基于公用采集平臺的集控站自動化系統(tǒng)及其特點分析

1、基于公用采集平臺的集控站自動化系統(tǒng)及其特點分析張 鷹 盧黎明(湖州電力局， 浙江省湖州市，31300)摘要：本文分析了按區(qū)域就地設立集控站自動化系統(tǒng)所引發(fā)出的種種問題，提出了基于公用采集平臺來建設集控站自動化系統(tǒng)的技術路線，介紹了此種系統(tǒng)結構和原理，并對其技術特點作了詳細分析。關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；公用平臺；集控站；自動化系統(tǒng)1 引言集控站自動化系統(tǒng)是為了滿足變電站無人值班的需要而發(fā)展起來的。常規(guī)的做法是，在集控站(也稱監(jiān)控中心)建立一套自動化系統(tǒng)，監(jiān)控人員憑借該系統(tǒng)實現(xiàn)對本集控站所管轄的無人值班變電站的運行監(jiān)視和控制。集控站一般按照地理區(qū)域分片原則進行設立。因此，在一個地區(qū)電網(wǎng)地理區(qū)域范圍內(nèi)，通

2、常建有若干個集控站。按照這種思路，有一個集控站，站內(nèi)就有一個自動化系統(tǒng)，它們之間是一一對應的。這種方法比較適應相對穩(wěn)定的電網(wǎng)，但面對當前日益發(fā)展和變化的電網(wǎng)，其存在的問題和弊端不斷暴露出來：(1) 隨著無人值班變電站面的擴大，集控站自動化系統(tǒng)的數(shù)量越來越多，不僅投資增加，而且眾多分散在各集控站內(nèi)的自動化系統(tǒng)給運行維護、檢修等方面帶來一系列問題。(2) 難以適應電網(wǎng)結構調(diào)整和變化、以及無人值班變電站的各種運行管理模式。當電網(wǎng)結構發(fā)生較大調(diào)整時，一些老集控站就需要進行遷移、拆分或合并，而此時站內(nèi)的自動化系統(tǒng)和相關通信通道也必須同步適應這種變化，這不僅要耗費大量的人力和財力，而且還會影響電網(wǎng)的安全監(jiān)

3、控。(3) 給通信網(wǎng)絡的組織、規(guī)劃帶來了諸多麻煩，特別是當被監(jiān)控的變電站需要在不同的集控站自動化系統(tǒng)之間進行調(diào)整時，往往容易造成通信資源的浪費，使部分通信線路資源得不到有效利用。(4) 系統(tǒng)運行環(huán)境和日常維護工作難予得到保障。與調(diào)度自動化系統(tǒng)相比，集控站自動化系統(tǒng)的運行環(huán)境一般都比較差。這種不良的運行環(huán)境不僅直接影響系統(tǒng)設備的使用壽命，而且容易引發(fā)各類故障。此外，由于系統(tǒng)不能得到自動化人員日常性的檢查和維護，使得各種硬軟件故障前兆的異?，F(xiàn)象不能及早發(fā)現(xiàn)，從而容易造成重大系統(tǒng)運行事件的發(fā)生。并且，一旦事件發(fā)生，處理故障的時間也比較長(因為只有技術人員趕到現(xiàn)場后才能進行故障查找、分析和排除工作)。

4、(5) 雖然能夠實現(xiàn)與調(diào)度自動化系統(tǒng)間信息的分流分層，但對調(diào)度自動化系統(tǒng)而言，眾多的接口將給實時信息的管理和維護帶來不便，此外，當調(diào)度自動化系統(tǒng)和集控站自動化系統(tǒng)兩者都要對廠站進行遙控操作時，技術處理比較麻煩。為了解決上述問題，以適應電網(wǎng)發(fā)展和無人值班變電站運行管理模式的需要，一種基于公用采集平臺來建設集控站自動化系統(tǒng)的技術就被提了出來。它的基本技術路線是：以SDH電力光纖通信網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡作支撐，將集控站自動化系統(tǒng)的主機部分和工作站由原來的同處一地變?yōu)樵诘乩砦恢蒙系幕ハ喾蛛x，即把分散在各地的集控站自動化系統(tǒng)的主機部分遷移并集中于調(diào)度端(或調(diào)度中心)，同時根據(jù)集控站所在的地理位置將工作站分散

5、到各處；集中于調(diào)度端的各集控站自動化系統(tǒng)使用一套公共的數(shù)據(jù)采集(控制)平臺。下面就此作一介紹。2 基于公用采集平臺的集控站自動化系統(tǒng) 21 總體結構基于公用采集平臺的集控站自動化系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。在這種結構中，所有廠站自動化系統(tǒng)的信息均通過電力通信網(wǎng)絡傳到調(diào)度中心，由一個公用的數(shù)據(jù)采集平臺進行統(tǒng)一接收并隨時準備提供給任意的自動化系統(tǒng)(包括集控站自動化系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng))使用。同時，該采集平臺還承擔了各系統(tǒng)需要下行的控制命令統(tǒng)一歸口管理和下發(fā)工作。在公用采集平臺之上，可根據(jù)電網(wǎng)規(guī)模和無人值班變電站運行管理模式的需要分別建設若干個集控站自動化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的結構完全相似，分別由前置機、服

