摘要：智能变电站是综合自动化研究的对象，其设备数量和控制点较复杂。构造变电站综合自动化系统的基本前提就是要了解变电站的生产过程和传输的信息量，并在此基础之上对其加以控制。从变电站现场生产过程和综合自动化系统应实现的任务，分别讨论了几种国际标准和较成熟的系统方案，但投资、系统匹配、管理维护工作较大，研究探索新型结构模式的智能变电站综合自动化系统尤为重要。
关键词：变电站；综合自动化；研究
1 变电站现场生产过程
1.1 变电站的一次设备和二次设备
变电站是电力网中线路的连接点，作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能。变电站的电气设备通常被分为一次设备和二次设备。属于一次设备的有不同电压的配电装置和电力变压器。二次设备对各一次设备进行监视、测量和控制。
1.2 变电站实现综合自动化的基本条件
变电所内一、二次设备应符合现行国家、电力行业及国际有关标准、规范的规定。在此前提之下，还应具备以下技术要求：
一、变电站的基础设施
（1）主设备可靠；（2）控制对象需要具有遥控、遥调的条件；（3）有载调谐消弧线圈的调节开关具备遥调条件，其位置能遥信；（4）断路器具备遥控条件，其位置能遥信；（5）无功补偿设备装设有自动投切装置；（6）二次设备完整，继电保护配置完备。
二、系统通信
（1）系统通信应具备两条独立的通信信道，如数字微波通信或光纤通信系统；（2）通信用电源系统应具备远方监控的条件。
三、直流系统
（1）选用“免维护”蓄电池；（2）实现直流母线电压的遥测；（3）断路器操作机构总电源的监测；（4）直流母线电压具备可调节条件。
1.3 变电站自动化系统的主要功能和信息
1.3.1 变电站综合自动化系统应具备的功能
一、继电保护
（1）线路保护；（2）主变保护；（3）电容器组保护；（4）母线保护；（5）自动重合闸。
二、通信功能
（1）与底层IED设备交换数据。（2）向调度中心转发有关本站RTU的遥测、遥信、遥调和遥控等数据量。
三、自动控制
（1）系统接地保护；（2）备用电源自投；（3）低频减载；（4）同期检测和同期合闸；（5）电压和无功控制。
四、安全监控
（1）控制与操作闭锁；（2）操作管理权限按分层（级）原则管理；（3）对断路器，电动隔离开关进行分合控制；（4）无功/电压控制；
（5）直流母线电压控制；（6）继电保护入或退出、保护定值切换等；
（7）现场操作防误闭锁；（8）越限报普；（9）异常状态报警；（10）事件顺序记录。
五、远动RTU功能
本功能主要指遥测、遥信、遥调、遥控四遥功能。
六、自诊断及自修复
当系统的数据采集、控制、保护等主要单元模块故障时，应能自诊断出故障部位，并具有失电保护、上电自检、自复位至原运行状态的能力。
1.3.2 变电站设备的信息提取和配置
明确了变电站的生产过程及控制要求之后，有必要将变电站的生产信息进行综合提取，以利监控系统中数据库的设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆基本上，变电站所有生产信息可归结成“四遥”量、电度量，事件量。
2 系统总体结构的国际标准和几种组成模式
2.1 国际标准制定动态
目前，各生产厂家生产的智能设备遵循的规约各不相同，要将其统一联网，必须附加智能网关设备，成本较高。因此，统一通信规约的问题迫在眉睫。国际上有许多权威性的组织正在进行这方面的工作，如国际电工委员会（IEC），美国电力科学研究院（EPRI）和IEEE的电力工程学会（IEEE PES）等。其中IEEE/PES（电力工程学会）推荐的标准有两个：IEC 870-5-101和DNP3.0。
2.2 常用的几种系统组成模式
从系统设计思想上划分有集中式、分布式、分散（层）分布式；从安装物理位里上有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备的安装等形式。
（1）集中式
集中式的综合自动化系统是按功能划分的模式。系统各功能模块与件无关。各功能模块是用模块化软件连接来实现的，集中采集信息，集中处理运算。此种模式对监控主机性能要求高，且系统可扩性、可维护性差，难以应用DSP技术，存在着许多不足。
（2）分布式（面向功能的设计）
分布式组态模式一般按功能设计，采用主从CPU协同工作方式，如功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模块在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种方式，较适合于中低压变电站。
（3）分散（层）分布式（面向对象的设计）
所谓面向对象，就是面向电气一次回路或电气间隔，间隔层中数据、采集、控制单元（I/0单元）和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，仅通过通信网络相连，与监控主机通信。这种方案在现今的综合自动化系统中是面向对象而设计的；其二，此种方式利用了现场总线（Field Bus）技术的优势，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，成本降低，易维护；其三，系统鲁棒性（Robust）强，通常大量重要的保护动作都基本上在现的完成，而不依赖通信网和主机。此种模式特点是功能分散化，管理集中化，但现场维护工作量较大。
当今，电力市场理念的兴起和电力调度的功能进一步扩展，迫切要求能及时了解全网的整体信息，以方便做潮流分析、负荷预测，电压有功、无功优化和制订电力计划。所以，研究变电站的信息采集和管理是整个电网信息综合管理的前提。
3 新型综合自动化系统结构模式
针对如何引入LAN进行信息管理和处理规约转换这两个焦点问题，本文阐述一种新型综合自动化系统结构模式。此种模式参照IEC提出的三层标准结构细化成过程层、现场控制层、现场总线层和信息管理层四层。重点提出现场总线层以解决规约转换问题，提出信息管理层以解决变电站信息综合管理的问题。整个系统结构按全分散、面向对象模式设计，由各智能设备组成现场控制层，直接完成对各自对象的控制和保护功能，并且将站内一次设备生产数据采集，按相应的规约进行存储。现场总线层由连接IED设备的现场总线和作为通用网关的主/备前置机系统组成。前置机系统可同时接入多种不同规约的总线设备（通过多串口卡），并且向上挂接在信息管理层网络上，是多种异构网的节点，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。在前置机系统中还可接入GPS对时信号和串行Modem以实现远动功能。
信息管理层采用双以太网冗余结构构建，其中主要运行变电站SCADA系统。在主/备服务器中创建面向变电站所有设备的历史数据库、参数数据库，而每个操作员工作站节点均建有实时数据库。SCADA系统通过参数数据库的定义建立各节点的实时数据库，从前置机处获得实时数据，并由专门的线程分析实时数据库中的数据写入历史数据库，各工作站节点的历史数据查询则通过C/S模式从主/备服务器获取。针对远程浏览的需要，可以在主服务器中设置WEB服务器，工作站利用光纤登录站内局域网。通过Internet发布动态网页，或者是使远程从而作为普通工作站进行浏览和查询，此外，可以在站内设置远程网桥，远程工作站通过远程网桥获取本站LAN信息等。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（MIS），通过专用网关和标准数据接口与SCADA系统交换生产信息。
结束语
这种四层结构模式的提出，解决了在智能变电站综合自动化系统实施中的两大瓶颈问题，即：（1）不同规约的IED的并网；（2）开放性的变电站综合信息管理。我们可以基于这种四层标准结构模式，灵活配置各种综合自动化系统，满足不同类型变电站的需要。将变电站综合自动化系统标准形成四层结构，实际采用的是一种分层的功能模块化设计思想。这种思想结构清晰、分工明确，可以根据不同的类型变电站一次接线，完成不同的系统配置，是以IED继保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。
论文作者:张发超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
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