電力通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分析

侯 捷

(廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣西 南寧 530023)

0 引 言

通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對通信電源系統(tǒng)工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，完成對電源故障的及時定位和消缺，從而保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行。目前，通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以獨(dú)立建設(shè)相應(yīng)的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，也可以借助電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的SCADA功能來實(shí)現(xiàn)。但是，目前電源監(jiān)控系統(tǒng)通信規(guī)約類型整體呈現(xiàn)出“五花八門”“百家爭鳴”的尷尬局面[1]，給電源監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理帶來了較大麻煩。隨著IEC 61850規(guī)約的制定完成，它將為未來變電站電源監(jiān)控系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化的遠(yuǎn)程通信體系。因此，結(jié)合電力通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本情況，分析目前通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用情況，并對未來IEC 61850規(guī)約下電力通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)提出建議。

1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

1.1 通信電源監(jiān)控模塊

現(xiàn)代通信電源均配置有監(jiān)控模塊。該模塊一般具備輸入鍵盤和顯示屏幕，同時可提供聲光告警等。通信電源監(jiān)控模塊監(jiān)視的信息應(yīng)包括輸入三相交流電壓和電流、輸出端的直流電壓和電流、蓄電池組在線電壓等。此外，該模塊除本地監(jiān)測功能外，還應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)測和遙控功能，通過模塊內(nèi)設(shè)有的多種通信接口(如RS232、RS485、TCP/IP等)，實(shí)現(xiàn)與上一級通信監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

1.2 通信規(guī)約

通信規(guī)約是為了保障通信雙方能正確、有效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在通信的發(fā)送和接收過程中制定一系列規(guī)定，以約束通信雙方的工作。在變電站綜合自動化實(shí)現(xiàn)過程中，為保證上一級控制中心和遠(yuǎn)動裝置RTU之間完成“四遙”(遙控、遙測、遙信、遙調(diào))，必須有完善準(zhǔn)確的通信通道作為數(shù)據(jù)傳輸載體。通信規(guī)約規(guī)定了該載體的結(jié)構(gòu)，是整個變電站自動化系統(tǒng)通信部分的核心。目前，用于電力系統(tǒng)的通信規(guī)約種類很多，常用的有CDT循環(huán)通信協(xié)議、DNP3.0通信協(xié)議和MODBUS通信協(xié)議等。

1.3 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)

IEC 61850規(guī)約由國際電工委員會制定關(guān)于變電站和智能電網(wǎng)的唯一國際通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)約的建立實(shí)現(xiàn)了對不同廠家智能電子設(shè)備(Intelligent Electronic Device，IED)的統(tǒng)一管理，在不同的IED之間通過統(tǒng)一協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息無縫銜接，具有很大的開放性和兼容性。

IEC 61850規(guī)約是一個龐大、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系。該體系底層采用了以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用層采用了制造報(bào)文規(guī)范[2](Manufacturing Message Specif i cation，MMS)和變電站控制系統(tǒng)通信。以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)和MMS的結(jié)合，加之IEC 61850的應(yīng)用描述，使得變電站自動化系統(tǒng)變成開放系統(tǒng)成為可能。

1.4 通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是一個多級的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一般由監(jiān)控中心(供電局調(diào)度控制中心)、通信通道和遠(yuǎn)端站點(diǎn)(變電站)組成。

調(diào)度自動化主站系統(tǒng)(如OPEN 3000系統(tǒng))是各級電力調(diào)度控制中心自動化系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)平臺，包括SCADA等諸多功能子系統(tǒng)，是關(guān)系電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)。

變電站各類設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)要通過通信通道進(jìn)行傳輸。目前，按照信號類型，它可以分為模擬和數(shù)字兩類信號。其中，模擬信號主要通過101規(guī)約方式(PCM通道)傳遞，數(shù)字信號主要通過104規(guī)約方式(調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道和專線通道)傳遞[3]。

2 電力通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

電力通信電源系統(tǒng)是為電力通信設(shè)備供電的裝置，包括通信交流供電系統(tǒng)、通信直流供電系統(tǒng)和太陽能電池組等。其中，交流供電系統(tǒng)主要由交流配電屏、不間斷電源設(shè)備和逆變器等組成，為通信設(shè)備提供交流電源。通信直流供電系統(tǒng)主要由高頻開關(guān)電源、蓄電池組和直流配電屏等設(shè)備組成，為通信設(shè)備提供-48 V直流電源。

