變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)中通信設(shè)備自動(dòng)化配置方法研究

鄧勝恩

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司湘西供電分公司，湖南 湘西 416000）

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)持續(xù)不斷的發(fā)展，變電站作為電網(wǎng)的核心組成部分，其智能化監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵[1]。在這樣的背景下，實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備自動(dòng)化配置的方法就顯得尤為關(guān)鍵，因?yàn)橹挥腥绱瞬拍苡行嵘冸娬局悄芑O(jiān)控系統(tǒng)的效率。

1 變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)定義

變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)是一種集物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)于一體的電力系統(tǒng)智能化解決方案，該系統(tǒng)通過(guò)部署大量高性能傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及安全隱患的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

圖1 變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)組成

以Cronet CC-5428-NS為代表的千兆交換機(jī)為例，將其用于變電站智能監(jiān)控。變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)支持多個(gè)千兆電口和擴(kuò)展槽，此類(lèi)交換機(jī)應(yīng)具備豐富的2 層功能，以滿足變電站內(nèi)部復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)需求。通過(guò)交換機(jī)的多個(gè)端口，連接并采集變電站內(nèi)各種設(shè)備（如傳感器、智能儀表等）的數(shù)據(jù)。交換機(jī)通過(guò)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）等協(xié)議與網(wǎng)安監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)接，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)輪詢和主動(dòng)上報(bào)2 種方式的數(shù)據(jù)交互。通過(guò)這種方式，監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)掌握變電站網(wǎng)絡(luò)的安全狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 系統(tǒng)缺陷

變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)存在的問(wèn)題包括監(jiān)控孤島、無(wú)法聯(lián)動(dòng)預(yù)防事故、缺失消防事件遠(yuǎn)程監(jiān)控、缺乏環(huán)境監(jiān)控、不能遠(yuǎn)程干預(yù)電氣設(shè)備偷盜、機(jī)械門(mén)鎖安全性低及實(shí)時(shí)監(jiān)控管理不足等。常規(guī)變電站缺乏自診斷、故障記錄分析和資源共享能力，難以檢測(cè)二次系統(tǒng)故障和全面記錄分析運(yùn)行參數(shù)與故障信息。雖然在線感知系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)設(shè)備參數(shù)，但存在反饋不及時(shí)、無(wú)法提前判斷異常和處理故障等問(wèn)題。

2 通信設(shè)備自動(dòng)化配置方法

2.1 通信設(shè)備自動(dòng)化配置的概念

通信設(shè)備自動(dòng)化配置為了保證數(shù)據(jù)可靠傳輸，往往需要制定固定格式的通信數(shù)據(jù)幀。通信雙方需要按照制定好的格式組織和解析數(shù)據(jù)[3]。通過(guò)配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)配置，提高網(wǎng)絡(luò)管理效率，減少成本，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)化配置、自動(dòng)排錯(cuò)、自動(dòng)管理以及自動(dòng)優(yōu)化等功能。

2.2 通信設(shè)備自動(dòng)化配置的流程

準(zhǔn)備通信參數(shù)配置信息，商定通信數(shù)據(jù)幀的格式，選擇合適的數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)算法，說(shuō)明通信方式。例如，網(wǎng)口進(jìn)行傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）通信時(shí)，需要說(shuō)明設(shè)備是服務(wù)端還是客戶端。制定控制命令，根據(jù)設(shè)備控制情況，制定具體的控制指令值，并給出指令用途與指令數(shù)據(jù)域的詳細(xì)內(nèi)容。在某些情況下，還需要根據(jù)具體需求選擇配置模板或用戶模板進(jìn)行配置。

2.3 通信設(shè)備自動(dòng)化配置的關(guān)鍵技術(shù)

首先，自動(dòng)化配置系統(tǒng)須自動(dòng)協(xié)商和設(shè)置參數(shù)，確保設(shè)備間通信順暢。通過(guò)自動(dòng)協(xié)商機(jī)制，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備通信能力和需求，確定最佳通信參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互操作性和數(shù)據(jù)交換一致性，并根據(jù)通信環(huán)境和數(shù)據(jù)特性優(yōu)化調(diào)整。其次，自動(dòng)化配置系統(tǒng)須動(dòng)態(tài)生成并執(zhí)行控制命令，如開(kāi)啟/關(guān)閉設(shè)備、設(shè)置參數(shù)、查詢狀態(tài)等。最后，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況和控制要求，自動(dòng)構(gòu)建相應(yīng)命令并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給設(shè)備執(zhí)行。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站主要設(shè)備和輸配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)以及調(diào)度通信等綜合性自動(dòng)化功能，系統(tǒng)須根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況和控制要求自動(dòng)構(gòu)建相應(yīng)的命令，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給設(shè)備執(zhí)行。通過(guò)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化功能，變電站能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備管理的精細(xì)化，提高運(yùn)行效率，保障供電安全。系統(tǒng)不僅可以根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)和邏輯來(lái)判斷設(shè)備的工作狀態(tài)，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

