新一代智能變電站保信子站設(shè)計(jì)模式探討

慕宗君，方 偉，袁方方

(許繼電氣技術(shù)中心，河南許昌 461000)

新一代智能變電站保信子站設(shè)計(jì)模式探討

慕宗君，方 偉，袁方方

(許繼電氣技術(shù)中心，河南許昌 461000)

0 引 言

新一代智能變電站關(guān)鍵設(shè)備研制中提出II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)需要具備保信子站功能，但沒有明確規(guī)定II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的數(shù)據(jù)來源為保護(hù)裝置、集中錄波器還是位于站控層II區(qū)的綜合應(yīng)用服務(wù)器，因此在保信子站功能的設(shè)計(jì)上就存在多種模式，不同的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模式有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本文分析了3種變電站站控層設(shè)備集成保信子站功能[1-2]的部署及實(shí)現(xiàn)模式，分析每種模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，力求尋找一種既能滿足新一代智能變電站的規(guī)范要求，又相對合理的模式，解決新一代智能變電站的功能需求。

智能變電站保信子站功能可以分解的功能為：與站內(nèi)保護(hù)裝置、集中錄波器通信的接入通信功能、與保信主站通信的轉(zhuǎn)出通信功能、就地展示功能、歷史信息及錄波文件的存儲功能，本文將就上述功能的部署展開分析。

新一代智能變電站保信子站功能的部署及實(shí)現(xiàn)可以歸納為3種模式：

模式一：接入通信功能、轉(zhuǎn)出通信功能部署于II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，歷史信息及錄波文件的存儲功能部署于數(shù)據(jù)服務(wù)器，就地展示功能部署于綜合應(yīng)用服務(wù)器；

模式二：接入通信功能、就地展示功能部署于綜合應(yīng)用服務(wù)器，歷史信息存儲部署于數(shù)據(jù)服務(wù)器，轉(zhuǎn)出通信功能部署于II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)；

模式三：接入通信功能、轉(zhuǎn)出通信功能、歷史信息及錄波文件的存儲功能部署于II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，就地展示功能部署于綜合應(yīng)用服務(wù)器。

1 模式一

1.1 功能部署

1.1.1 綜合應(yīng)用服務(wù)器

部署保信子站的就地展示功能模塊，就地實(shí)現(xiàn)定值操作、定值區(qū)操作、狀態(tài)量顯示、壓板投退、量測值查詢、錄波波形展示、歷史信息查詢展示功能。

圖1 模式一

1.1.2 數(shù)據(jù)服務(wù)器

部署歷史數(shù)據(jù)存儲功能，存儲從保護(hù)裝置、集中錄波器召喚上來的錄波文件、存儲狀態(tài)量變化信息的歷史數(shù)據(jù)庫。

1.1.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)

部署保信子站的通信接入功能模塊、通信轉(zhuǎn)出功能模塊，實(shí)現(xiàn)保信子站的通信功能。

1.2 模塊功能分配

1.2.1 通信接入模塊

部署于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)中，完成與站內(nèi)的保護(hù)裝置、集中錄波器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從站內(nèi)保護(hù)裝置獲取量測、狀態(tài)量、定值等信息，下發(fā)壓板操作、定值操作類信息到保護(hù)裝置，從錄波器獲取錄波文件信息。在智能變電站中，該模塊與保護(hù)裝置之間的通信規(guī)約為IEC61850規(guī)約。

1.2.2 轉(zhuǎn)出通信模塊

部署于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)與保信主站之間的信息交互，將站內(nèi)收集的量測、狀態(tài)量、定值信息上送給保信主站，接收保信主站的定值操作、壓板操作指令，轉(zhuǎn)換成內(nèi)部數(shù)據(jù)格式，發(fā)送到內(nèi)部總線模塊；處理保信主站下發(fā)的歷史信息查詢指令，并將查詢結(jié)果返回給保信主站。該模塊的實(shí)現(xiàn)規(guī)約可以為TCP103規(guī)約或IEC61850規(guī)約。

1.2.3 站級信息總線模塊

①部署于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)上，實(shí)現(xiàn)與綜合應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時對數(shù)據(jù)服務(wù)器的歷史信息進(jìn)行遠(yuǎn)程操作功能。其傳輸規(guī)約為自定義的內(nèi)部規(guī)約。

