云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)設(shè)計

李鳳龍 賈帥鋒 趙冠華 吳春昇

云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)設(shè)計

李鳳龍 賈帥鋒 趙冠華 吳春昇

（國家電網(wǎng)許繼集團有限公司，河南 許昌 461000）

本文介紹云貴互聯(lián)通道工程的建設(shè)狀況，闡述該直流輸電工程遠動通信系統(tǒng)的整體架構(gòu)、功能設(shè)計及軟硬件實現(xiàn)，經(jīng)過廠內(nèi)功能性試驗和動態(tài)性試驗的驗證，其遠動通信系統(tǒng)能夠完全滿足云貴互聯(lián)通道工程的需求。該套遠動通信系統(tǒng)于2020年6月11日正式轉(zhuǎn)入商業(yè)運行。本文對特高壓直流輸電工程、超高壓直流輸電工程、背靠背直流工程及柔性直流輸電工程遠動通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計具有一定的指導意義。

云貴互聯(lián)通道；遠動通信系統(tǒng)；直流工程；多端直流工程；功率計劃曲線

0 引言

2020年6月11日，世界首個±500kV三端直流輸電工程——南方電網(wǎng)公司云貴互聯(lián)通道工程順利竣工投產(chǎn)，并一次性實現(xiàn)三端雙極解鎖。該工程是國家重點輸變電項目，是南方電網(wǎng)公司貫徹國家綠色發(fā)展理念，落實新基建決策部署，助力粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的標志性工程。新建云南祿勸換流站和1回聯(lián)接高肇直流送端高坡?lián)Q流站的391km長的直流線路，改造貴州高坡?lián)Q流站和廣東肇慶換流站，形成祿勸—高坡—肇慶三端直流，直流額定容量300萬kW。該工程在世界上首次實現(xiàn)將兩端直流改造為三端直流，實現(xiàn)多端直流靈活送電。該工程的正式投產(chǎn)對于大規(guī)模電能外送、受端多點分散接入、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、進一步提高受端電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平具有重大意義。本文在充分研究DL/T 634.5104—2002、DL/T 634.5101—2002遠動傳輸規(guī)約、特高壓和柔性多端直流輸電工程控制保護系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合該工程實際建設(shè)介紹祿高肇三端直流輸電工程遠動通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)[1]。

1 遠動通信系統(tǒng)介紹

云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)裝置采用GWS—1型高壓直流輸電（high voltage direct current, HVDC）專用遠動裝置，系統(tǒng)設(shè)計首次實現(xiàn)采用全Linux操作系統(tǒng)平臺，代替原有直流輸電工程遠動服務(wù)端部署于Linux/UNIX系統(tǒng)，客戶端部署于Windows系統(tǒng)的架構(gòu)模式。Linux系統(tǒng)因其穩(wěn)定、開源、免費、安全、高效和降低了網(wǎng)絡(luò)攻擊風險等特點，被電力系統(tǒng)內(nèi)部作為當前主流操作系統(tǒng)應(yīng)用。因此，本工程遠動系統(tǒng)采用全Linux系統(tǒng)平臺設(shè)計，既能充分保證整個遠動通信系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性及強大的處理能力，又能給運維人員提供簡捷易用的操作接口，是一種綜合性能優(yōu)、安全性能高的系統(tǒng)配置方式。

遠動通信系統(tǒng)完成換流站交/直流站控系統(tǒng)、極控系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)、直流保護系統(tǒng)等和各級調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)交換任務(wù)，屬于運行人員控制級的組成部分，通過站內(nèi)冗余數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（supervisory control and data acquisition, SCADA）系統(tǒng)局域網(wǎng)（local area network, LAN）與上述控制保護系統(tǒng)進行通信，并通過遠動通信鏈路與各級調(diào)度中心通信。

