變電站站控層體系架構的思考

變電站站控層體系架構的思考

0數據融合與處理目前，南方電網正在建設二次一體化，重點是在信息整合和綜合利用的基礎上實現二次能源應用的互聯。因此，主站應建設全球數據引擎，并將不同專業(yè)數據整合到全球數據引擎中。在全球數據引擎的基礎上，信息孤島得到消除，充分利用綜合數據，充分發(fā)揮每個專業(yè)的潛力和優(yōu)勢，盡可能實現專業(yè)整合，節(jié)約重復建設成本，有效利用資源。作為電網的數據源,數據和模型的傳輸將成為變電站端的核心任務,為此,變電站需要建立數據中心,在IEC61850的基礎上統(tǒng)一數據采集,統(tǒng)一數據模型,統(tǒng)一數據存儲,統(tǒng)一數據出口。目前的變電站沒有數據中心,數據的處理與遠傳按專業(yè)進行劃分,存在信息孤島,變電站站控層的體系架構已經不能適應二次一體化的建設與發(fā)展,需要重新審視。本文研究了以智能遠動機為核心,用監(jiān)控終端代替當地后臺,消除信息孤島,統(tǒng)一數據采集,統(tǒng)一出口的站控層體系架構。文獻也對智能遠動機的相關技術進行了討論。1討論了基于站點控制的系統(tǒng)架構的必要性1.1遠動協(xié)議模型在二次一體化的框架下,主站端和變電站端間的數據中心需要建立上下貫通關系,遠動設備需要支持變電站端IEC61850和主站端IEC61970之間的模型轉換,能夠建立變電站圖形和模型之間的關聯,支持源端維護和訂閱發(fā)布,遠動協(xié)議需要能夠無縫傳輸變電站的數據模型以及各個專業(yè)的綜合數據。目前的遠動設備基本不具備這些功能,這已經阻礙了二次一體化的發(fā)展,其功能定位需要重新劃分。1.2實現無人班,實現自動充放電隨著技術的發(fā)展,無人值班已經成為變電站的發(fā)展趨勢,目前220kV及以下電壓等級的變電站基本都實現了無人值班,部分地區(qū)500kV變電站也實現了無人值班。在無人值班的前提下,變電站作為電網數據的采集源頭,將以數據和模型的傳輸為主,為集控中心、主站提供監(jiān)視、控制、決策的數據,并執(zhí)行集控中心、主站的命令及控制策略,遠動裝置的功能將得到加強,當地后臺的功能將逐步弱化。當變電站維護操作人員工作時,需要后臺為其提供技術支持手段;當變電站無人工作時,當地后臺則基本不需要,也沒有必要在線運行。但是目前變電站配置強大的后臺,配置浪費,有必要對后臺的功能定位重新討論。1.3次設備之間的模型構建IEC61850在變電站的應用已經基本成熟,變電站內部已經建立了完備的一次設備、二次設備、一次設備和二次設備之間關系的模型,通過IEC61850協(xié)議也可統(tǒng)一采集各個專業(yè)數據,在統(tǒng)一模型、統(tǒng)一采集的基礎上,站內可以建立統(tǒng)一的數據中心,從而為數據的統(tǒng)一出口提供了技術基礎。鑒于上述原因,在二次一體化的框架下,重新審視變電站站控層設備的體系架構,討論遠動和后臺的功能定位,以適應變電站無人值班的發(fā)展趨勢有其必要性。2建站站控制體系的結構分析2.1站控層mms網目前的變電站分為常規(guī)變電站和智能變電站,常規(guī)變電站在架構上由站控層、間隔層以及站控層和間隔層之間的通信網絡構成;智能變電站的架構則為三層兩網,分別為站控層、間隔層、過程層,以及站控層與間隔層之間的制造報文規(guī)范(MMS)網,間隔層與過程層之間的通用面向對象變電站事件/采樣值(GOOSE/SV)網。站控層一般包括監(jiān)控后臺、遠動設備、保護信息管理系統(tǒng)子站、電量采集裝置、在線監(jiān)測系統(tǒng)綜合處理單元、相量測量單元(PMU)集中器、視頻系統(tǒng)后臺。