②部署于綜合應(yīng)用服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時對數(shù)據(jù)服務(wù)器的歷史信息進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的功能。

1.2.4 內(nèi)部總線模塊

部署于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)內(nèi)部模塊之間的信息交互功能。

1.2.5 繼保就地展示模塊

部署于綜合應(yīng)用服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)保信子站的就地展示功能，包括圖形展示、實(shí)時告警、歷史查詢、波形就地展示功能。

1.2.6 錄波文件存儲

部署于數(shù)據(jù)服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)錄波文件的存儲。

1.2.7 歷史數(shù)據(jù)

部署于數(shù)據(jù)服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)歷史信息的存儲，數(shù)據(jù)庫文件格式可以為mysql/oracle。

1.3 數(shù)據(jù)信息流

按照保信子站實(shí)現(xiàn)的功能分別說明主要數(shù)據(jù)的信息流向。

1.3.1 狀態(tài)量信息

信息流1：①→④→② 到主站

信息流2：①→④→③→⑤→⑥ 告警

信息流3：①→④→③→⑧ 歷史存儲

1.3.2 模擬量信息

保信主站召喚信息流：②→④→①

響應(yīng)信息流：①→④→②

1.3.3 定值操作信息流

保信主站召喚/操作信息流：②→④→①

響應(yīng)信息流：①→④→②

1.3.4 錄波文件信息流

錄波文件存儲信息流：①→④→③→⑦

錄波文件生成后，向主站發(fā)送錄波簡報

主站召喚錄波文件信息流：②→④→③→⑦

1.4 方案優(yōu)點(diǎn)

① 充分利用了數(shù)據(jù)服務(wù)器的強(qiáng)大存儲能力，

加強(qiáng)了保信子站的存儲能力；

② 充分利用了綜合應(yīng)用服務(wù)器的圖形展示、實(shí)時報警功能，豐富了就地展示的內(nèi)容；

③ 充分利用了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的通信及數(shù)據(jù)處理能力；

④ 采用分布式模塊部署，取消了獨(dú)立保信子站的就地展示計(jì)算機(jī)，可取消網(wǎng)絡(luò)存儲器，由數(shù)據(jù)服務(wù)器代替，同時也實(shí)現(xiàn)了站級信息的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理功能。

1.5 方案缺點(diǎn)

站級信息總線搭建的健壯程度對整個系統(tǒng)有著較大的影響，如果出現(xiàn)異常，僅影響就地展示和歷史數(shù)據(jù)的存儲，其影響程度處于可控的程度。

2 模式二

2.1 功能部署

圖2 模式二

2.1.1 綜合應(yīng)用服務(wù)器

就地展示功能：實(shí)現(xiàn)定值操作、定值區(qū)操作、狀態(tài)量顯示、壓板投退、量測值查詢、錄波波形展示、歷史信息查詢展示功能。

接入通信功能：實(shí)現(xiàn)與站內(nèi)設(shè)備之間的信息交互功能。

2.1.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)

轉(zhuǎn)出通信功能：與保信主站之間建立通信，將站內(nèi)信息轉(zhuǎn)換成特定規(guī)約傳輸給保信主站，將保信主站下發(fā)的操作指令轉(zhuǎn)換成內(nèi)部指令發(fā)送到內(nèi)部消息總線。

2.1.3 數(shù)據(jù)服務(wù)器

歷史數(shù)據(jù)存儲功能，存儲從保護(hù)裝置、集中錄波器召喚上來的錄波文件、存儲狀態(tài)量變化信息的歷史數(shù)據(jù)庫。

2.2 模塊功能分配

內(nèi)部總線模塊：部署于綜合應(yīng)用服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)部模塊之間的信息交互功能。

