全景數(shù)據(jù)驗證跨安全分區(qū)變電運(yùn)行控制平臺研究

曹敏，尹福榮，張玉龍

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.昆明能訊科技有限責(zé)任公司，昆明 650051)

全景數(shù)據(jù)驗證跨安全分區(qū)變電運(yùn)行控制平臺研究

曹敏1，尹福榮2，張玉龍2

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.昆明能訊科技有限責(zé)任公司，昆明 650051)

針對目前變電站智能程序操作達(dá)不到理想的一鍵程序化操作要求，所驗證的信息不夠完全、信息關(guān)聯(lián)性弱、需要運(yùn)行人員參與驗證過程等問題，研究開發(fā)一套基于全景數(shù)據(jù)綜合驗證的跨安全分區(qū)變電運(yùn)行控制平臺，從平臺的架構(gòu)、技術(shù)實現(xiàn)原理進(jìn)行深入淺出的分析，平臺集成實現(xiàn)了全景信息的融合、多種電力規(guī)約的解析、一體化監(jiān)控的變電運(yùn)行駕駛艙，利用基于光敏電阻回路的反饋驗證機(jī)制，使智能變電站一鍵程序化操作能夠進(jìn)行全面、自動的外部綜合信息驗證及結(jié)果反饋。

智能變電；程序化操作；綜合反饋驗證；駕駛艙

0 前言

隨著電網(wǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大，其運(yùn)行機(jī)制和特性日趨復(fù)雜，生產(chǎn)運(yùn)行管理難度加大，而國內(nèi)變電站自動化系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展已達(dá)到了較高的技術(shù)水平，有必要在技術(shù)上采取切實有效的措施，實現(xiàn)一鍵式程序化操作，保證操作安全，提高操作效率[1-2]。電力企業(yè)必須建立電力安全分區(qū)，在保證物理安全的同時也形成了數(shù)據(jù)通信和共享的壁壘，使得現(xiàn)階段智能變電站一鍵式程序化操作所涉及的設(shè)備無法進(jìn)行外部信息驗證或所驗證的信息不完全、信息關(guān)聯(lián)性弱、需要運(yùn)行人員參與驗證過程[3-6]。因此，面對日趨復(fù)雜的電力系統(tǒng)，在遵循安全分區(qū)原則的基礎(chǔ)上，打通數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)信息的自動化關(guān)聯(lián)綜合驗證的智能化變電運(yùn)行控制顯得尤為重要。

基于全景數(shù)據(jù)綜合驗證的跨安全分區(qū)變電運(yùn)行控制平臺利用光敏電阻控制技術(shù)，通過使用變電站安全分區(qū)隔離技術(shù)、變電運(yùn)行設(shè)備智能遠(yuǎn)控技術(shù)、變電運(yùn)行設(shè)備智能監(jiān)測技術(shù)、變電設(shè)備外環(huán)境驗證技術(shù)、變電站應(yīng)用規(guī)約解析及組合技術(shù)等，使智能變電站一鍵程序化操作能夠進(jìn)行全面、自動的外部綜合信息驗證及運(yùn)用光敏控制技術(shù)進(jìn)行驗證結(jié)果的反饋，充分滿足了一鍵程序化操作要求，減少設(shè)備操控過程中事故發(fā)生的可能性。

