智能变电站一体化监控系统有关规范解读_樊陈

第36卷 第19期2012年10月10

日Vol.36 No.19

,Oct.102012

:/.issn.1000DOI10.39691026.2012.19.001-j

智能变电站一体化监控系统有关规范解读

樊 陈1,倪益民1,窦仁晖1,姚志强1,王永福2,叶海明3

(1.中国电力科学研究院,江苏省南京市210003;2.国家电力调度控制中心,北京市100031;

)3.浙江省衢州电力公司,浙江省衢州市324002

摘要:根据《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》和《智能变电站一体化监控系统功能规

,范》阐述了一体化监控系统建设的必要性和重要性。对一体化监控系统的系统范畴、系统结构和功能架构进行了介绍,对系统涉及的关键设备进行了阐述;对系统的网络结构和具体工程配置方案进行了讨论,有助于加深对智能变电站一体化监控系统相关规范的理解,推动一体化监控系统的建设。

关键词:智能变电站;一体化监控系统;数据通信网关机;综合应用服务器;数据服务器;IEC61850 

0 引言

国内的智能电网建设结合自身发展的特点,涉及发电、输电、变电、配电、用电、调度和信息通信等而智能变电站建设就是其中的变电环节,其整环节,

]16-

。体建设水平直接影响智能电网的总体高度[

随着智能变电站试点工程建设的推进,一大批

新设备、新技术、新系统在智能变电站中得到了应用,虽在一定程度上极大地提高了全站的总体智能

但也带来全站设备增加、投入增大、系统过化水平,

]79-

。多、信息交互困难等一系列问题[

为进一步贯彻国家电网公司“节约环保、功能集

为变电站智能化高级应用提供了坚强流通和交互,

支撑。

为更好推行智能变电站一体化监控系统的建设,方便广大设计厂家和网省公司更好地理解智能变电站一体化监控系统的2个规范,笔者作为规范主要的编写人员,结合自身的理解,对2个规范的编写背景、系统结构、功能结构、关键设备、系统配置等内容进行阐述,为进一步理解一体化监控系统提供参考。

1 一体化监控系统需求分析

1.1 变电站需求

)系统集成需求1

智能变电站建设阶段,由于众多设备和功能的导致一系列新的系统出现,如智能辅助系统、增加,

状态监测系统等,其结果是变电站内部存在多套监控系统,给变电站运行人员增添了巨大的工作量,同时也带来了相关设备系统的增加,加大了变电站建设的总体投入。

)信息交互需求2

变电站内部存在的多套系统给运行管理带来了

就是要新问题。从监控系统设置的最初目的来看,对电网运行的实时信息进行监视,对相关设备进行

状操作和控制。但目前存在的智能辅助控制系统、态监测系统均不属于电网实时监视的范畴,若变电

站运行管理人员需要获取相关设备的状态信息,则需要更换监控平台,这给运行维护带来了不便。

)高级应用需求3

智能变电站的一个突出特征就是高级应用功

—1—

成”的建设理念,实现变电站全景数据的采集及全站

高级应用等功能,迫切需要对当下变电站内部的系统进行整合,并设计出新的体系架构,实现全站系统的高度集成以及功能的进一步优化和完善。为规范“智能变电站的建设,同时也为了满足“大运行”大检

需求,由国家电力调度控制中心牵头组织编写了修”

国家电网公司企业标准《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》和《智能变电站一体化监控系统功,能规范》以解决当前智能变电站内部系统繁杂、不同系统之间信息交互困难、全站信息流不能随需求顺利流通等问题。该一体化监控系统不仅能实现全站各系统的高度集成和功能的融合,还解决了全站信息安全分区的问题,实现了站内全景信息的自由

;修回日期:。收稿日期:2012061120120822----

国家电网公司科技项目“面向新建变电站的一体化系统和整。合型设备技术研究与应用”

()2012,3619

 

能,这些是体现变电站智能化的关键所在。而众多高级应用的分析处理功能的基础在于变电站的全景

传统的数据采集与监数据。以智能告警功能为例,

系统只能告知二次设备动作或者故障控(SCADA)

信息;智能变电站试点工程阶段,智能告警也仅仅局限于一次设备和保护测控装置,所给出的分析结果也主要是故障原因等。但这些远远不能满足变电站的所有要求。智能变电站中的智能告警信息应根据保护动作信息、测量控制信息、一次设备状态监测信息等进行综合分析,通过一、二次设备相关信息的综合处理,给出更加清晰明确的结论,为运行监视人员提供指导和参考,帮助其快速定位故障类型和产生原因。