其他模塊功能與模式一的模塊功能一致。

2.3 數(shù)據(jù)信息流

按照保信子站實(shí)現(xiàn)的功能分別說明主要數(shù)據(jù)的信息流向。

2.3.1 狀態(tài)量信息

信息流1：①→⑨→⑤→③→④→②到主站

信息流2：①→⑨→⑥ 告警

信息流3：①→⑨→⑤→⑧ 歷史存儲

2.3.2 模擬量信息

保信主站召喚信息流：②→④→③→⑤→⑨→①

響應(yīng)信息流：①→⑨→⑤→③→④→②

2.3.3 定值操作信息流

保信主站召喚/操作信息流：②→④→③→⑤→⑨→①

響應(yīng)信息流：①→⑨→⑤→③→④→②

2.3.4 錄波文件信息流

錄波文件存儲信息流：①→⑨→⑤→⑦

錄波文件生成后，向主站發(fā)送錄波簡報

主站召喚錄波文件信息流：②→④→③→⑦

2.4 方案優(yōu)點(diǎn)

① 充分利用了數(shù)據(jù)服務(wù)器的強(qiáng)大存儲能力，增強(qiáng)了保信子站的存儲能力；

② 充分利用了綜合應(yīng)用服務(wù)器的圖形展示、實(shí)時報警功能，豐富了就地展示的內(nèi)容；

③ 采用分布式模塊部署，取消了獨(dú)立保信子站的就地展示計(jì)算機(jī)，可取消網(wǎng)絡(luò)存儲器，由數(shù)據(jù)服務(wù)器代替，同時也實(shí)現(xiàn)了站級信息的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理功能。

2.5 方案缺點(diǎn)

① 接入通信模塊部署于綜合應(yīng)用服務(wù)器，與保信主站的信息交互嚴(yán)重依賴于綜合應(yīng)用服務(wù)器，如果綜合應(yīng)用服務(wù)器出現(xiàn)異常，會導(dǎo)致整個保信子站功能失效。

② 站級信息總線搭建的健壯程度對整個系統(tǒng)有著較大的影響，如果出現(xiàn)異常，會影響與保信主站的信息交互和歷史數(shù)據(jù)的存儲。

3 模式三

3.1 功能部署

圖3 模式三

3.1.1 綜合應(yīng)用服務(wù)器

保信子站的就地展示功能模塊，實(shí)現(xiàn)定值操作、定值區(qū)操作、狀態(tài)量顯示、壓板投退、量測值查詢、錄波波形展示、歷史信息查詢展示功能。

3.1.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)

部署保信子站的數(shù)據(jù)接入功能模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)出功能模塊、歷史數(shù)據(jù)存儲模塊，實(shí)現(xiàn)保信子站的通信及歷史信息存儲功能。

3.2 模塊功能分配

模塊功能與模式一的模塊功能一致。

3.3 數(shù)據(jù)信息流

按照保信子站實(shí)現(xiàn)的功能分別說明主要數(shù)據(jù)的信息流向。

3.3.1 狀態(tài)量信息

信息流1：①→④→② 到主站

信息流2：①→④→③→⑤→⑥ 告警

信息流3：①→⑧ 歷史存儲

3.3.2 模擬量信息

保信主站召喚信息流：②→④→①

響應(yīng)信息流：①→④→②

3.3.3 定值操作信息流

保信主站召喚/操作信息流：②→④→①

響應(yīng)信息流：①→④→②

3.3.4 錄波文件信息流

錄波文件存儲信息流：①→⑦

錄波文件生成后，向主站發(fā)送錄波簡報

主站召喚錄波文件信息流：②→⑦

3.4 方案優(yōu)點(diǎn)

① 充分利用了綜合應(yīng)用服務(wù)器的圖形展示、實(shí)時報警功能，豐富了就地展示的內(nèi)容；

② 充分利用了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的通信及數(shù)據(jù)處理能力。

3.5 方案缺點(diǎn)

① 采用集中式功能部署模式，除就地顯示功能外全部部署于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，未能充分利用一體化監(jiān)控系統(tǒng)的資源，硬件資源重復(fù)部署。

② 未能實(shí)現(xiàn)站級信息的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理，而且對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的硬件性能要求較高。

4 I區(qū)保信就地展示

一體化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)范要求I區(qū)監(jiān)控主機(jī)應(yīng)具備定值、波形文件的就地展示功能，而在新一代智能變電站關(guān)鍵設(shè)備研制方案中，未對監(jiān)控主機(jī)的保信就地展示功能作明確規(guī)定。