1 變電站智能程序化操作現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的智能化程度越來越高，變電智能設(shè)備逐漸應(yīng)用到變電站生產(chǎn)中，其中一鍵式程序化操作是智能變電站發(fā)展的重要內(nèi)容和目標(biāo)?，F(xiàn)階段智能程序化操作過程中站控層、間隔層已具備完備的五防動態(tài)邏輯驗證功能，并具備五防聯(lián)動模擬操作功能，保證了設(shè)備操作的可靠性。但這種模式的一鍵式程序化操作驗證只能保證設(shè)備操作的可靠性而無法保證設(shè)備操作的綜合安全性，而安全性才是變電運(yùn)行過程中最關(guān)鍵的因素。為了讓智能變電站一鍵式程序化操作也具備對設(shè)備綜合安全性的驗證，就必須將變電運(yùn)行過程中的相關(guān)的信息傳入變電站控制系統(tǒng)中，但目前變電站工作票信息、技術(shù)監(jiān)督分析數(shù)據(jù)、設(shè)備缺陷信息等用于驗證設(shè)備安全性的數(shù)據(jù)均處在變電安全I(xiàn)II區(qū)中無法直接傳回變電安全I(xiàn)區(qū)提供給控制系統(tǒng)進(jìn)行驗證。因為根據(jù)電網(wǎng)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的總體原則 “安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向認(rèn)證、縱向隔離”的要求，變電控制處于變電安全I(xiàn)區(qū)，設(shè)備綜合信息一般處于變電安全I(xiàn)II區(qū)，I區(qū)數(shù)據(jù)傳入III區(qū)必須經(jīng)過正向物理隔離裝置，III區(qū)數(shù)據(jù)只能通過反向物理隔離裝置以文本文件形式傳到I區(qū)。

為了實現(xiàn)對所要操作的變電一次設(shè)備進(jìn)行綜合安全性驗證，很多系統(tǒng)采用將部分綜合信息以文本的方式傳回安全I(xiàn)區(qū)，在控制系統(tǒng)中進(jìn)行驗證；或者是采用在變電安全I(xiàn)II區(qū)也部署一個用于外部信息驗證的系統(tǒng)，但是這些方式都存在問題，例如所驗證的信息不夠完全、信息關(guān)聯(lián)性弱、需要運(yùn)行人員參與驗證過程等等，因此均達(dá)不到理想的一鍵程序化操作要求。

2 跨安全分區(qū)變電運(yùn)行控制平臺

基于全景數(shù)據(jù)綜合驗證的跨安全分區(qū)變電運(yùn)行控制平臺利用光敏電阻控制技術(shù)，通過使用變電站安全分區(qū)隔離技術(shù)、變電運(yùn)行設(shè)備智能遠(yuǎn)控技術(shù)、變電運(yùn)行設(shè)備智能監(jiān)測技術(shù)、變電設(shè)備外環(huán)境驗證技術(shù)、變電站應(yīng)用規(guī)約解析及組合技術(shù)等，使智能變電站一鍵程序化操作能夠進(jìn)行全面、自動的外部綜合信息驗證及運(yùn)用光敏控制技術(shù)進(jìn)行驗證結(jié)果的反饋。

2.1 平臺架構(gòu)與技術(shù)原理

平臺總體由駕駛艙監(jiān)控控制平臺分別連接電力規(guī)約解析裝置和正向物理隔離裝置構(gòu)成；其中駕駛艙監(jiān)控控制平臺由驗證反饋模塊分別連接駕駛艙控制模塊、駕駛艙監(jiān)視模塊以及與駕駛艙監(jiān)視模塊連接的全景信息平臺組成；平臺總體架構(gòu)如圖1所示：

圖1 平臺總體架構(gòu)圖

如圖1所示，駕駛艙控制模塊部署在變電站安全I(xiàn)區(qū)；在變電站安全I(xiàn)區(qū)與安全I(xiàn)II區(qū)之間安裝正向物理隔離裝置；外部環(huán)境驗證模塊及全景信息平臺部署在變電站安全I(xiàn)II區(qū)；

