體化平臺提供故障時保護裝置動作、通道故障等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),供故障分析使用。同時一體化平臺可以監(jiān)測故障錄波裝置本身的運行工況,因而推薦采用方案一。

3．4 PMU 系統(tǒng)

由于 PMU系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要用于遠方主站端廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(WAMS)使用,站內(nèi)一體化平臺已通過站控層和過程層網(wǎng)絡(luò)采集電網(wǎng)運行的動態(tài)數(shù)據(jù),因此 PMU系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)不需要接入一體化平臺,僅將 PMU裝置本身的運行工況信息傳輸至一體化平臺。由于PMU系統(tǒng)上傳主站數(shù)據(jù)量較大,一體化平臺安全Ⅰ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機不能滿足 PMU系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸流量的要求,PM U系統(tǒng)需單獨接入電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅰ區(qū)接入交換機以上傳主站數(shù)據(jù)[6]。

4 結(jié)論

a．視頻監(jiān)控系統(tǒng)宜部署在安全Ⅲ區(qū),視頻數(shù)據(jù)流除滿足站內(nèi)監(jiān)控外,直接接入綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳主站;站內(nèi)僅將必要的聯(lián)動信息傳輸至監(jiān)控主機以完成站內(nèi)各子系統(tǒng)的聯(lián)動。

b．生產(chǎn)輔助各子系統(tǒng)經(jīng)通信網(wǎng)關(guān)機或信息采集裝置,以以太網(wǎng)接口形式、采用 IEC61850通信協(xié)議接入一體化平臺。

c．故障錄波子系統(tǒng)子系統(tǒng)宜先接入站內(nèi)一體化平臺,再通過安全Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機上傳主站。

d．PMU子系統(tǒng)僅將裝置本身的運行工況信息接入一體化平臺,運行信息單獨接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅰ區(qū)上傳主站。

一體化平臺的建設(shè)促進了變電站信息的融合和利用,強化了站內(nèi)各種應(yīng)用功能,有利于電網(wǎng)的安全運行、優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟運營和優(yōu)質(zhì)服務(wù)。本文提出的智能變電站一體化平臺關(guān)鍵子系統(tǒng)的建設(shè)方案,滿足變電站“模型統(tǒng)一、高度集成”的建設(shè)需求,為變電站信息資源的高效處理和應(yīng)用功能拓展提供了新的思路。

[1]?？?薛峰,楊衛(wèi)東．中國智能電網(wǎng)基本特征及其技術(shù)進展評述 [J]．電力系統(tǒng)自動化,2009,33(17)：14-15．

[2]張文亮,劉壯志,王明俊,等．智能電網(wǎng)的研究進展及發(fā)展趨勢 [J]．電網(wǎng)技術(shù) ,2009,33(13)：1-11．

[3]薛晨,黎燦兵,黃小慶,等．智能變電站信息一體化應(yīng)用[J]．電力自動化設(shè)備 ．2011,31(7)：110-114．

[4]蘇永春,汪曉明．智能變電站全景數(shù)據(jù)采集方案 [J]．電力系統(tǒng)保護與控制,2011,39(2)：75-79．

[5]李勛,龔慶武,楊群瑛,等．基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的保護設(shè)備故障信息管理與分析系統(tǒng)[J]．電力自動化設(shè)備,2011,31(9)：88-91．

[6]郭凌旭,李華．基于 IEC61970標準的EMS電網(wǎng)接線圖形轉(zhuǎn)換研究 [J]．青海電力 ,2009,28(1)：52-56．