云贵互联通道工程远动通信系统设计

李凤龙 贾帅锋 赵冠华 吴春昇

云贵互联通道工程远动通信系统设计

李凤龙 贾帅锋 赵冠华 吴春昇

（国家电网许继集团有限公司，河南 许昌 461000）

本文介绍云贵互联通道工程的建设状况，阐述该直流输电工程远动通信系统的整体架构、功能设计及软硬件实现，经过厂内功能性试验和动态性试验的验证，其远动通信系统能够完全满足云贵互联通道工程的需求。该套远动通信系统于2020年6月11日正式转入商业运行。本文对特高压直流输电工程、超高压直流输电工程、背靠背直流工程及柔性直流输电工程远动通信系统的研究与设计具有一定的指导意义。

云贵互联通道；远动通信系统；直流工程；多端直流工程；功率计划曲线

0 引言

2020年6月11日，世界首个±500kV三端直流输电工程——南方电网公司云贵互联通道工程顺利竣工投产，并一次性实现三端双极解锁。该工程是国家重点输变电项目，是南方电网公司贯彻国家绿色发展理念，落实新基建决策部署，助力粤港澳大湾区建设的标志性工程。新建云南禄劝换流站和1回联接高肇直流送端高坡换流站的391km长的直流线路，改造贵州高坡换流站和广东肇庆换流站，形成禄劝—高坡—肇庆三端直流，直流额定容量300万kW。该工程在世界上首次实现将两端直流改造为三端直流，实现多端直流灵活送电。该工程的正式投产对于大规模电能外送、受端多点分散接入、电网结构优化、进一步提高受端电网安全稳定运行水平具有重大意义。本文在充分研究DL/T 634.5104—2002、DL/T 634.5101—2002远动传输规约、特高压和柔性多端直流输电工程控制保护系统设计的基础上，结合该工程实际建设介绍禄高肇三端直流输电工程远动通信系统的设计与实现技术[1]。

1 远动通信系统介绍

云贵互联通道工程远动通信系统装置采用GWS—1型高压直流输电（high voltage direct current, HVDC）专用远动装置，系统设计首次实现采用全Linux操作系统平台，代替原有直流输电工程远动服务端部署于Linux/UNIX系统，客户端部署于Windows系统的架构模式。Linux系统因其稳定、开源、免费、安全、高效和降低了网络攻击风险等特点，被电力系统内部作为当前主流操作系统应用。因此，本工程远动系统采用全Linux系统平台设计，既能充分保证整个远动通信系统的稳定可靠性及强大的处理能力，又能给运维人员提供简捷易用的操作接口，是一种综合性能优、安全性能高的系统配置方式。

远动通信系统完成换流站交/直流站控系统、极控系统、阀控系统、站用电系统、直流保护系统等和各级调度中心之间的数据交换任务，属于运行人员控制级的组成部分，通过站内冗余数据采集与监控（supervisory control and data acquisition, SCADA）系统局域网（local area network, LAN）与上述控制保护系统进行通信，并通过远动通信链路与各级调度中心通信。

远动通信系统需要向各级调度中心转发换流站的运行状态信息，包括遥信、遥测和事件顺序记录（sequence of event, SOE）等，同时承担着将调度中心下发的控制命令正确转发至控制系统（极控/阀控、交/直流站控）、将总调度中心下发的功率计划值曲线正确转发至运行人员监控系统工作站等任务。远动通信系统是保证电网安全稳定运行的重要组成部分。它对接收到的本地和调度中心下发的控制命令等数据进行预处理，提供内部和外部通信协议之间的转换和数据描述[2-5]。

2 远动通信系统总体结构

远动系统配置冗余的GWS—1装置。换流站的控制和监测元件之间的通信是通过LAN来管理。冗余的LAN1、LAN2为主监控系统的通信网段，称之为站SCADA LAN，连接运行人员监控系统、控制和保护系统等，LAN3是辅助监控系统通信网段，连接打印机、远程访问、诊断和管理工具一类系统。远动装置在站内对下只通过以太网接口和站SCADA LAN1/LAN2通信，采集控制保护相关数据；对上通过以太网接口和串行接口分别与双平面调度数据网接口设备和光纤配线架设备相连，采用南方电力的光纤复合架空地线（optical fiber composite overhead ground wire, OPGW）光纤通信电路及调度数据网络构成换流站至各级调度中心的通信系统。

主方式为调度数据网通信方式。采用RJ45 10M/ 100M/1 000M网口，远动装置通过调度数据网A、B平面两台交换机接入南方电力调度数据网，实现各级调度中心的电能管理系统（energy management system, EMS）通信，采用DL/T 634.5104—2002（南网）通信规约[1]。本通信方式采用双平面调度数据网接入方式，是由于当前国家电网公司和南方电网公司为了确保厂站端到调度端的骨干网可靠稳定，故而采用基于冗余的外部网络通道进行通信，将上述冗余的外部骨干网通道称为双平面调度数据网。