遠動通信系統(tǒng)需要向各級調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)換流站的運行狀態(tài)信息，包括遙信、遙測和事件順序記錄（sequence of event, SOE）等，同時承擔著將調(diào)度中心下發(fā)的控制命令正確轉(zhuǎn)發(fā)至控制系統(tǒng)（極控/閥控、交/直流站控）、將總調(diào)度中心下發(fā)的功率計劃值曲線正確轉(zhuǎn)發(fā)至運行人員監(jiān)控系統(tǒng)工作站等任務(wù)。遠動通信系統(tǒng)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要組成部分。它對接收到的本地和調(diào)度中心下發(fā)的控制命令等數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提供內(nèi)部和外部通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)描述[2-5]。

2 遠動通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

遠動系統(tǒng)配置冗余的GWS—1裝置。換流站的控制和監(jiān)測元件之間的通信是通過LAN來管理。冗余的LAN1、LAN2為主監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)段，稱之為站SCADA LAN，連接運行人員監(jiān)控系統(tǒng)、控制和保護系統(tǒng)等，LAN3是輔助監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)段，連接打印機、遠程訪問、診斷和管理工具一類系統(tǒng)。遠動裝置在站內(nèi)對下只通過以太網(wǎng)接口和站SCADA LAN1/LAN2通信，采集控制保護相關(guān)數(shù)據(jù)；對上通過以太網(wǎng)接口和串行接口分別與雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接口設(shè)備和光纖配線架設(shè)備相連，采用南方電力的光纖復(fù)合架空地線（optical fiber composite overhead ground wire, OPGW）光纖通信電路及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成換流站至各級調(diào)度中心的通信系統(tǒng)。

主方式為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信方式。采用RJ45 10M/ 100M/1 000M網(wǎng)口，遠動裝置通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)A、B平面兩臺交換機接入南方電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，實現(xiàn)各級調(diào)度中心的電能管理系統(tǒng)（energy management system, EMS）通信，采用DL/T 634.5104—2002（南網(wǎng)）通信規(guī)約[1]。本通信方式采用雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入方式，是由于當前國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司為了確保廠站端到調(diào)度端的骨干網(wǎng)可靠穩(wěn)定，故而采用基于冗余的外部網(wǎng)絡(luò)通道進行通信，將上述冗余的外部骨干網(wǎng)通道稱為雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。

備用方式為點對點遠動通道，遠動裝置配置RS 232串行口連接通道切換裝置MSCR504和調(diào)制解調(diào)器，通道速率設(shè)置為2MByte/s和1 200Byte/s，與省級調(diào)度通信。另外，又采用以太網(wǎng)口接入南網(wǎng)總調(diào)的多業(yè)務(wù)傳送平臺（multi-service transport platform, MSTP）2M專線網(wǎng)，采用路由器將以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換為2M接口，再經(jīng)同軸電纜至配線架與相關(guān)中調(diào)實現(xiàn)點對點通信。E1接口轉(zhuǎn)換是通過路由器來實現(xiàn)的，采用華為路由器AR1220E—S，模塊卡AR0MSDE12A00實現(xiàn)將網(wǎng)口轉(zhuǎn)為2M口。點對點通信采用DL/T 634.5104— 2002（南網(wǎng)）和DL/T 634.5101—2002通信規(guī)約[1]。

云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 硬件描述

GWS—1型HVDC專用遠動裝置采用整機無風扇、無硬盤結(jié)構(gòu)的嵌入式工控硬件平臺，緊湊型金屬機箱，整機符合電力4級認證，具備運行穩(wěn)定和免維護的特點，能夠很好地適應(yīng)高壓直流輸電工程現(xiàn)場強烈的電磁干擾及其他惡劣環(huán)境，杜絕了高溫下服務(wù)器容易宕機的隱患。該裝置可以在-25℃～+55℃環(huán)境下正常作業(yè)。當出現(xiàn)裝置掉電現(xiàn)象時，在恢復(fù)電源的情況下，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動重啟，同時遠動相關(guān)服務(wù)程序自動啟動，極大提高了遠動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和健壯性。