站控層設備按照專業(yè)劃分,分別處理各自業(yè)務,是變電站數據的采集、集中、處理以及數據的對外交互層。鑒于站控層設備按照專業(yè)劃分,形成信息孤島,變電站內部沒有利用整個變電站的綜合數據為各個專業(yè)高級應用服務,對外數據遠傳也按專業(yè)來劃分,沒有通過統(tǒng)一的通道進行綜合數據的傳輸。2.2遠動機、實理中心構成二次一體化框架下變電站的架構與以前的變電站相同,只是站控層的體系架構發(fā)生了變化。在二次一體化的框架下,站控層在邏輯上由智能遠動模塊、監(jiān)視中心、控制中心、數據中心、管理中心構成;在物理上則由智能遠動機、管理中心構成,如圖1所示。智能遠動機具備智能遠動模塊、數據中心、監(jiān)視中心、控制中心的功能,智能遠動機負責站內各專業(yè)數據的綜合采集、統(tǒng)一建模與存儲、數據統(tǒng)一遠傳以及變電站的監(jiān)視和控制。管理中心主要完成對廠站日常運行的管理,統(tǒng)計運行數據,提供設備檢修輔助決策等功能,主要包括廠站模型維護、用戶權限管理、資料管理、運行日志、操作票管理、工作票管理、運行值班管理等功能模塊。智能遠動機和管理中心之間通過站內的數據總線交換數據。2.3控制合理的遠動機智能遠動機包括智能遠動模塊、數據中心、監(jiān)視中心、控制中心的相關功能,3個中心的通信、運算、存儲、高級應用等核心功能可由智能遠動機來實現,3個中心的界面展示、告警、人機交互則由監(jiān)控終端來實現,監(jiān)控終端是智能遠動機的人機接口,主要用于無人值班站的運行維護管理,不需要在線運行。3遠動機數據庫的實現無人值班變電站的主要功能是數據的遠傳,當地監(jiān)控功能會逐步弱化,監(jiān)控終端就是適應了這種趨勢,提供了一種簡單的監(jiān)控手段為運行維護人員服務。監(jiān)控終端使用智能遠動機的歷史數據庫實現歷史信息、圖形、組態(tài)配置信息的存儲,因而監(jiān)控終端不需要在線運行,任何電腦只要安裝了監(jiān)控終端的軟件,即可即插即用。監(jiān)控終端使用智能遠動機的實時數據庫,其核心運算功能也由智能遠動機執(zhí)行,監(jiān)控終端的主要功能包括接線圖和告警信息的展示、監(jiān)控終端和智能遠動機的配置、程序化操作和電壓無功自動控制(VQC)等高級應用的配置,以及必要的調試功能。4智能遠機功能的定義4.1遠動機支持變電站端數據1)智能遠動機具有智能遠動模塊、數據中心、監(jiān)視中心、控制中心的功能,智能遠動機配置監(jiān)控終端完成圖形、告警展示以及相關配置功能。2)智能遠動機支持變電站端數據的綜合采集功能,及數據統(tǒng)一建模與統(tǒng)一存儲的功能。3)智能遠動機支持變電站端數據統(tǒng)一遠方交換功能,實現廠站端數據的統(tǒng)一出口。4)智能遠動機支持主站和變電站間的模型/圖形轉換、數據訂閱發(fā)布、源端維護功能。5)智能遠動機須采用直采直送的原則,直接從間隔層裝置采集信息,智能遠動機和管理中心之間的數據交換通過站控層數據總線來完成。4.2配置智能設備的原則在35kV及以上電壓等級變電站應冗余配置2臺智能遠動機;在35kV以下電壓等級變電站可配置1臺智能遠動機。5智能遠機技術5.1數據模型互通目前,變電站一般采用IEC61850模型,主站一般采用IEC61970的公共信息模型(CIM)。由于采用的模型不同,導致的模型問題是通過智能遠動機實現二次一體化上下貫通的一個核心問題。IEC61850詳細描述了站內電網結構的模型、一次設備的模型、二次設備的模型、一次和二次設備的關聯關系,全面完整地建立了變電站的數據模型。CIM主要描述了電網結構,基本沒有涉及繼電保護、錄波、在線監(jiān)測等二次設備的模型,主站CIM不夠完備,需要擴展以支持變電站的全景模型。