备用方式为点对点远动通道，远动装置配置RS 232串行口连接通道切换装置MSCR504和调制解调器，通道速率设置为2MByte/s和1 200Byte/s，与省级调度通信。另外，又采用以太网口接入南网总调的多业务传送平台（multi-service transport platform, MSTP）2M专线网，采用路由器将以太网口转换为2M接口，再经同轴电缆至配线架与相关中调实现点对点通信。E1接口转换是通过路由器来实现的，采用华为路由器AR1220E—S，模块卡AR0MSDE12A00实现将网口转为2M口。点对点通信采用DL/T 634.5104— 2002（南网）和DL/T 634.5101—2002通信规约[1]。

云贵互联通道工程远动通信系统总体结构如图1所示。

3 硬件描述

GWS—1型HVDC专用远动装置采用整机无风扇、无硬盘结构的嵌入式工控硬件平台，紧凑型金属机箱，整机符合电力4级认证，具备运行稳定和免维护的特点，能够很好地适应高压直流输电工程现场强烈的电磁干扰及其他恶劣环境，杜绝了高温下服务器容易宕机的隐患。该装置可以在-25℃～+55℃环境下正常作业。当出现装置掉电现象时，在恢复电源的情况下，系统可实现自动重启，同时远动相关服务程序自动启动，极大提高了远动系统的稳定性、可靠性和健壮性。

另外，GWS—1型HVDC专用远动装置提高了多通道连接能力。装置具有10个串行接口（RS 232/ 422/485）和8个千兆LAN端口的硬件配置，完全满足换流站远动通信系统与各级调度中心采用104网络通信和101串口通信的需求。该装置的设计省去了原有直流输电工程采用101串口通信时需要服务器扩充串口的终端服务器，不再需要人工手动配置终端服务器相关参数和调试工作等，在一定程度上节省了人力、财力的同时给远动设备的日常运维带来了很多便利。另外，通过GWS—1型专用远动装置前面板指示灯可清晰观测对应网口及串口的数据收发情况。

图1 云贵互联通道工程远动通信系统总体结构

4 远动通信系统软件的实现

远动通信系统软件设计采用面向对象的ICE（interact communication engine）中间件的引用，简化了分布式应用系统的开发过程，构成了模块化设计的基础。同时，分布式软件体系结构使得人机界面可以远程连接至服务程序，在换流站主控室工作站即可进行配置操作和运行维护，方便工程应用。模块化的设计，使其具备良好的扩展性，预留数据结构和编程扩展接口，便于新的软件、组件的开发和融合，能够适应新的站内通信方式及调度中心通信的个性化需求。

图2为远动系统软件结构，显示了其中最主要的各个设计模块及数据的流向。图2中各功能模块简述如下。

前置模块：通过冗余的站SCADA LAN与交/直流站控系统、极控系统、阀控系统、站用电系统、直流保护系统等进行数据交换，同时与规约处理模块完成数据交换。

IEC 104 规约服务：采用标准的DL/T 634.5104— 2002协议设计规约服务程序。

IEC 101 规约服务：采用标准的DL/T 634.5101— 2002协议设计规约服务程序。

主/从模块：主/从角色控制模块，确定自身角色；同时也可设置为双机值班模式，两台远动机同时提供服务，实现负载均衡。

前置模块中的远动接口部分：进行数据预处理，发送和接收数据，也用于人机界面。

前置接口：规约服务程序中与前置模块负责进行数据交换的接口部分。

过程数据库：存储转发到控制中心的所有数据点的当前值，如遥信、遥测、SOE信息。

配置信息数据库：提供每个数据点的信息，选择转发至哪个远动通信链路（调度中心），包括每个链路相关的远程终端单元（remote terminal unit, RTU）地址、数据传输类型、是否接受调度中心控制等信息配置。

图2 远动系统软件结构

协议栈：每一个远动通信链路均有一个协议栈，负责与调度中心交换数据。

人机界面接口：规约服务程序中提供给远动通信系统人机界面程序的接口。

界面：集数据配置、调试和运行工况监视等各项功能于一体。

5 功率计划曲线的实现

功率计划曲线的实施应用属于坚强智能电网建设中智能调度的核心组成部分，计划曲线准确、及时下发，现场正确执行，对电网的安全性和可靠性至关重要。云贵互联通道工程调度计划曲线的接收模式利用远动通道接收。当厂站端的远动机接收到计划曲线后，再由远动机转发至厂站内运行人员监控系统（HMI）自动导入执行[6-10]。