驗證反饋模塊由信號燈控制器連接信號燈、光敏電阻回路組成；

驗證反饋模塊通過光敏電阻回路與駕駛艙控制模塊連接；驗證反饋模塊通過信號燈控制器與駕駛艙監(jiān)視模塊連接。

平臺利用光敏電阻控制技術(shù)、變電站安全分區(qū)隔離技術(shù)、變電運(yùn)行設(shè)備智能遠(yuǎn)控技術(shù)、變電運(yùn)行設(shè)備智能監(jiān)測技術(shù)、變電設(shè)備外環(huán)境驗證技術(shù)、變電站應(yīng)用規(guī)約解析及組合技術(shù)等進(jìn)行整合，通過在變電站安全I(xiàn)區(qū)部署駕駛艙控制模塊進(jìn)行控制操作、在變電站安全I(xiàn)區(qū)與安全I(xiàn)II區(qū)之間安裝正向物理隔離裝置進(jìn)行安全I(xiàn)區(qū)到安全I(xiàn)II區(qū)的單向數(shù)據(jù)傳輸、在變電站安全I(xiàn)II區(qū)部署外部環(huán)境驗證模塊及全景信息平臺對設(shè)備綜合安全性進(jìn)行綜合驗證，運(yùn)用驗證反饋模塊將變電站安全I(xiàn)II區(qū)的驗證結(jié)果間接反饋給變電站安全I(xiàn)區(qū)的控制模塊。

2.2 平臺功能及特點

2.2.1 變電全景信息的融合

全景信息平臺將各類數(shù)據(jù)集合統(tǒng)一建模、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一分窗口展示，并統(tǒng)一上送。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的龐大數(shù)據(jù)量為高級應(yīng)用創(chuàng)造了必要基礎(chǔ)條件，改變了變電站各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用不同編碼規(guī)則、不同數(shù)據(jù)庫平臺所形成的若干信息孤島，將原來獨立設(shè)置的各類子系統(tǒng)功能，經(jīng)過整理全部融合，在統(tǒng)一平臺上進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)利用率和互動性，提高系統(tǒng)的可靠性、集成性及維護(hù)性。

圖2 全景信息平臺結(jié)構(gòu)圖

全景信息平臺作為變電站自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過規(guī)范的信息采集渠道，構(gòu)建覆蓋變電站各個子系統(tǒng)的信息資源共享體系，貫穿變電站的各個環(huán)節(jié)。平臺融合了自動化系統(tǒng)、狀態(tài)檢測、一體化電源、保護(hù)、PMU、故障錄波等各個子系統(tǒng)，將反應(yīng)變電站各子系統(tǒng)以及運(yùn)行的穩(wěn)、暫、動態(tài)各類數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口接入，在站端完成數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，對站內(nèi)高級應(yīng)用提供來源唯一、全面、標(biāo)準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)源和統(tǒng)一面向模型的數(shù)據(jù)接口；對變電站開放標(biāo)準(zhǔn)化的全景信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全站應(yīng)用功能在站控層后臺的一體化配置及可視化展示。

2.2.2 多種電力規(guī)約解析的集成

電力規(guī)約解析裝置以綜合數(shù)據(jù)采集、規(guī)約解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)特征，支持多變電站數(shù)據(jù)接入，支持供電局對下屬所有變電站的監(jiān)控以及網(wǎng)公司對下屬所有供電局的監(jiān)控，以多維數(shù)據(jù)的方式支持多點配置，以一維、二維、三維等多維數(shù)據(jù)的形式，在數(shù)據(jù)層面上對接入點進(jìn)行劃分。低維向高維發(fā)送數(shù)據(jù)，高維向低維下達(dá)命令，形成一種金字塔的數(shù)據(jù)格式類型及數(shù)據(jù)流，從而支持網(wǎng)公司到供電局，供電局到變電站的全景數(shù)據(jù)通訊。

圖3 規(guī)約解析裝置原理圖

2.2.3 基于光敏電阻回路反饋驗證機(jī)制

光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)的。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，把兩電極做成梳狀。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換[7]。

當(dāng)外部信息驗證通過時，信號燈控制器將信號燈置于開啟狀態(tài)，信號燈照射到光敏電阻回路中激發(fā)電信號分別傳到駕駛艙控制模塊和信號燈控制器，控制模塊中的命令得以下達(dá)完成設(shè)備的控制操作，而信號燈控制器也再次將信號燈置于關(guān)閉狀態(tài)，以此完成整個操作的驗證。