對于模式一、模式三，監(jiān)控主機(jī)與保護(hù)裝置通信獲取其保護(hù)動作信息用于實(shí)時告警以及作為其他高級應(yīng)用的數(shù)據(jù)源；與集中錄波器通信獲取其狀態(tài)信息。定值操作、錄波文件獲取功能部署在II區(qū)實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控主機(jī)從數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取錄波文件作為故障信息綜合分析高級應(yīng)用的一個數(shù)據(jù)源。保信就地展示功能部署于II區(qū)的綜合應(yīng)用服務(wù)器。

對于模式二，監(jiān)控主機(jī)直接與保護(hù)裝置通信獲取保護(hù)動作信息用于實(shí)時告警以及作為其他高級應(yīng)用的數(shù)據(jù)源；與集中錄波器進(jìn)行通信，獲取其錄波文件作為故障信息綜合分析高級應(yīng)用的一個數(shù)據(jù)源。保信就地展示功能部署于II區(qū)的綜合應(yīng)用服務(wù)器。

5 結(jié)束語

本文針對新一代智能變電站保信子站功能3種部署模式從功能部署、數(shù)據(jù)信息流、模式優(yōu)點(diǎn)、模式缺點(diǎn)方面進(jìn)行了闡述，筆者認(rèn)為模式一是比較合理的實(shí)現(xiàn)模式。

采用模式一可以充分利用監(jiān)控系統(tǒng)的站級設(shè)備：綜合應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能，實(shí)現(xiàn)站級信息共享、歷史信息的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理，既可以實(shí)現(xiàn)保信子站功能又能充分利用資源，符合監(jiān)控系統(tǒng)的一體化潮流，具備推廣價值。

模式一經(jīng)過新一代智能變電站示范站現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行，在實(shí)現(xiàn)與保信主站通信、就地化展示功能方面效果顯著，可完全取代傳統(tǒng)獨(dú)立配置的保信子站。

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[4] 辛培哲, 閆培麗, 劉穎，等. 新一代智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 電力建設(shè)，2013，34(7)：17-23.

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(責(zé)任編輯：楊秋霞)

Discussion on Design Mode of Relay Protection and Fault InformationManagement Substation for a New Generation of Smart Substation

MU Zongjun,FANG Wei, YUAN Fangfang

(XJ Electric Technology Center,Xuchang 461000,China)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，變電站內(nèi)獨(dú)立配置的保信子站功能集成到站控層的一體化監(jiān)控系統(tǒng)中。本文基于新一代智能變電站的站控層設(shè)備配置提出了新一代智能變電站中保信子站功能模塊常用的3種部署及實(shí)現(xiàn)模式，詳細(xì)分析了3種模式的實(shí)現(xiàn)機(jī)制、信息流向及每種模式的優(yōu)缺點(diǎn)。主要分析介紹了綜合應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)協(xié)同工作模式，該模式充分利用了新一代智能變電站站控層設(shè)備資源，實(shí)現(xiàn)了站控層信息的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理，充分體現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的一體化協(xié)同工作的特點(diǎn)。

一體化監(jiān)控系統(tǒng)；綜合應(yīng)用服務(wù)器；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)；保信子站

With the rapid developing of smart grid construction, independent relay protection and fault information management sub station is gradually integrated into monitoring and control system at station control level. In this paper, three common deployment and realization modes of relay protection and fault information management sub station for a new generation of smart substation are proposed based on station level equipment of a new generation of smart substation. At the same time, the realization mechanism and information flow of three deployment and the advantages and disadvantages of each mode are analyzed in detail. In this paper, collaborative work mode of comprehensive application server, data server and data communication gateway are introduced mainly. This collaborative work mode takes full advantage of station level equipment resources in the new generation of smart substation, which realizes the unified storage and management of station control level information, and fully reflects the collaborative work characteristics of integrated monitoring system.

integrated monitoring system; integrated application server; data communication gateway; relay protection and fault information management substation

1007-2322(2015)04-0085-05

A

TM734

2014-05-21

慕宗君(1976—)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)通信，E-mail：zongjunm@163.com；

方 偉(1978—)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動化，E-mail：fangwei@xjgc.com；

袁方方(1984—)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動化，E-mail：yuanfangfang@xjgc.com。