云贵互联通道工程采用DL/T 634.5104—2002规约下发曲线，该规约基本标准中没有定义计划曲线的数据格式，需要通过扩展标准来实现[1]。南方电网扩展出带长时标的多点设点命令，应用服务数据单元（application service data unit, ASDU）137，来下发计划曲线。每条曲线分配289个地址，起始地址从26 369开始，该地址代表整条曲线地址，曲线按5min一个点从00:00开始到23:55，对应余下288个点的地址。计划值传输流程如图3所示。

图3 计划值传输流程

远动机收到计划值曲线后将发出告警声音提示监盘人员接收新的曲线，并将计划值曲线转发到HMI工作站并存储为文本格式，随后远动服务程序立即返回镜像报文至南网总调，用以确认应用系统成功接收到计划曲线。运行人员可将文本格式的计划值曲线文件手动或自动导入SCADA系统，SCADA系统将按设定的时间下发功率与速率参考值到直流站控系统，实现直流输电工程自动功率控制[11-12]。日功率计划曲线的实时传输和自动功率控制功能的实现设计流程如图4所示。

6 结论

本文结合实际介绍了云贵互联通道工程远动通信系统的整体架构、功能设计及软硬件实现，完成了该工程远动通信系统的现场部署及应用，从功能性试验（functional performance test, FPT）到动态性试验（dynamic performance test, DPT）及其工程应用，证实该系统的总体设计具备较高的稳定性和可靠性，对进一步丰富不同电压等级的多端直流输电工程、背靠背直流输电工程及柔性直流输电工程等远动通信系统设计，提高电网安全运行水平均有相应的参考意义。

图4 计划曲线传输和自动功率控制实现设计流程

[1] 南方电网DL/T 634.5104—2002远动协议实施细则: Q/CSG 110006—2012[S]. 2012.

[2] 孟荣, 范晓丹. 关于智能变电站自动化系统及设备的几点建议[J]. 电气技术, 2019, 20(9): 123-125.

[3] 许洪强. 调控云架构及应用展望[J]. 电网技术, 2017, 41(10): 3104-3111.

[4] 梁少华, 田杰, 曹冬明, 等. 柔性直流输电系统控制保护方案[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(15): 59-65.

[5] 汤奕, 崔晗, 李峰, 等. 人工智能在电力系统暂态问题中的应用综述[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(1): 2-13.

[6] 熊家祚, 张能, 翟党国, 等. 大规模电力电子设备接入的电力系统混合仿真接口技术综述[J]. 电力系统保护与控制, 2018, 46(10): 152-161.

[7] 谭阳琛, 刘畅, 李程昊, 等. 基于ADPSS 的特高压直流输电控制保护系统开放式建模[J]. 电力系统保护与控制, 2018, 46(17): 99-108.

[8] 陆承宇, 阮黎翔, 杜奇伟, 等. 智能变电站远动信息快速校核方法[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(11): 128-133.

[9] 刘必晶, 徐海利, 林静怀, 等. 远动遥控的双校验方法研究[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(8): 134- 138.

[10] 邓勇, 冯学敏, 刘坚, 等. 程序化操作在调度自动化系统中的实现[J]. 电气技术, 2018, 19(10): 87-91.

[11] 杨清波, 李立新, 李宇佳, 等. 智能电网调度控制系统试验验证技术[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(1): 194-199.

[12] 李明节, 陶洪铸, 许洪强, 等. 电网调控领域人工智能技术框架与应用展望[J]. 电网技术, 2020, 44(2): 393-400.

Design of remote control interface for Yunnan-Guizhou interconnection channel project

LI Fenglong JIA Shuaifeng ZHAO Guanhua WU Chunsheng

(State Grid XJ Group Co., Ltd, Xuchang, He’nan 461000)

The construction status of Yunnan-Guizhou interconnection channel project is introduced. The overall architecture, function design, software and hardware implementation of the remote control interface (RCI) for the high voltage direct current (HVDC) transmission project are described. After the functional performance test (FPT) and dynamic performance test (DPT) verification, the RCI meets the needs of Yunnan-Guizhou interconnection channel project and has been put into commercial operation on June 11, 2020. This paper has a certain guiding significance for the research and design of RCI for the ultra high voltage direct current (UHVDC) transmission project, HVDC transmission project, back-to-back DC transmission project and flexible DC transmission project.

Yunnan-Guizhou interconnection channel; remote control interface; HVDC project; multi-terminal DC project; power planning curve

2021-02-05

2021-03-17

李凤龙（1987—），男，甘肃天水人，本科，工程师，主要从事高压直流输电远动通信系统软件设计。