0 引言
九十年代以前變電站大都是通過遠動終端(RTU)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集、處理、傳輸并接收上級調(diào)度控制中心下發(fā)的遙調(diào)、遙控命令。這種方式均為集中組屏,通過控制電纜將現(xiàn)場遙測、遙信、遙調(diào)及遙控信號全部引至主控樓的遠動機房或控制機房內(nèi)的遙信端子柜和變送器柜上,站內(nèi)監(jiān)視和控制通過常規(guī)儀表盤、控制盤等設(shè)備來完成,上級調(diào)度對廠站的遙調(diào)、遙控命令通過點對點遠動通信方式直接發(fā)給RTU,RTU經(jīng)過校核、處理再下發(fā)給現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)以達到遠方控制要求。八十年代后期至九十年代初期以RTU兼當?shù)毓δ艿姆绞皆谝恍S站開始采用,但常規(guī)儀表盤柜仍然保留,這種方式只是為現(xiàn)場調(diào)度員或監(jiān)視人員提供一種用計算機顯示畫面進行監(jiān)視的手段,控制操作仍采用常規(guī)方式。九十年代中后期隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展,以及微機型繼電保護裝置的大量采用和變電站監(jiān)控系統(tǒng)在功能和可靠性方面的逐漸完善和提高,變電站監(jiān)控系統(tǒng)在新建和擴建的變電站建設(shè)中得到較為廣泛采用。該系統(tǒng)通常采用分層分布式結(jié)構(gòu),按間隔設(shè)計,擴充性好,安裝比較方便,各種控制電纜直接到繼電保護小室,小室內(nèi)I/O單元通過現(xiàn)場總線連接,并與站控層通過光纖連接,抗干擾能力強,大大地減少了控制電纜的使用和敷設(shè)數(shù)量。然而,由于生產(chǎn)廠家的不同,因此,所提供的系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能方面有較大的差異,有的系統(tǒng)能夠滿足站內(nèi)監(jiān)控的要求,但是,在有些指標(如實時性)卻不能滿足上級調(diào)度控制中心的要求;有的系統(tǒng)雖然在指標上能夠滿足兩者的要求,但是在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上又不盡合理。筆者將從以下幾個方面對變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案及其相關(guān)問題進行探討。
1.變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案
變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),由站控層和間隔層組成,其抗干擾能力、可靠性和穩(wěn)定性要滿足現(xiàn)場實時運行的要求,滿足各調(diào)度端對實時數(shù)據(jù)的要求,且應(yīng)具有較好的可擴充性。系統(tǒng)具有遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、SOE功能,實時信息能以不同規(guī)約,通過專線通道或網(wǎng)絡(luò)通道向有關(guān)調(diào)度中心傳送,并接收指定調(diào)度中心的控制指令。
由于各廠家的系統(tǒng)不盡相同,其建議的技術(shù)方案也不同,實施后的效果也有很大差別,有些則達不到設(shè)計要求,所以如何按照電網(wǎng)實時調(diào)度的要求,搞好技術(shù)方案的設(shè)計,并使數(shù)據(jù)得到快速、有效、合理的處理,這些都是系統(tǒng)設(shè)計和實施過程中需要解決的問題,下面根據(jù)對變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的研究給出幾種可行方案供參考。
1.1方案1:如圖1所示
此方案的主要特點是:
(1)I/O測控單元支持網(wǎng)絡(luò)功能,直接接入站控層的以太網(wǎng)上,實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)直接上網(wǎng),減少了中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)傳輸比較快,但要求數(shù)據(jù)同時向站控主機和遠動通信工作站傳送,遠動通信工作站獨立構(gòu)建向有關(guān)調(diào)度中心傳送的數(shù)據(jù)庫;
(2)與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信采用專門的遠動通信工作站完成,其實現(xiàn)方式有兩種,一是通過專線利用串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,采用規(guī)約主要有DL/T634-1997,IEC870-5-101,μ4F,CDT,CDC TypeⅡ,SC1801等,二是通過路由器上網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,底層采用TCP/IP,規(guī)約主要有DL476-92,IEC60870-6 TASE 2,IEC870-5-104等。
1.2方案2:如圖2所示
此種方案的特點是:
(1)I/O測控單元通過現(xiàn)場總線鏈接,采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理單元接入站控層的以太網(wǎng)上,系統(tǒng)增加了一個中間數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié),處理后的數(shù)據(jù)同時向站控主機和遠動通信工作站傳送,遠動通信工作站獨立構(gòu)建向有關(guān)調(diào)度中心傳送的數(shù)據(jù)庫,此方案主要解決I/O測控單元不能直接上以太網(wǎng)的問題;另外,隨著技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)場總線要逐步向以太網(wǎng)過渡;
(2)各I/O測控單元與數(shù)據(jù)處理單元通過現(xiàn)場總線組成的網(wǎng)絡(luò)傳輸實時數(shù)據(jù);
(3)與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信采用專門的遠動通信工作站完成,其實現(xiàn)方式與方案1相同。
1.3方案3:如圖3所示
此種方案的特點是:
(1)I/O測控單元采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理單元接入站控層的以太網(wǎng)上,系統(tǒng)增加了一個中間數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié),處理后的數(shù)據(jù)同時向站控主機和遠動通信工作站傳送,遠動通信工作站獨立構(gòu)建向有關(guān)調(diào)度中心傳送的數(shù)據(jù)庫,此方案主要解決I/O測控單元不能直接上以太網(wǎng)的問題;