1.2 调度中心需求

随着智能电网的发展建设,调度中心各项高级应用功能的实现也越来越需要变电站为其提供更多高质量、高品质的全景数据。在国家电网公司提出“大运行”建设的要求后,调度中心对变电站的这种需求就更加强烈。

当前调度中心对变电站的上送数据都会进行数据校核,以保证为调度控制决策所提供的数据准确、可靠。但这些数据的源头为变电站,若能在源头上

则不仅能够及时发现测控设备就能实现数据校核,

运行状态的异常,同时也可为调度中心提供预警,更

为重要的是,它还能有效减少调度中心数据处理的工作量。这一功能在智能变电站内部信息量大量增长的情况下变得尤为迫切。

随着智能电网的发展建设,调度中心需要具有对管辖范围内所有变电站的监视功能,这一功能并不是要求所有变电站均需要将站内信息上送给调度中心,但当调度(调控)中心需要查看各项信息时,各变电站应能实时地将全站信息上送。这就意味着当调度(调控)中心通过远程浏览查看各变电站时,此时的调度(调控)中心就类似于变电站的监控系统,能够对站内各设备、各系统的运行状态进行监视。针对具体的线路间隔,不仅可以调阅相关一次设备

,的台账信息(生产厂家、投运日期、动作记录)同时,还可获取二次设备厂家信息(厂家名称、设备型号)

以确保在故障发生后,能快速、全面地获取故障设备的相关信息,为调度运行人员提供指导和参考。而这一要求又是当下智能变电站监控系统所无法实现的,迫切需要一套新的系统为调度提供有力支撑。1.3 生产管理系统需求

随着智能电网的发展,生产管理系统对智能变电站监控系统也提出了新的要求,尤其是一次设备状态监测。生产管理系统需要根据需求对状态监测—2—

设备的采样频率和上送间隔进行灵活配置,但生产

管理系统处于安全Ⅲ区,而状态监测系统处于安全两者之间的通信需要通过专用网关实现,同时Ⅱ区,

还需确保符合电力二次系统信息安全分区的要求。

另外,生产管理系统还肩负着设备运行维护的职能,设备检修维护时的操作票和工作票管理、变电站内部设备的台账信息维护、定值单管理等,这些功能都可在智能变电站内部实现,实现生产管理系统与变电站的协同互动,进而取代当下人工操作、人工开票的流程,切实提高变电站的智能化总体水平。这些需求都是当下智能变电站监控系统所不具备的,因此迫切需要开发新的监控系统。

2 系统范畴

智能变电站一体化监控系统是按照全站信息数

通信平台网络化、信息共享标准化的基本要字化、

求,通过系统集成优化,实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示,实现运行监视、操作与控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用等功能。

智能变电站二次系统自动化体系由一体化监控系统和输变电设备状态监测、辅助设备、时钟同步、计量等共同构成。一体化监控系统纵向贯通调度、生产等主站系统,横向联通变电站内各自动化设备,处于体系结构的核心部分。该系统直接采集站内电网运行信息和二次设备运行状态信息,通过标准化辅助应用、计量等进行接口与输变电设备状态监测、

实现变电站全景数据采集、处理、监视、控信息交互,

制、运行管理等,其逻辑关系如图1所示。图中,

IED为智能电子设备,PMU为相量测量单元。

图1 智能变电站一体化监控系统体系逻辑关系图

Fi.1 Loicrelationofinteratedsuervisionand     gggp

controlsstemofsmartsubstation    y

由图1可知,智能变电站一体化监控系统并不

包括变电站内部所有设备的建设,但却要接收站内所有设备的信息。传统SCADA系统所涉及的电网实时运行设备的数据采集、处理和监视都仍然是一

·特约专稿· 樊 陈,等 智能变电站一体化监控系统有关规范解读

体化监控系统的范畴。而新增加的状态监测系统、辅助应用系统和计量系统等则不在一体化监控系统

这就意味着在变电站的设备招标建的建设范围内,

这些系统是可以独立招标建设的,但其信息设环节,

必须上送给一体化监控系统,或者在一体化监控系统需要的时候能够采集到。如此不仅更加清晰地明确了一体化监控系统的范畴,同时也与智能变电站

当前运行管理的体制和模式相匹配,具备较好的可

操作性。

3 系统架构

在明确一体化监控系统的范畴以后,本节对其内部的具体结构进行阐述,如图2所示。

图2 智能变电站一体化监控系统架构

Fi.2 Structureofinteratedsuervisionandcontrolsstemofsmartsubstation         ggpy

一体化监控系统在其内部分  从图2可以看出,

成了2个安全分区,分别是安全Ⅰ区和安全Ⅱ区,图中通过防火墙进行隔离,以点线标示。在安全Ⅱ区内,虚线框内的设备和系统不直属于一体化监控系统,但通过网络与一体化监控系统实现信息交互。安全Ⅱ区与其他主站系统的信息交互,主要通过正反向隔离装置及一体化监控系统的数据通信网关机实现信息的传输。这样的架构不仅能够满足智能变电站未来发展的需求,同时还符合信息安全分区的