另外，GWS—1型HVDC專用遠動裝置提高了多通道連接能力。裝置具有10個串行接口（RS 232/ 422/485）和8個千兆LAN端口的硬件配置，完全滿足換流站遠動通信系統(tǒng)與各級調(diào)度中心采用104網(wǎng)絡(luò)通信和101串口通信的需求。該裝置的設(shè)計省去了原有直流輸電工程采用101串口通信時需要服務(wù)器擴充串口的終端服務(wù)器，不再需要人工手動配置終端服務(wù)器相關(guān)參數(shù)和調(diào)試工作等，在一定程度上節(jié)省了人力、財力的同時給遠動設(shè)備的日常運維帶來了很多便利。另外，通過GWS—1型專用遠動裝置前面板指示燈可清晰觀測對應(yīng)網(wǎng)口及串口的數(shù)據(jù)收發(fā)情況。

圖1 云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

4 遠動通信系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

遠動通信系統(tǒng)軟件設(shè)計采用面向?qū)ο蟮腎CE（interact communication engine）中間件的引用，簡化了分布式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，構(gòu)成了模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)。同時，分布式軟件體系結(jié)構(gòu)使得人機界面可以遠程連接至服務(wù)程序，在換流站主控室工作站即可進行配置操作和運行維護，方便工程應(yīng)用。模塊化的設(shè)計，使其具備良好的擴展性，預(yù)留數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程擴展接口，便于新的軟件、組件的開發(fā)和融合，能夠適應(yīng)新的站內(nèi)通信方式及調(diào)度中心通信的個性化需求。

圖2為遠動系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，顯示了其中最主要的各個設(shè)計模塊及數(shù)據(jù)的流向。圖2中各功能模塊簡述如下。

前置模塊：通過冗余的站SCADA LAN與交/直流站控系統(tǒng)、極控系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)、直流保護系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換，同時與規(guī)約處理模塊完成數(shù)據(jù)交換。

IEC 104 規(guī)約服務(wù)：采用標準的DL/T 634.5104— 2002協(xié)議設(shè)計規(guī)約服務(wù)程序。

IEC 101 規(guī)約服務(wù)：采用標準的DL/T 634.5101— 2002協(xié)議設(shè)計規(guī)約服務(wù)程序。

主/從模塊：主/從角色控制模塊，確定自身角色；同時也可設(shè)置為雙機值班模式，兩臺遠動機同時提供服務(wù)，實現(xiàn)負載均衡。

前置模塊中的遠動接口部分：進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也用于人機界面。

前置接口：規(guī)約服務(wù)程序中與前置模塊負責進行數(shù)據(jù)交換的接口部分。

過程數(shù)據(jù)庫：存儲轉(zhuǎn)發(fā)到控制中心的所有數(shù)據(jù)點的當前值，如遙信、遙測、SOE信息。

配置信息數(shù)據(jù)庫：提供每個數(shù)據(jù)點的信息，選擇轉(zhuǎn)發(fā)至哪個遠動通信鏈路（調(diào)度中心），包括每個鏈路相關(guān)的遠程終端單元（remote terminal unit, RTU）地址、數(shù)據(jù)傳輸類型、是否接受調(diào)度中心控制等信息配置。

圖2 遠動系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

協(xié)議棧：每一個遠動通信鏈路均有一個協(xié)議棧，負責與調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)。

人機界面接口：規(guī)約服務(wù)程序中提供給遠動通信系統(tǒng)人機界面程序的接口。

界面：集數(shù)據(jù)配置、調(diào)試和運行工況監(jiān)視等各項功能于一體。

5 功率計劃曲線的實現(xiàn)