6、務器和監(jiān)控工作站組成。前置機和服務器放置于調(diào)度中心的機房，而工作站則通過計算機網(wǎng)絡連接到集控站的所在地。除了系統(tǒng)結構相同之外，各個自動化系統(tǒng)的軟件和功能也基本相同。不同僅是各個系統(tǒng)所需要處理的變電站不一樣。系統(tǒng)的前置機用于從公用采集平臺上選取本系統(tǒng)需要處理的哪些廠站的信息，以及負責本系統(tǒng)各監(jiān)控工作站下行控制命令的匯集和發(fā)布工作。位于集控站內(nèi)的工作站用于變電站設備運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制，它可以連接到本集控站自動化系統(tǒng)，也可以連接到別的集控站自動化系統(tǒng)，包括調(diào)度自動化系統(tǒng)。 圖1 系統(tǒng)總體結構22 公用采集平臺與常規(guī)的集控站自動化系統(tǒng)結構相比，本系統(tǒng)結構最大的不同是此處設立一個公用采集平臺。它的設立

7、將帶來以下好處：(1) 屏蔽了各自動化系統(tǒng)與廠站通道的一一對應的直接物理連接。(2) 實現(xiàn)了用統(tǒng)一的網(wǎng)絡協(xié)議提供所有自動化系統(tǒng)需要的全部信息。(3) 實現(xiàn)了各個自動化系統(tǒng)下行控制命令的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。圖2是公用采集平臺配置示意圖。在硬件上，它是由網(wǎng)絡交換機、數(shù)采機、串口/以太轉換器和調(diào)制解調(diào)器等設備組成。在軟件設計上，數(shù)采機的數(shù)量是可以根據(jù)電網(wǎng)規(guī)模的擴大而不斷增加，增加時軟件不需要作任何修改。根據(jù)以往的經(jīng)驗和數(shù)采機的性能，我們設定每臺數(shù)采機采集64個廠站，即第一臺負責采集063號廠站的信息，第二臺負責采集64127號廠站的信息，依此類推。平臺中數(shù)采機所完成的任務與常規(guī)數(shù)采機基本相同。一方面，它用

8、于解析各廠站上行的不同通信速率、規(guī)約的信息，并變?yōu)榻y(tǒng)一的基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)上供各系統(tǒng)前置機選取。另一方面，將來自各個系統(tǒng)前置機的下行數(shù)據(jù)包解析成對應通信規(guī)約和速率的信息發(fā)送到廠站自動化系統(tǒng)。數(shù)采機和各系統(tǒng)前置機之間發(fā)送和接受數(shù)據(jù)包時，由前置機負責完成廠站內(nèi)外部地址映射關系的變換。 圖2 公用采集平臺示意圖23 公用采集平臺的可靠性與安全性考慮由于公用采集平臺被多個自動化系統(tǒng)共用，因此，一旦平臺發(fā)生故障，無疑會影響所有系統(tǒng)。為此，我們采取了以下幾個措施：（1）硬件冗余和自動切換。如圖2所示，平臺的硬件均采用冗余配置。從廠站通信通道到Modem池、串口/以太網(wǎng)轉換器、以太網(wǎng)交換機

9、和數(shù)采機均采用主備配置。當其中任一一臺設備故障，另一臺能自動接替工作。（2）為公用采集平臺組建單獨的子網(wǎng)。即在物理裝置實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)時，平臺子網(wǎng)和各自動化系統(tǒng)的子網(wǎng)互相獨立，以避免后者網(wǎng)絡故障而影響前者。（3）實施調(diào)度自動化系統(tǒng)的同一安全隔離和病毒防護體系。采集平臺與各自動化系統(tǒng)同屬一區(qū)，與外界的連接和自身的病毒防護可共用調(diào)度自動化系統(tǒng)的隔離裝置、病毒防護服務器和SUS服務器。（4）結合調(diào)度自動化的備用系統(tǒng)，建立同城異地容災安全應急措施（該措施主要從防備現(xiàn)有調(diào)度中心火災事故這一角度考慮）。我們將在原調(diào)度大樓建設一個應急電網(wǎng)監(jiān)控指揮中心，它除了臨時的電網(wǎng)調(diào)度指揮場所之外，還包括通信、調(diào)度自動化、營銷、

