基于电力二次系统的自动一体化平台网络结构设计

于学海　秦荣海　任稷松　张金晔　赵昌健　贾培伟

摘 要：经济新常态下，对电力需求加大的同时，电力二次系统的市级调度显得尤为重要，文章针对电力二次系统设备集成数据的智能化管理模式分析的基层上，开发设计一套对各二次系统设备及资源配置故障信息进行综合处理的智能自动一体化平台构建及其网络结构设计系统。将与自动化业务相关的运行状态参数通过统一的智能接口采集到平台中进行集中一体化处理。

关键词：变电站；一体化化平台；网络结构

1 变电站自动一体化系统的构建

基于常规二次系统开发了变电站综合自动化系统。它是一种变电站二次设备（主要包括控制、测量、信号、自动装置、保护、远动装置）利用计算机技术，经过功能的重新组合和优化设计，自动监测变电站综合自动化系统的测量、控制和协调。它具有以下特点：功能集成（其综合的程度可以通过不同的技术变化而设定），结构的计算机微机化、操作和监控、智能化的操作和管理。

基于微机监控系统、微机保护和自动装置的介入（RTU），承担整个变电站的信息处理，和上一級调度通信和所有监控，中央信号及自动保护功能。变电站综合自动化的基本结构分为两类：第一类是控制室的集中控制系统，分为两个子系统。第二类是一个层次结构，分为两个部分：一是信号、测量、控制、脉冲和保护。控制单元安装在开关柜中。计算机集成自动化系统是分层、分布式的各种微型计算机和微处理器的主要组成部分。

2 自动一体化平台的网络结构设计

近期较多变电站自动化系统根据面向对象的设计思想，利用分层分布式网络结构，即横向根据电压等级和间隔，纵向分站控制层和层间系统结构。以太网的变电站站控层网络结构形式、层网络结构目前有三种RS-485串行通信网络，现场总线和以太网。串口通信技术实现网络通信，通信速率低，一般小于9.6Kbps；星型拓扑结构，使用时的扩展网站功能是困难的；在总线拓扑结构的使用，因为不能达到平衡传输，传输速率和效率都不满意。

现场总线在通信速度、实时性、可靠性等方面都远远高于简单的串口通信技术，是变电站自动化系统中的主要通信技术，但也存在许多缺点：当变电站通信节点超过某个数字时，响应速度快，不能满足大型变电站的要求，总线拓扑结构在网络中可能会导致整个系统的崩溃，因为标准不统一，很多网络设备和软件的设计，很难使通信网络的变电站自动化系统。以太网已成为变电站自动化系统通信技术发展的趋势。以太网的带宽为10M、100M的以太网也广泛使用，甚至超大型变电站，变电站自动化系统通过节点数量达到200个，以太网可以满足实时性的要求。以太网可用于同轴电缆，双绞线，光纤通信介质，可用于网络。网络的可靠性可以通过使用基于集线器的星型拓扑结构和结构化布线技术来实现，而任何节点的故障都不会被集线器传播。

为了节省投资，提出了以以太网为形式的变电站自动化系统，并将其与现场总线连接在一起。大型变电站自动化系统，提出了利用整个网络结构的分层分布式系统下，使用100M以太网的站控层、10M以太网的使用，是基于星型拓扑结构的中心，可以根据需要选择双绞线或光纤传输介质。层间保护装置、控制装置、自动装置采用以太网接口，通过协议转换器转换，将设备属间隔和物理位置连接到适当的间隔层集线器，所有的站控制层设备都直接连接到车站控制层的控制层。

3 自动一体化平台的通信网络结构设计

通信网络是一个综合自动化站RTU站的迹象明显。只有通过通信网络可以节省大量的电缆，实现双向全双工信道的真实感，但通信网络必须满足变电站综合自动化系统的要求，如CAN总线结构，LonWorks总线结构等，但必须保证通信网络的安全、可靠、传输速度必须满足变电站综合自动化系统的要求。车站通信系统在变电站自动化系统中起着非常重要的作用。变电站自动化系统的功能可以从逻辑上分布在三个层次：变电站层、间隔层或细胞层、过程层。第一层为变电站层，由层间得到实时数据，承担车站操作员和远程监控和维护工程师站人机界面，监控、管理和控制变电站控制室功能，并负责远程控制中心通信。层单元的第二层负责的任务，如通信管理和较低的本地设备和智能电子设备控制（IDE），还负责翻译工作的通信协议。第三层是模拟量，开关量和脉冲量数据采集，保护和控制操作的输出，是数字量和模拟量输入/输出功能。三层间的通信系统。站的通信系统主要是指第一层和第二层之间，和之间的第二层和第三层的数据交换系统，它可以通过传统的RS-485总线，站的高速网络或标准的高速以太网通信技术，各层之间的数据交换。站内通信系统中有多种组件，系统的主要结构是分层分布式的。

4 各种站内通信系统结构比较分析

通过对站内通信系统的结构分析，我们不难看出，站内通信系统由于应用环境不同，设计思想的侧重点也有所不同，在实际运行中各自的性能也各有千秋，随着电网改造的深入，很多变电站投入运行，最近的110kV和间隔层、过程层是基于LonWorks现场总线和CAN网络结构之间以上变电站通信系统，其中一些直接使用以太网LAN和RS-485总线不再使用；站层和间隔层在基于以太网结构，TCP/IP协议的网络通信。LonWorks总线，CAN总线和以太网通信系统完全能满足变电站自动化系统通信的要求。从这里我们可以看到在那里的趋势的车站通信系统。这是欢迎的文件。从硬件和软件的兼容性，从通用性和易用性的角度出发，文章认为变电站自动化系统的通信是基于以太网和高速以太网是最好的模式。

另外，在安装、调试和维护的角度来看，现在的通信系统的主要瓶颈是与各种智能电子设备的变电站层，如直流充电系统、小电流接地系统与其他通信系统。IDES通常用于通过RS-232/485口变电站层沟通。虽然这种设备不高，现有的通信方式可以满足要求，但是在安装、调试和运行维护的过程中，它往往需要花费大量的人力和物力来进行通信协议的通信。如果各种智能电子设备（IDEs）都能采用以太网络结构，以TCP/IP网络协议与变电站层通讯，那么其通用性和易用性都能得到很大的提高。

参考文献

[1]范金华，万炳才.华东电网智能变电站的试点研究分析[J].华东电力，2010（7）.

[2]智全中，秦广召，娄伟，等.五防系统在智能化变电站中应用分析[J].电力系统保护与控制，2009（23）.

[3]黄文龙，程华，梅峰，等.变电站五防一体化在线监控系统的设计与实现[J].电力系统保护与控制，2009（23）.

[4]管保安，周军.基于大网络结构+间隔内闭锁设计思想的网络型微机防误闭锁系统[J].电力系统保护与控制，2009（17）.

[5]陈志军，李剑刚，高宏伟.500kV综合自动化变电站的防误闭锁应用[J].继电器，2006（18）.

[6]廖冬初，蔡华锋.基于CAN总线的温度测控系统研制[J].计量与测试技术，2005（5）.