变电站自动化与可控电抗器控制器通信系统

韦建波，邓春明，周 攀，黄启哲

（1．广西电网公司河池供电局，广西 河池547000；2．武汉大学电气工程学院，湖北 武汉430072）

1 变电站自动化系统与可控电抗器控制器通信内容

1．1 基本要求

变电站自动化系统为主机，可控电抗器控制器为从机，双方通过网络接口通信，采用符合IEC870－5－103、IEC870－5－103通信规约；主机应有独立的操作界面对从机进行监控和操作，有相应的数据库来管理从机上传的各种数据，并能对从机上报的报警信息作出报警动作。

1．2 控制器可以上报的内容

110kV和10 kV可控电抗器所在母线的系统三相电压（110 kV 为相电压、10 kV 为线电压）、三相电流、有功功率、无功功率和功率因数；110 kV和10 kV可控电抗器支路的三线电流和无功功率；以上所规定的相应历史数据；两个控制器的操作日志；控制器监控的开关量状态（可控电抗器断路器状态、母联开关状态等）；实时报警信息（脉冲输出故障、功率测量故障、三相不平衡故障、缺相故障等）以及历史报警信息；可控硅控制角度；控制器状态（停止、启动、手动、自动、故障）；控制器操作模式（功率因数给定控制、无功给定控制、电压给定控制和综合控制）。

1．3 控制器可以接受的操作

两个控制器的启动与停止；两个控制器的操作模式设定（功率因数给定控制、无功给定控制、电压给定控制和综合控制）。

2 采用符合IEC870－5－103 、IEC870－5－104通信规约的优势

采用标准的通信协议是提高变电站自动化系统的站内局域网的通信开放性、兼容性和可靠性的根本途径。

厂家的内部规约，相比国际、国内标准的通信协议，其成熟度会较差。国际、国内标准的通信协议常常是组织业界最为权威的专家，总结业界的许多相关实践经验，并经反复讨论才确定的。而相比之下，厂家的内部规约则不可能做到这一点。另外，国际、国内标准的通信协议是大家广泛遵守的标准，对厂家和用户都是开放的，这也更便于不同厂家之间的兼容实现。

3 通信实现

可控电抗器上都装有对应PLC进行数据采集，采集数据实时上传给可控电抗器控制器即触摸屏，触摸屏与PLC之间通过协议转换器连接从而实现对可控电抗器的控制，主机为变电站自动化系统，从机为可控电抗器控制器触摸屏，主机与从机之间通过协议转换器连接，主机也可以对可控电抗器进行控制。串口之间采用Modbus协议通讯，网口之间采用104通信规约。

3．1 110 kV和10 kV MCR之间的调节关系

110kV和10 kV可控电抗器分别与对应的PLC相接，PLC可以采集可控电抗器所在母线的系统数据，触摸显示屏和自动化系统都可以对MCR投入的容量进行调节。

根据车河站实际情况可分为：当110 kV侧母线电压偏高超过0．93%时，若进一步投入MCR则会使110 kV侧母线电压下降的同时，10 kV侧母线电压也会下降；当10 kV母线电压偏低超过－1．31%时，若进一步投入电容器组则会使10 kV侧电压上升的同时，110 kV母线电压也会上升。

根据《GBT12325－2008电能质量 供电电压偏差》规定：35 kV及以上供电电压偏差正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%；20 kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%。可见110 kV、10 kV侧电压的合格范围均较宽，在电压控制过程中，可以根据实际情况具体调整。如针对110 kV电压合格、10 kV电压偏低的情况，可在110 kV电压不越上限的前提下，适当增加10 kV电容器组的出力，将10 kV母线电压抬高；就110 kV母线电压偏高、10 kV电压合格的情况而言，可在保证10 kV母线电压不越下限的前提下，适当加大110 kV MCR的输出容量，限制110 kV母线电压偏高，以同时满足中、低压侧的电压偏差要求，达到更好的补偿效果。

3．2 通信流程

为了实现通信的网口与串口之间相互自由通信，本文增加了协议转换器。

对于Modbus协议通信，以Modbus事务处理（无差错）为例，当服务器对客户机响应时，它使用功能码域来指示正常（无差错），响应或者出现某种差错（称为异常响应），对于一个正常响应来说，服务器仅复制原始功能码。

网口之间104协议通信流程包括链路初始化、总召唤、召唤一级数据、召唤二级数据、遥控过程等。本文以总召唤过程为例，如图1所示。

3．3 通道配置及调试

3．3．1 协议转换器的通道配置

协议转换器采用网络方式进行维护，将电脑与协议转换器采用网口进行连接，协议转换器可以被多个设备访问，以下对协议转换器进行配置。

首先配置接入子设备的通道。选择接入的端口，配置“通道参数”。接入子设备的通道，工作模式选“主”（以下称该通道为“主通道”），完成通道参数配置即可。按照子设备的参数，配置通道参数如规约、波特率、端口号、设备地址等。详细方法参见后续说明。该通道按规约解析子设备上送的YC、YX等实时数据，存放在该通道的专属缓冲区。

图1 104协议总召唤流程

再依次配置每个接入主站的通道。选择接入主站的通道，工作模式选“从”（以下称该通道为“从通道”），不仅要完成通道参数配置，还要配置YC、YX、YK等索引表，选择从子设备来的数据。该通道按YC、YX索引表存取主通道的数据，打包放在该通道的专属缓冲区，依据主站命令，按照该通道规约发送给主站，同时接收主站的命令，转发给主通道。

完成后重启设备，检查各通道的通讯情况。主通道主要检测手段有查看“通道源码”，从通道还可以查看实时数据。最后就是与主站核对数据，检查数据的正确性，以及做YK等的测试。

3．3．2 设置索引表参数

当设置通道工作模式为“从”时，需要设置YC、YX、YK等索引表及系数等参数，指定需要发送的数据及顺序。设置前要选择确认需要设置的通道，即“端口”及“分通道”。设置方法以设置遥测参数为例（见图2）。

图2 遥测参数设置界面

图2中，最左侧“遥测点号”为发送数据的顺序，1－N顺序排列，N为发送数据的个数。“遥测名称”为数据的标识，此功能暂时保留。“设置发送点号”为需要设置的发送点的数据源，包括两部分含义，一是该点从哪个通道来，二是选自该通道的第几点，如100001表示通道10的第一点。

3．3．3 通道源码查看

选择通道，点击“启动报文监视”查看报文。显示方式有“16进制”及“ASCII”码方式两种。

4 结 论

本文结合车河变电站的实际运行情况，提出了变电站自动化系统与可控电抗器控制器之间的通信内容，并为实现该内容进行了程序设计以及模拟现场调试。调试结果表明本设计很成功，能够根据变电站实时状态进行相应的无功补偿调整，也能够接受系统的操作命令。

［1］ 黄益庄．变电站综合自动化技术［M］．北京：中国电力出版社，2000．