变电站综合自动化系统体系结构研究

文章摘要： 3 新型变电站综合自动化系统结构 3.1系统结构模型 计算机、通信及网络数据库技术的发展使变电站信息综合管理成为可能。将计算机局域网（LAN）技术引入变电站综合自动化管理系统，已成为现在的一研究热点。文献[4]提出了一种在500kV变电站引入信息管理的方案，它将变电站各IED设备通过专用网关设备直接接入以太网，站内各监控机、服务器、工作站接入同一网络。但这种方案价格昂贵，技术复杂，协调困难，对不同接口需要进行通信协议转换，维护工作量较大。就如何引入LAN进行信息管理和处理电力通信规约转换这两个焦点问题，作为一种新模式的尝试，参照IEC提出的3层标准结构，可将原有的过程层(proc

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　　3 新型变电站综合自动化系统结构 
　　3.1系统结构模型 
　　计算机、通信及网络数据库技术的发展使变电站信息综合管理成为可能。将计算机局域网（LAN）技术引入变电站综合自动化管理系统，已成为现在的一研究热点。文献[4]提出了一种在500kV变电站引入信息管理的方案，它将变电站各IED设备通过专用网关设备直接接入以太网，站内各监控机、服务器、工作站接入同一网络。但这种方案价格昂贵，技术复杂，协调困难，对不同接口需要进行通信协议转换，维护工作量较大。就如何引入LAN进行信息管理和处理电力通信规约转换这两个焦点问题，作为一种新模式的尝试，参照IEC提出的3层标准结构，可将原有的过程层(processlevel)、间隔层(baylevel)、站级层(stationlevel)细化为过程层(processlevel)、二次设备控制层(secondarydevicecontrollevel)、通信管理层(managementlevel)和信息管理层(informationmanagementlevel)4层。结合面向对象的分层分布式结构设计，提出了一种新型的变电站自动化系统体系4层结构，重点是解决通信管理层中的电力通信规约转换问题和信息管理层中的变电站信息综合管理问题。其系统功能主要体现在： 
　　①实现底层二次设备的控制智能化和数字化； 
　　②实现变电站常规远动功能；③实现变电站的信息集中管理和监控。 
　　3.2系统分层及其功能 
　　系统共分4层，即信息管理层、通信管理层、二次设备控制层和生产过程层。生产过程层由变电站一次设备组成，是系统的最底层；二次设备控制层则由各智能设备（IED）组成，实现对各自对象（母线、馈线、主变压器、电容器等）的控制和保护功能；通信管理层由连接IED的现场总线和作为通用网关的主/备前置机系统组成，是系统的通信枢纽，负责站内数据采集、连接站级计算机、连接远动系统等；信息管理层是系统的最高层，主要由站级计算机组成，包括服务器、工作站等，形成站内计算机局域网，运行变电站SCADA/EMS(SupervisoryControlandDataAcquisi-tion/EnergyManagementSystem)系统，实现数据库管理、站级控制、人机接口等功能；面向变电站所有设备的历史数据、参数数据在主/备服??实时数据库，可采用双以太网冗余结构构建。 
　　3.3系统原理 
　　如图4所示，二次设备控制层中的IED与生产过程中的一次设备接口，按相应的规约直接实现信息的采集与控制调节，进行存储、转发，IED可通过光纤或现场总线与通信管理层连接，实现信息的收集与分配，不同类型的IED在二次设备控制层中不能直接进行信息交换，而是经不同的现场总线通过前置机这个网关来进行信息交换。通信管理层中的前置机系统可同时接入多种电力通信规约的总线设备（可通过多串口卡实现），并且向上挂接在信息管理层网络上，是局域网中的重要节点，起着收集站内生产信息上传和下发管理层控制信息的作用。变电站二次设备的各种数据测量、事件记录、故障录波与控制等所有功能全部在二次设备控制中实现，不依赖于站级计算机。在前置机系统中还可接入全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）对时信号和串行Modem，以实现远动功能。在此情况下，前置机系统相当于一远方终端单元（RemoteTerminateUnit，RTU）的功能。信息管理层中的SCADA系统通过参数数据的定义建立各节点的实时数据库并从前置机处获得实时数据，另由专门的线程分析实时数据库中的数据后再写入历史数据库，各工作站节点的历史数据查询则通过C/S模式从主/备服务器获龋如果需要远程浏览，则可设置Web服务器，利用Modem与公用电话网拨号登录站内局域网，通过Web浏览器进行浏览和查询。此外，可在站内设置远程网桥，远程工作站通过该远程网桥获取本地局域网（LAN）信息等[5]。在信息管理层中，基于所构建的网络，也可在其中置入变电站综合多媒体管理信息系统，通过专用网关和标准数据接口与SCADA系统交换生产信息[6]。 
　　综上所述，4层结构模式的提出，解决了在变电站综合自动化系统实施中的两大瓶颈问题，即不同协议的IED的并网和开放式的变电站综合信息管理。基于这种4层结构模式，可以灵活配置各种自动化系统，满足不同类型变电站的需要。如对不同的信息管理层的网络操作系统，可选择NT网、Novell网、UNIX网，甚至IBM的OS/2系统[7]也可通过网关设备实现站内多网并存。如对信息管理层中的现场总线，可选择485/422口的MODBUS/RTU、CAN、LONWORKS、BITBUS、PROFIBUS等。此外，二次设备控制层可选用基于单片机的专用保护设备，也可选择通用的可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）设备。 
    
　　4 结束语 
　　将变电站综合自动化系统标准化成4层结构，实际采用的是一种分层的功能模块化设计思想，硬、软件可做到模块化、通用化。其设计思想结构简明清晰、分工明确、网络信息交换合理，根据不同类型变电站的一次接线，能实现不同的系统配置，是一种以智能设备和信息管理为核心的变电站二次回路整体优化设计方法。它要求整个系统各设备遵循IEEE、ISO和IEC等有关国际标准。二次设备控制层接入一个全开放式的总线网络，能使硬件的增减、更换方便，加强了各节点的自治性和独立性；信息管理层中通过服务器、工程师工作站等计算机组成LAN，便于与其它网络系统互联。因此，整个系统的可靠性较高，可维护性和开放性较好。 

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