自動(dòng)化配置系統(tǒng)與調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫對(duì)接，能夠?qū)崟r(shí)上傳變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，接收調(diào)度中心的控制指令，并根據(jù)指令動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這種自動(dòng)化的通信方式大大提高了變電站的響應(yīng)速度和運(yùn)行效率。

3 變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)中通信設(shè)備自動(dòng)化配置方法研究

3.1 需求分析

變電站智能輔助監(jiān)控平臺(tái)需要向變電站監(jiān)控系統(tǒng)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)告警數(shù)據(jù)以及視頻聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與變電站視頻監(jiān)控設(shè)備之間的實(shí)時(shí)視頻調(diào)用、歷史視頻調(diào)用、云鏡控制等功能[4]。根據(jù)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》的定義，智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳以及環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成現(xiàn)場(chǎng)的需求采集。

3.2 自動(dòng)化配置方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為規(guī)范智能變電站的建設(shè)，滿足大運(yùn)行和調(diào)控一體化要求，按照“三統(tǒng)一”原則，明確子系統(tǒng)功能、組網(wǎng)方案、關(guān)鍵指標(biāo)、部署建議以及設(shè)備選型。系統(tǒng)根據(jù)變電站設(shè)備配置和通信需求，自動(dòng)調(diào)整配置參數(shù)，支持多種通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間無(wú)縫對(duì)接。一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)立即啟動(dòng)糾正機(jī)制，記錄關(guān)鍵信息和結(jié)果，賦予常規(guī)變電站自診斷能力，優(yōu)化在線感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)反饋和異常預(yù)警。采用IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)，方便系統(tǒng)集成，降低工程費(fèi)用[5]。因此，可以快速解除異常，使系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常狀態(tài)。

3.3 自動(dòng)化配置方法的性能評(píng)估

監(jiān)控主機(jī)的多功能標(biāo)準(zhǔn)接口能夠接入不同廠家的各種探測(cè)器、傳感器以及安防、消防設(shè)備，具有良好的兼容性。變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足國(guó)家電網(wǎng)的“四統(tǒng)一”要求，包括統(tǒng)一監(jiān)控、調(diào)度、配置及報(bào)表，滿足信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化并狀態(tài)可視化的要求。通過(guò)整合原有的分散系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)監(jiān)控、保護(hù)信息子站、五防子站、電能計(jì)量及在線監(jiān)控等，智能變電站優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。自動(dòng)化配置的性能評(píng)估結(jié)果如表1 所示。

表1 自動(dòng)化配置的性能評(píng)估結(jié)果

設(shè)備的吞吐量達(dá)到了100 Mb/s，延遲為10 ms，相對(duì)較低，丟包率為0.1%，在可接受的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)發(fā)速度為50 000 pps，表現(xiàn)出良好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性為100%，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)連接非常穩(wěn)定。信道利用率為70%，信道容量為1 Gb/s，還有一定的提升空間以應(yīng)對(duì)未來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸需求。帶寬利用率為60%，說(shuō)明當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用相對(duì)合理。平均傳輸延遲為15 ms，延遲抖動(dòng)為±5 ms，都在可接受的范圍內(nèi)。系統(tǒng)的可靠性為98.99%，可用性為高，最大并發(fā)連接數(shù)為1 000，響應(yīng)延遲為5 ms，每秒處理請(qǐng)求數(shù)為500 req/s，數(shù)據(jù)庫(kù)大小為1 TB，具備較大的存儲(chǔ)容量。最大并發(fā)事務(wù)處理能力為200，最大連接數(shù)為500，吞吐量為500 Mb/s，響應(yīng)時(shí)間為8 ms，資源利用率為75%，整體表現(xiàn)良好。

4 結(jié) 論

本研究提出的自動(dòng)化配置方式，旨在為變電站智能監(jiān)控系統(tǒng)提供技術(shù)支持，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，全面滿足變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)需求?？紤]智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用3 層2 網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備優(yōu)化處理方面加大力度，使通信質(zhì)量最大化，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理，從而有效支持變電站智能監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。