目前，電力通信電源設(shè)備廠商眾多，如何對通信電源運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控，是非常棘手的問題。它存在兩種主要的電源遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。

第一種，通過通信電源監(jiān)控模塊和協(xié)議轉(zhuǎn)換器等裝置，將通信電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入變電站綜合自動化系統(tǒng)。通信電源出現(xiàn)故障或其他運(yùn)行問題時，由自動化專業(yè)運(yùn)維人員通知通信專業(yè)運(yùn)維人員進(jìn)行檢查。該種遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 接入自動化系統(tǒng)的通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

采用該種遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，對通信電源的監(jiān)控告警往往依賴于自動化專業(yè)人員。監(jiān)控情況出現(xiàn)異常狀態(tài)時，需要自動化和通信專業(yè)人員共同進(jìn)行故障排查，因此存在諸多不便。

第二種，建設(shè)獨(dú)立的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，將通信電源運(yùn)行數(shù)據(jù)通過目前已經(jīng)建成的傳輸網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，直接傳遞至調(diào)度機(jī)構(gòu)的通信專業(yè)機(jī)房，由通信專業(yè)運(yùn)維人員直接開展巡視檢查工作，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 獨(dú)立建設(shè)的通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

采用該種監(jiān)控方式，通信專業(yè)人員的自主能動性將得到極大提升，但是因電源設(shè)備通信規(guī)約無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在后期擴(kuò)容或改造升級期間容易受制于設(shè)備廠商。

3 基于IEC 61850協(xié)議的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)

通過對常見電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的總結(jié)分析可知，目前已投入使用的電源監(jiān)控系統(tǒng)，無論采用接入自動化系統(tǒng)的方式，還是建設(shè)獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)的方式，均存在信息采集通信模式多樣化(RS232、RS485、E1和2M等)、通信電源廠家眾多、監(jiān)控系統(tǒng)廠商繁雜的特點(diǎn)同時，電源監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)為3層結(jié)構(gòu)，從前端設(shè)備到設(shè)備采集器再到監(jiān)控系統(tǒng)平臺，每個地區(qū)的監(jiān)控平臺均只對所轄的電源進(jìn)行管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)電源監(jiān)控系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的電源監(jiān)控系統(tǒng)中，服務(wù)器和采集器等設(shè)備均為同一廠家品牌，采集器所用的通信協(xié)議為廠家私有協(xié)議。同時，采集的通信電源運(yùn)行信息僅能傳至本地系統(tǒng)平臺，無法再向上一級系統(tǒng)傳送。

隨著IEC 61850協(xié)議的制定完成，為實(shí)現(xiàn)對通信電源的統(tǒng)一監(jiān)控提供了可能。在該規(guī)范約束下，可以對原各供電局獨(dú)立部署的、不同廠家的動環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，將原來不同廠家的動環(huán)系統(tǒng)、前端采集參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化約束，徹底解決原來監(jiān)控系統(tǒng)存在設(shè)備參數(shù)不一致、通信方式雜亂、設(shè)備維護(hù)不便的現(xiàn)象。

根據(jù)目前的電源監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，在已有的通信電源設(shè)備監(jiān)控接口增加協(xié)議轉(zhuǎn)換器，按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將輸出接入省級電源監(jiān)控平臺。后期隨著站點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備的增加，可以采用采集器FSU的方式進(jìn)行信息采集收斂，將采集信息轉(zhuǎn)換為IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)輸送至省級電源監(jiān)控平臺，整體上形成如圖4所示的統(tǒng)一通信電源監(jiān)控系統(tǒng)平臺。

4 結(jié) 論

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)對通信系統(tǒng)“心臟”進(jìn)行監(jiān)控，只有電源輸出穩(wěn)定，才能讓通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。隨著IEC 61850協(xié)議的制定完成和實(shí)際應(yīng)用，使得對通信電源運(yùn)行狀態(tài)的統(tǒng)一監(jiān)控和管理成為可能，從而提升了電源設(shè)備運(yùn)維效率，降低了維護(hù)成本。

圖4 基于IEC 61850的統(tǒng)一通信電源監(jiān)控平臺