]67-

。智能变电站一体化监控系统与远方调度要求[

(调控)中心进行数据通信应设置纵向加密认证装置。

安全Ⅰ区中包括一体化监控系统监控主机、Ⅰ区数据通信网关机、数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、保护装置、测控装置、PMU等设备。在安全Ⅰ区中,监控主机采集电网运行状态和设备

经过分析和处理后进行统一展示,工况等实时数据,

并将数据存入数据服务器。Ⅰ区数据通信网关机通过直采、直送的方式实现与调度(调控)中心的实时

并提供运行数据浏览服务。数据传输,

安全Ⅱ区中包含有综合应用服务器、计划管理终端、变电设备状态监测装Ⅱ区数据通信网关机、置、视频监控、环境监测、安防、消防等设备。综合应

用服务器与输变电设备状态监测和辅助设备进行通

信,采集电源、计量、消防、安防、环境监测等信息,经过分析和处理后进行可视化展示,并将数据存入数据服务器。Ⅱ区数据通信网关机通过防火墙从数据服务器获取Ⅱ区数据和模型等信息,与调度(调控)中心进行信息交互,提供信息查询和远程浏览服务。

综合应用服务器通过正反向隔离装置向Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机发布信息,并通过Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机实现与其他主站系统的信息交互。站内通过正向隔离装置将其他主站需要的数据上送;主站通过反向隔离装置,将相关配置等控制命令传输给站内相关设备。

数据服务器存储变电站模型、图形、操作记录、告警信息、在线监测、故障波形等历史数据,为各类应用提供数据查询和访问服务。

计划管理终端实现调度计划、检修工作票、保护定值单的管理等功能。视频可通过综合数据网通道向视频主站传送图像信息。

4 系统功能

智能变电站一体化监控系统从功能上划分主要涉及运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助这五大应用,与此五大应用紧密

—3—

()2012,3619

 

相关的还涉及数据的输入和输出,以及数据的采集

具体如图3所示。和信息的传输,

信,通过综合分析和统一展示,实现一次设备在线监

控制与管理。从图2中测和辅助设备的运行监视、

可以看出,综合应用服务器用来接入站内状态监测、辅助应用等相关信息,并实现对其的监视、操作与控制。从一定程度上看,综合应用服务器类似于站内

辅助实现非实时或者准实时数据的接的监控主机,

入和处理,同时该设备也承担对其他主站系统的数据传输服务。

5.3 数据通信网关机

数据通信网关机是一种通信装置,用于实现智

生产等主站系统之间的通信,为主能变电站与调度、

站系统实现智能变电站监视控制、信息查询和远程浏览等功能提供数据、模型和图形的传输服务。为满足信息安全分区的要求,图2中数据通信网关机按照分区的不同分成了3种类型,分别是Ⅰ区数据通信网关机、Ⅱ区数据通信网关机和Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机。Ⅰ区数据通信网关机的功能类似于传统

负责变电站内部实时数据的传变电站的总控装置,

输。Ⅱ区数据通信网关机用于实现变电站内部非实

如状态监测、辅助应用时或者准实时数据的传输,

等。Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机用于与其他主站(如生产管理系统等)的信息传输。各安全分区内的数据

只是因为通信网关机从功能上看都是同样的设备,

分区的不同而承担不同的功能。该装置与传统的总控装置的另一个典型区别是具备为调度中心等主站系统提供信息查询、远程浏览和监视控制的功能,调

调控)中心等主站系统可通过数据通信网关机实度(

操作和控制功能。现变电站内部的监视、

图3 智能变电站一体化监控系统功能体系图

Fi.3 Functionofinteratedsuervisionandcontrol     ggp

ofsmartsubstationsstem   y

从图3可以看出,一体化监控系统的五大应用

又根据其特点进行细分。运行监视功能包括运行工况监视、设备状态监测和远程浏览3个部分。操作与控制功能包括调度控制、站内操作、无功优化、负荷控制、顺序控制、防误闭锁和智能操作票7个部分。信息综合分析与智能告警包括站内数据辨识、故障综合分析和智能告警3个部分。运行管理包括源端维护、权限管理、设备管理、定值管理和检修管理5个部分。辅助应用包括电源监控、安全防护、环境监测和辅助控制等4个部分。当然,这些功能并不一定能够包含智能变电站今后新出现的需求和功能,但从目前来看基本上还是覆盖了当前变电站的所有功能,随着智能变电站的不断发展,其相应的应用功能也会不断调整、完善和扩充。

