智能變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)

趙 宇，陸蔚琳，李宏斌，吳 逍

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南 大理 671000）

0 引 言

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，變電站二次設(shè)備伴隨時(shí)代的改變而持續(xù)革新。為了能夠有效適應(yīng)目前社會(huì)發(fā)展的根本需要，注重智能變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究成為電業(yè)局的重要工作內(nèi)容。只有不斷強(qiáng)化有關(guān)智能變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究，才能有效提升電業(yè)局的工作效率與公司利益[1]。

1 智能變電站的主要特點(diǎn)

在智能變電站運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相關(guān)部門必須使用先進(jìn)的智能設(shè)備，并基于網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)進(jìn)行使用，有效落實(shí)對(duì)信息的收集、處理、傳送與檢測(cè)，以此使智能變電站中的信息與數(shù)字化達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，根據(jù)智能變電站的實(shí)際狀況對(duì)智能變電站的主要功能進(jìn)行豐富和完善[2]。

2 智能變電站二次設(shè)備的主要特征

二次設(shè)備主要是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督、測(cè)量、保護(hù)以及控制的一些輔助設(shè)備。二次設(shè)備和電能之間沒有直接關(guān)系。對(duì)變電站而言，確保二次設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，就能確保電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展，并保障電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。智能變電站二次設(shè)備通常包含遠(yuǎn)程監(jiān)控的傳送設(shè)備以及繼電自動(dòng)保護(hù)設(shè)備等。

目前，智能變電站和傳統(tǒng)變電站相較具有較多不同，主要特征如下[3]：（1）一次設(shè)備擁有數(shù)字與智能化特征，可以完成對(duì)信號(hào)的數(shù)字式轉(zhuǎn)化和狀態(tài)監(jiān)控，以此滿足一次設(shè)備的智能化需求；（2）二次設(shè)備擁有網(wǎng)絡(luò)特征，除直流電源外，光線以及屏蔽網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳統(tǒng)的二次電纜進(jìn)行了完全取代，一次設(shè)備和二次設(shè)備間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)闹饕绞绞抢靡蕴W(wǎng)的GOOSE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；（3）變電站通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一開發(fā)，有效確保了數(shù)字化變電站設(shè)備間的相互運(yùn)轉(zhuǎn)；（4）智能變電站系統(tǒng)擁有自動(dòng)化特征，利用傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)可以完成對(duì)信息的共享，使系統(tǒng)管理可以達(dá)到自動(dòng)化，如圖1所示。

智能變電站二次設(shè)備的主要特征主要包括：（1）充分保護(hù)測(cè)控屏中擁有保護(hù)作用的軟壓板、啟動(dòng)失靈母羞軟壓板、跳閘發(fā)送軟壓板等，替代傳統(tǒng)具有保護(hù)作用的硬壓板；（2）智能變電站二次設(shè)備主要用于控制斷路器的開閉電路，通常是在斷路器智能端子上安裝出口硬壓板；（3）智能變電站在智能終端內(nèi)設(shè)置維護(hù)壓力板和保護(hù)測(cè)控裝置[4]。

圖1 二次設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)

3 智能變電站二次設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)使用方法

智能變電站的網(wǎng)絡(luò)布局方式通常由SV數(shù)據(jù)的訪問方式來(lái)確定。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)兩個(gè)公司先后頒布了相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)SV網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程層進(jìn)行了規(guī)范，如圖2所示。具體使用時(shí)，這兩家公司存在一定差異。對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司而言，SV通常使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方法，不管是110 kV或220 kV以上電壓等級(jí)的智能站都是如此。而對(duì)220 kV電壓等變電站而言，南方公司一些地區(qū)使用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采樣，而另一部分則使用網(wǎng)絡(luò)采樣，對(duì)110 kV電壓的變電站主要是網(wǎng)絡(luò)傳送[5]。

圖2 智能變電站網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)

3.2 過(guò)程層數(shù)據(jù)技術(shù)的完成、優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)

為了能夠有效處理智能變電站二次設(shè)備發(fā)生的問題，必須對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)原理和傳送機(jī)制進(jìn)行重點(diǎn)研究。SV采樣方法比較，如表1所示。

表1 SV采樣方法比較

3.3 保護(hù)控制設(shè)備存在的問題

（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性，存在可靠性低、CPU與插件和材料的數(shù)量較多、數(shù)據(jù)接口與連接繁雜、發(fā)熱嚴(yán)重等各種問題，造成可靠性低。