10、OA等重要系統(tǒng)災難時的應急備用設施等。3 技術特點分析(1)投資節(jié)省。這種技術突破了一個集控站必須建立一個對應的自動化系統(tǒng)的思維模式。使用這種技術，一個集控站自動化系統(tǒng)所能管轄和處理的變電站的數(shù)量，完全取決于系統(tǒng)的性能(如系統(tǒng)最大可處理的信息量等)，而不是集控站所管轄的區(qū)域。換句話說，也就是一個集控站自動化系統(tǒng)可以被多個集控站公用。因此，對中、大型地區(qū)電網(wǎng)來說，它可以少建很多個集控站自動化系統(tǒng)。因此，可以節(jié)省大量的投資。(2)適應性強。目前，在220kV變電站逐步實行無人值班以后，其運行管理模式更趨復雜，各地的做法也不盡相同。有的是按照地理區(qū)域分片建設綜合的集控站(將220kV及以下電壓等級的

11、變電站合在一起設立集控站)；也有的是保持原有的集控站(主要是負責110kV及以下變電站的監(jiān)控)不變，按片另設一個或多個220kV電壓等級變電站的集控站。由于本方法將集控站自動化系統(tǒng)建在調(diào)度中心，允許系統(tǒng)工作站通過計算機網(wǎng)絡被連接到任何地方。因此，它可以適應各種運行管理模式，無論是采用集中監(jiān)控、分片監(jiān)控、還是按照電壓等級(220kV、110kV)分別監(jiān)控等模式。此外，它還特別適合于經(jīng)常要在多個集控站之間重新分配和調(diào)整變電站歸屬的這種需求。調(diào)整時無需通道改接、調(diào)試、規(guī)約調(diào)試等現(xiàn)場工作。(3)有利于通信網(wǎng)絡的規(guī)劃和建設，提高通信資源的利用率。由于所有集控站自動化系統(tǒng)都位于調(diào)度端，只有系統(tǒng)終端連接到集

12、控站，因此，通信網(wǎng)絡的規(guī)劃和通道組織將十分方便，路由規(guī)劃更合理。此外還可以避免集控站改遷、拆分或合并、或被監(jiān)控的變電站在集控站自動化系統(tǒng)間調(diào)整時通信資源(尤其是線路資源)的浪費。(4)系統(tǒng)運行更穩(wěn)定可靠。由于集控站自動化系統(tǒng)集中到調(diào)度端、與調(diào)度自動化系統(tǒng)同室運行，與原來相比，運行環(huán)境(包括電源、空調(diào)、防雷、防塵、消防等)得到了保障，從而使得機器硬件發(fā)生故障的可能性大為減少，因而系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性將會明顯提高。另外，系統(tǒng)硬件和軟件的運行狀態(tài)能被自動化值班人員隨時掌握，他們可通過各種巡視及早發(fā)現(xiàn)各種硬軟件故障前兆的異?，F(xiàn)象，從而避免重大系統(tǒng)運行事件的發(fā)生。(5)信息分流、分層更簡單。在常規(guī)模

13、式中，信息分流是靠硬件(即通過改接通道物理連接)完成的。而在本方法中，則是由軟件設置(即，通過設置每套自動化系統(tǒng)前置機參數(shù)來確定本套自動化系統(tǒng)需要接收和處理哪些廠站信息)來實現(xiàn)的。顯然，這種軟件分流法比硬件分流法要簡單、靈活的多。所謂的信息分層是指不同層面上的自動化系統(tǒng)所處理的信息應該有別。信息分層的目的是為了避免一些無關的煩雜信息干擾和分散系統(tǒng)監(jiān)控人員的注意力，以免影響其正常工作。在常規(guī)模式中，就集控站自動化系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)這一層面來說，信息分層是在集控站自動化系統(tǒng)上完成的。而在本方案中，由于整個系統(tǒng)采用了扁平化結構，信息分層的任務直接由調(diào)度自動化系統(tǒng)的前置機來承擔，它通過從公用采集平臺

14、上選取調(diào)度員認為的重要信息，以及通過信息歸并技術實現(xiàn)信息的分層。很明顯，這種扁平化的系統(tǒng)結構，可以使調(diào)度自動化系統(tǒng)信息維護更簡單、對廠站設備的遙控作用更直接，為下一步應用基于SCADA/EMS的全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制等專家系統(tǒng)創(chuàng)造了技術條件。(6)系統(tǒng)運行維護更方便，故障處理更快捷。這是顯而易見的，無需贅述。3 結束語以上為我們在集控站自動化系統(tǒng)建設和改造方面所做的一些探索和實際工作的總結。筆者認為，基于公用采集平臺分別建設各類自動化系統(tǒng)的原理和方法，是今后電網(wǎng)自動化技術發(fā)展的一種趨勢。由于它突破了按地域分別建設集控站自動化系統(tǒng)模式的種種局限性, 技術上有著明顯的優(yōu)越性，因此，將會在今后供電企業(yè)中得到廣泛應用。參考文獻1 柯小琳.集控站自動化系統(tǒng)研