6 系统结构和配置

本文以2陈述其具体20kV智能变电站为例,

网络结构和装置配置,如附录A所示。可知,智能变电站一体化监控系统由站控层、间隔层、过程层设备,以及网络和安全防护设备组成,各层设备主要包括的装置如下。

)站控层设备包括监控主机、数据通信网关机、1

数据服务器、综合应用服务器、操作员工作站、工程师工作站、PMU数据集中器和计划管理终端等。

)间隔层设备包括继电保护装置、测控装置、故2

障录波装置、网络记录分析仪及稳控装置等。

)过程层设备包括合并单元、智能终端、智能组3件等。

/站控层和间隔层网络可采用100Mbits或更

可通过划分虚拟局域网将网高速度的工业以太网,

络分隔,过程层网络包括通用面向对象变电站事件(网和采样值(网,可按照电压等级采GOOSE)SV)用星形网络结构。

5 系统新型设备

5.1 数据服务器

数据服务器用来实现智能变电站全景数据的集中存储,为各类应用提供统一的数据查询和访问服务。从图2中可以看出,该设备位于安全Ⅰ区内,在

还经由网实现变电站实时数据接收存储的基础上,

络接收通过防火墙传输的安全Ⅱ区内的数据,即传统的非实时或准实时数据。数据服务器对所有数据分类存储,为变电站内部各高级应用功能提供系统、全面的数据支撑,同时还为调度(调控)中心提供数据查询、浏览等服务,是变电站内部的数据仓库,是调度(调控)中心的数据源。5.2 综合应用服务器

综合应用服务器用来实现与状态监测、计量、电源、消防、安防和环境监测等设备(子系统)的信息通—4—

·特约专稿· 樊 陈,等 智能变电站一体化监控系统有关规范解读

针对2监控20kV及以上电压等级的变电站,

操作员工作站和主机和数据服务器宜双重化配置;

工程师工作站宜与监控主机合并;综合应用服务器可双重化配置;Ⅰ区数据通信网关机双重化配置;Ⅱ区数据通信网关机单套配置;Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机单套配置。500kV及以上电压等级有人值班智能变电站的操作员工作站可双重化配置,工程师工作站可单套配置。针对110kV及以下电网等级变电站,除Ⅰ区数据通信网关机仍需要双重化配置外,其他设备均可单套配置,但若操作员工作站、工程师工作站与监控主机合并,宜双重化配置。

社,2011.

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7 结语

智能变电站是智能电网建设的关键环节之一,

而一体化监控系统不仅是变电站智能功能实现的关

也是调度(调控)中心和生产管理等主站系统实键,

现各项高级应用的基础,加快发展建设智能变电站一体化监控系统将有利于提升智能变电站的总体水

为智能电网的发展提供有力支撑。相信通过本平,

文对智能变电站一体化监控系统编写背景及系列标准的介绍,能够加深对2个规范的理解,推动智能变

检测和建设。电站一体化监控系统的开发、

感谢《智能变电站一体化监控系统建设

技术规范》和《智能变电站一体化监控系统功能规范》编写组的全体成员。

//附录见本刊网络版(httaes.seri.scc.p:pgpg

///)。com.cnaeschindex.asxpp

,樊 陈(男,通信作者,硕士,工程师,主要研究1982—)方向:电力系统保护、控制和自动化,IEC61850标准应用, :智能变电站。E-mailfanchenri.scc.com.cn@epg

,倪益民(男,高级工程师,主要研究方向:电力1967—)系统自动化的研发和管理。

,窦仁晖(男,高级工程师,主要研究方向:电力1972—)系统自动化的研发和管理。

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,,,,FAN ChenNIYiminDOU RenhuiYAO ZhiianWANG YonuYE Haimin qg,gfg(,N;1.ChinaElectricPowerResearchInstituteanin210003,China    jg 

,;2.StateGridDisatch &ControlCenterBeiin100031,China   pjg 

,Q)3.ZheianQuzhouElectricPowerCororationuzhou324002,China    jgp 

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Suervisionand ControlSstemsinSmartSubstationsandFunctionSeciicationorInterated Suervisionand Control           pypffgp

SstemsinSmartSubstations,thenecessitandimortanceofdevelointheinteratedsuervisionandcontrolsstemare             yppggpyy  ,resented.Thescoestructureandfunctionarchitectureofthesstemaredescribed.Kedevicesusedinthesstemare              ppyyy 

,roecttreated.Thenetworkstructureofthesstemanddetailedconfiurationschemearediscussedwhichishelfultodeel                pjygppyromotinunderstandintheabovetwosetsofsecificationsandthedevelomentofthesstem.           pggppy  

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—5—


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