功率計劃曲線的實施應(yīng)用屬于堅強智能電網(wǎng)建設(shè)中智能調(diào)度的核心組成部分，計劃曲線準確、及時下發(fā)，現(xiàn)場正確執(zhí)行，對電網(wǎng)的安全性和可靠性至關(guān)重要。云貴互聯(lián)通道工程調(diào)度計劃曲線的接收模式利用遠動通道接收。當廠站端的遠動機接收到計劃曲線后，再由遠動機轉(zhuǎn)發(fā)至廠站內(nèi)運行人員監(jiān)控系統(tǒng)（HMI）自動導入執(zhí)行[6-10]。

云貴互聯(lián)通道工程采用DL/T 634.5104—2002規(guī)約下發(fā)曲線，該規(guī)約基本標準中沒有定義計劃曲線的數(shù)據(jù)格式，需要通過擴展標準來實現(xiàn)[1]。南方電網(wǎng)擴展出帶長時標的多點設(shè)點命令，應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（application service data unit, ASDU）137，來下發(fā)計劃曲線。每條曲線分配289個地址，起始地址從26 369開始，該地址代表整條曲線地址，曲線按5min一個點從00:00開始到23:55，對應(yīng)余下288個點的地址。計劃值傳輸流程如圖3所示。

圖3 計劃值傳輸流程

遠動機收到計劃值曲線后將發(fā)出告警聲音提示監(jiān)盤人員接收新的曲線，并將計劃值曲線轉(zhuǎn)發(fā)到HMI工作站并存儲為文本格式，隨后遠動服務(wù)程序立即返回鏡像報文至南網(wǎng)總調(diào)，用以確認應(yīng)用系統(tǒng)成功接收到計劃曲線。運行人員可將文本格式的計劃值曲線文件手動或自動導入SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)將按設(shè)定的時間下發(fā)功率與速率參考值到直流站控系統(tǒng)，實現(xiàn)直流輸電工程自動功率控制[11-12]。日功率計劃曲線的實時傳輸和自動功率控制功能的實現(xiàn)設(shè)計流程如圖4所示。

6 結(jié)論

本文結(jié)合實際介紹了云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)的整體架構(gòu)、功能設(shè)計及軟硬件實現(xiàn)，完成了該工程遠動通信系統(tǒng)的現(xiàn)場部署及應(yīng)用，從功能性試驗（functional performance test, FPT）到動態(tài)性試驗（dynamic performance test, DPT）及其工程應(yīng)用，證實該系統(tǒng)的總體設(shè)計具備較高的穩(wěn)定性和可靠性，對進一步豐富不同電壓等級的多端直流輸電工程、背靠背直流輸電工程及柔性直流輸電工程等遠動通信系統(tǒng)設(shè)計，提高電網(wǎng)安全運行水平均有相應(yīng)的參考意義。

圖4 計劃曲線傳輸和自動功率控制實現(xiàn)設(shè)計流程

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Design of remote control interface for Yunnan-Guizhou interconnection channel project

LI Fenglong JIA Shuaifeng ZHAO Guanhua WU Chunsheng

(State Grid XJ Group Co., Ltd, Xuchang, He’nan 461000)

The construction status of Yunnan-Guizhou interconnection channel project is introduced. The overall architecture, function design, software and hardware implementation of the remote control interface (RCI) for the high voltage direct current (HVDC) transmission project are described. After the functional performance test (FPT) and dynamic performance test (DPT) verification, the RCI meets the needs of Yunnan-Guizhou interconnection channel project and has been put into commercial operation on June 11, 2020. This paper has a certain guiding significance for the research and design of RCI for the ultra high voltage direct current (UHVDC) transmission project, HVDC transmission project, back-to-back DC transmission project and flexible DC transmission project.

Yunnan-Guizhou interconnection channel; remote control interface; HVDC project; multi-terminal DC project; power planning curve

2021-02-05

2021-03-17

李鳳龍（1987—），男，甘肅天水人，本科，工程師，主要從事高壓直流輸電遠動通信系統(tǒng)軟件設(shè)計。