2.2.4 一體化監(jiān)控的變電運(yùn)行駕駛艙

變電運(yùn)行駕駛艙具有一鍵式控制、可視化監(jiān)測、智能巡視、智能告警、分布程序化控制、智能分析決策、全景信息分級共享等特征[8-9]。

圖4 駕駛艙原理圖

通過智能監(jiān)視、智能操作、智能輔助的高級應(yīng)用窗口對變電站運(yùn)行重點關(guān)注信息分層聚合、面向?qū)ο蠓诸愄幚硇畔⒅鲃油扑?，使運(yùn)行人員在駕駛艙中方便駕馭變電站全貌。精細(xì)到設(shè)備的區(qū)域安全劃分智能運(yùn)行控制策略，實現(xiàn)多安全任務(wù)分區(qū)信息貫通，在變電運(yùn)行駕駛艙全景展現(xiàn)集中式分析邏輯判斷，實現(xiàn)變電運(yùn)行智能化。

3 結(jié)束語

基于全景數(shù)據(jù)綜合驗證的跨安全分區(qū)變電運(yùn)行控制平臺集規(guī)約通訊、數(shù)據(jù)融合、監(jiān)視控制、驗證反饋于一體化，在遵循電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體原則的前提下，實現(xiàn)了一鍵式程序化操作及綜合信息驗證，保證了設(shè)備操作的可靠性和安全性。

[1] 葉鋒，沈峻，楊世驊，等.程序化操作在變電站自動化系統(tǒng)中的實現(xiàn) [J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2007，30(5)：79 -79.

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[4] 陸惠斌.程序化操作在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的研究與實現(xiàn) [D].東南大學(xué)，2006.

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[8] 汪際峰，周華鋒，熊衛(wèi)斌，等.復(fù)雜電力系統(tǒng)運(yùn)行駕駛艙技術(shù)研究 [J].電力系統(tǒng)自動化，2014，(9).

[9] 張志生，曹敏，高尚飛，等.電網(wǎng)管理數(shù)據(jù)融合的輸電全景駕駛艙技術(shù) [J].云南電力技術(shù)，2014(5).

Research and Design on Cross-platform Operation Control Substation Secure Partition Based on Panorama Comprehensive Validation Data

CAO Min1，YIN Furong2，ZHANG Yulong2
(1.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China；2.Kunming ENERSUN technology Co.，Ltd.，Kunming 650051，China)

Aiming at the substation intelligent program operation is not up to the key procedure of the operation ideal requirements，verify that the information is not complete，the information of weak connection，need to run the personnel involved in the verification process and other issues，to research and develop a set of cross panoramic data partition comprehensive verification of substation operation control platform based on the analysis，to explain profound theories in simple language from the realization principle the architecture of the platform，platform integration technology，realizes the panoramic information fusion，the statute of the power analysis，integrated monitoring of substation operation in the cockpit，the use of feedback loop of photosensitive resistance verification mechanism based on the key program of intelligent substation，operation can be external validation and the results of the comprehensive integrated information，automatic feedback.

intelligent substation；programmed operation；comprehensive feedback test；cockpit

TM76

B

1006-7345(2015)05-0008-04

2015-05-14

曹敏 (1961)，男，碩士，教授級高級工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，從事計量測試技術(shù)、電能測量和負(fù)載控制設(shè)備技術(shù)研究工作 (e-mail)cm1961＠sohu.com。

尹福榮，男，昆明能訊科技有限責(zé)任公司，從事數(shù)字電網(wǎng)技術(shù)、電力數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)研究工作 (e-mail)yinfurong＠enersun.com.cn。

張玉龍，男，昆明能訊科技有限責(zé)任公司，從事數(shù)字電網(wǎng)技術(shù)、電力數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)研究工作 (e-mail)zhangyulong＠enersun.com.cn。