(2)各I/O測控單元與數(shù)據(jù)處理單元通過串行總線傳輸實時數(shù)據(jù);
(3)與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信采用專門的遠動通信工作站完成,其實現(xiàn)方式與方案1相同。
1.4方案4:如圖4所示
此種方案是方案2和方案3中遠傳數(shù)據(jù)方式的的一種變化型式,其特點除方案2和方案3中各自具有的特點外,主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理單元同時負責(zé)與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信(遠動專線和網(wǎng)絡(luò))而不再設(shè)專門的遠動通信工作站,其實現(xiàn)方式與上述三種方案所述相同。
這種方案也可看成是以常規(guī)RTU方式兼作站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分來實現(xiàn)變電站監(jiān)控系統(tǒng)功能的。
2.幾種方案的技術(shù)性能比較
第一種方案為分布式I/O采集裝置通過內(nèi)嵌網(wǎng)卡(口)直接上以太網(wǎng),數(shù)據(jù)傳輸不經(jīng)過轉(zhuǎn)接,直接送往主機和遠動工作站,因而速度最快,數(shù)據(jù)通信(專線、網(wǎng)絡(luò))由專用的遠動工作站完成,不足之處是網(wǎng)絡(luò)負荷較重,這在設(shè)計中必須予以考慮,以及對數(shù)據(jù)流進行優(yōu)化。
第二、三種方案中增加了中間數(shù)據(jù)處理機,負責(zé)采集數(shù)據(jù)的集中和處理,這兩種方案主要解決了I/O測控單元不能直接上以太網(wǎng)的問題,由于在數(shù)據(jù)的傳輸過程中增加了一個環(huán)節(jié),因而數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣确矫孑^第一、四種方案慢一些。
第四種方案中也增加了中間數(shù)據(jù)處理機,但此處理機不僅負責(zé)采集數(shù)據(jù)的集中和處理,同時也負責(zé)與遠方調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信,由于這種方案省掉了遠動工作站,故可降低造價,數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫草^快,這種方案不僅對中間數(shù)據(jù)處理機的技術(shù)性能、處理能力和處理速度要求較高,還要求該中間數(shù)據(jù)處理機具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信,一般來講該中間數(shù)據(jù)處理機要具有多CPU處理機制,能實時處理多任務(wù)、多進程,這樣才能適應(yīng)多功能、高效率的要求。
上述四種方案中,遠動工作站和中間數(shù)據(jù)處理機要求采用冗余熱備用方式,以提高系統(tǒng)可靠性。
通過對四種方案的分析,我們認為上述四種方案在做好優(yōu)化處理后均能滿足要求,但綜合比較來看第四種和第一種方案在數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)男屎退俣确矫娓鼮槔硐耄冶鹊诙⑷N方案少配兩臺機器(中間數(shù)據(jù)處理機或遠動工作站),因而可降低一些造價。
另外,需要說明的是,上述四種方案中,均考慮了網(wǎng)絡(luò)通信方式,在實際的工程設(shè)計和實施過程中是否采用此種方式還要根據(jù)實際通信現(xiàn)狀來決定。
3.數(shù)據(jù)通信方式及數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約
目前數(shù)據(jù)通信的方式主要有兩種,一是常用的,在專線上實現(xiàn)的串行通信方式,采用規(guī)約主要有IEC870-5-101,DL/T634-1997,μ4F,CDT,CDC TypeⅡ,SC1801等,隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,特別是電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)使用給數(shù)據(jù)通信帶來一種嶄新、快捷、可靠的方式,這就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式,計算機或RTU通過內(nèi)部網(wǎng)卡(口)利用路由器上電力數(shù)據(jù)網(wǎng),以TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,由于路由器具有自動選擇、切換路由的功能,使得數(shù)據(jù)通信較專線方式更加可靠,采用的通信規(guī)約主要有DL476-92,IEC60870-6 TASE 2,IEC870-5-104等,上述兩種方式中的數(shù)據(jù)通信規(guī)約,我們建議要逐步向國際標準靠攏,專線方式采用IEC870-5-101,網(wǎng)絡(luò)方式采用IEC60870-6 TASE 2和IEC870-5-104。
4.變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)需處理好與站內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)的關(guān)系
4.1變電站監(jiān)控系統(tǒng)與繼電保護系統(tǒng)的關(guān)系
繼電保護系統(tǒng)擔(dān)負著變電站和電網(wǎng)安全的重要使命,是保護電力系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié),這是保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的最后一道關(guān)口,其安全性、可靠性等級是最高的,這些都要求繼電保護系統(tǒng)必須是一個獨立的系統(tǒng)。變電站監(jiān)控系統(tǒng)不得影響繼電保護系統(tǒng)的獨立性,保護的控制回路不進入站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控系統(tǒng)只是用來顯示,一個安全可靠性等級較低的系統(tǒng),不能影響到安全可靠性要求更高的系統(tǒng),這是一條原則,必須堅持。
4.2變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)與電能量采集系統(tǒng)的關(guān)系
在輸紐變電站及關(guān)口變電站一般都安裝有電能量采集系統(tǒng),電能量采集系統(tǒng)向有關(guān)部門傳送電量信息時多采用撥號方式,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè),給電量信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了另一種快速、方便的形式,所以電能量采集裝置可通過