（2）通過(guò)內(nèi)部總線實(shí)現(xiàn)的CPU與插件間的數(shù)據(jù)交互存在瓶頸，存在難以實(shí)現(xiàn)、交互速度與量受限等問題。

（3）故障排除時(shí)間延長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)性能退化延遲，造成保護(hù)與跳閘的時(shí)間不斷延長(zhǎng)。

（4）數(shù)據(jù)同步問題對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)不明確，保護(hù)設(shè)備的采樣對(duì)外部定時(shí)系統(tǒng)過(guò)于依賴，假如序系統(tǒng)出現(xiàn)異常，將會(huì)造成全站的序系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響極大，因此應(yīng)該明確數(shù)據(jù)同步不能過(guò)于依賴外部定時(shí)系統(tǒng)[6]。

（5）開發(fā)成本較高，基于過(guò)程層點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的建設(shè)模式，由于光纖數(shù)量較多，因此施工成本較高。在過(guò)程層組網(wǎng)模式中，交換機(jī)數(shù)量多，可靠性低。

4 完善智能變電站二次設(shè)備信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過(guò)有關(guān)對(duì)有關(guān)變電站二次設(shè)備信息存儲(chǔ)模型的設(shè)計(jì)，開展了對(duì)其信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)計(jì)。在智能變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)中，主要包含了4個(gè)模塊，分別為協(xié)議庫(kù)、指令加載庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)與程序加載模塊，而變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際的結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3中，智能變電站二次設(shè)備背景下運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心模塊，開展有關(guān)二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的完善設(shè)計(jì)。為有效落實(shí)這一流程，應(yīng)先分析系統(tǒng)的整體構(gòu)架，利用無(wú)線射頻網(wǎng)絡(luò)RFID模塊執(zhí)行設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的收集，并利用專門的短程通信規(guī)范協(xié)定，對(duì)智能變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)實(shí)施總線傳送和人機(jī)交互設(shè)計(jì)[7]。文章主要是基于無(wú)線網(wǎng)背景對(duì)智能變電站設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，且與AD模塊的轉(zhuǎn)換過(guò)程中落實(shí)對(duì)變電站信息的綜合轉(zhuǎn)化和無(wú)線網(wǎng)傳送，實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP來(lái)創(chuàng)建智能變電站二次設(shè)備信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的PCI總線，獲得系統(tǒng)模塊構(gòu)成圖。

圖3 結(jié)構(gòu)模型圖

5 仿真實(shí)驗(yàn)和最后結(jié)果

為了對(duì)完成智能變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)完善過(guò)程中的使用效果進(jìn)行測(cè)試，開展了有關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中主要應(yīng)用Matlab設(shè)計(jì)，根據(jù)S3C2440_PWM控制指示實(shí)施存儲(chǔ)計(jì)算程序加載，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息交叉編譯基于嵌入式Linux背景。

為了能夠有效驗(yàn)證使用的方式對(duì)變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息儲(chǔ)存設(shè)計(jì)中存儲(chǔ)成本的優(yōu)勢(shì)，使用文獻(xiàn)參考方式對(duì)比變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)成本，將信息進(jìn)出總量作為參考依據(jù)，獲得的存儲(chǔ)支出對(duì)比如圖4所示。

通過(guò)圖4可以看出，使用提出的方式設(shè)計(jì)變電站二次設(shè)備運(yùn)行信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)消耗低，存儲(chǔ)系統(tǒng)的進(jìn)出總量較高。由于迭代數(shù)量不斷增多，提出的方式能夠使信息存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)出總量達(dá)到21 bit。

圖4 存儲(chǔ)支出對(duì)比圖

6 結(jié) 論

利用云存儲(chǔ)對(duì)智能變電站二次設(shè)備數(shù)據(jù)的管理和調(diào)度建立智能變電站二次設(shè)備信息存儲(chǔ)系統(tǒng)，落實(shí)對(duì)信息的分布式計(jì)算與儲(chǔ)存。在智能變電站二次設(shè)備中，因?yàn)閿?shù)據(jù)規(guī)模很大，為了能夠有效提升智能變電站二次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息的存儲(chǔ)容量，根據(jù)云儲(chǔ)存原理對(duì)二次設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)化模型開展相應(yīng)研究，并根據(jù)大數(shù)據(jù)信息處理方式，完成對(duì)二次設(shè)備運(yùn)行信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的規(guī)范設(shè)計(jì)。