鑒于主站和變電站的數據模型存在較大的差異,在互通上需要進行轉換,數據模型是主站變電站間數據貫通的一個基礎性問題。文獻提到TC57也在進行相關研究工作。目前,主站和變電站的圖形一般都采用可縮放矢量圖形(SVG)的標準,在工程實施時,主站、變電站、不同調度都需要建立圖元和模型之間的關聯,工作重復,費事費力,可以考慮在變電站端統(tǒng)一建立IEC61850模型、CIM及SVG信息點之間的關聯,提供給不同調度使用,減少重復勞動。5.2協(xié)議內容的選擇二次一體化上下貫通的另外一個主要問題是傳輸協(xié)議的問題:目前變電站與主站之間的遠動協(xié)議一般為IEC60870-5-101/104,由于IEC60870-5-101/104制定得較早,傳輸的內容單一,只能傳輸遠動信息,不能傳輸保護、錄波、電量、在線監(jiān)測等綜合數據;只能傳輸數據,不能傳輸變電站的數據模型,并且變電站出站通道按照專業(yè)來劃分,不同的專業(yè)占用不同的通道,采用不同的協(xié)議。因此,需要研究能夠傳輸綜合數據的遠動協(xié)議,首先可以考慮采用IEC61850出站,這樣可以把模型和數據推進到主站的前置,很方便地實現訂閱發(fā)布與源端維護,文獻進行了這方面的探討。還有一種思路就是在IEC60870-5-104的基礎上擴展IEC60870-5-103,使用IEC60870-5-103的通用服務解決綜合數據傳輸的問題,利用文件服務傳輸變電站的模型到主站,南方電網制定了相關的標準,正在進行實驗工作。5.3變電站數據的問題,主要是利用一個數據模型關系文件進行網絡維護的。在方案智能遠動機另外一個重要的任務是解決源端維護與訂閱發(fā)布的問題,基本的解決思路是建立變電站數據模型、遠動協(xié)議信息點、主站數據模型之間的關系文件,通過此文件實現變電站端的源端維護以及主站端的訂閱發(fā)布,減少重復勞動。5.4高應用站控層以智能遠動機為中心以后,智能遠動機需要支持站端的基本的高級應用,主要包括程序化操作、VQC、五防邏輯、智能告警。1不支持網絡化操作目前變電站程序化操作的功能基本限制在站內,主站進行程序化操作的較少,究其原因主要是因為程序化操作的方案沒有形成標準,遠動協(xié)議也不支持程序化操作相關信息的上送。以智能遠動機為程序化操作服務器,采用集中控制的方式,可以比較簡單地實現程序化操作,但是必須擴展IEC104協(xié)議以能承載操作票的信息,傳輸操作的過程信息和人為干預的命令。2遠動機可遠動機基于二次一體化架構,當地后臺將慢慢弱化,所以VQC功能也將在智能遠動機中實現。通過智能遠動機的綜合數據采集,可以采集到變電站內各母線電壓和站內無功功率,根據預先在智能遠動機中設置的控制策略,通過變壓器分接頭的調節(jié)和電容器投切來實現變電站VQC功能。3可靠的管理手段和防誤策略變電站設備的遠程控制已經成為智能電網發(fā)展的趨勢,特別是遠程對一次設備的操作需要安全可靠的管理手段和防誤策略。因此,智能遠動機中五防判別邏輯也是必不可少的應用,通過智能遠動機中五防模塊對每一步調度遙控命令進行判別,并在出錯時能給出準確的出錯原因同時閉鎖遙控模塊。智能遠動機需要能對告警信息進行分類分級,并提供給監(jiān)控終端和主站使用。5.5模型轉換時的互操作兼容問題由于變電站端一般采用IEC61850標準進行建模,而調度端則采用IEC61970標準進行建模。智能遠動機為了實現上下貫通和源端維護相關功能,需要對模型進行轉換,所以需要解決模型轉換時互操作兼容問題,例如變電站端不同設備供應商轉換出來的模型主站端系統(tǒng)是否都能兼容轉換后的模型數據。除此之外,主站系統(tǒng)還有部分擴展或者私有數據無法獲取,需要進行配置。智能遠動機整合了變電站端多個專業(yè)的數據,如監(jiān)控信息、保護信息、計量電量和同步相