等你等风来
实现对35KV变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。实现对电网运行的实时监控，使值班人员和系统调度人员通过管理平台及时把握系统的运行状态和事故处理的主动性，另外配套的手机客户端软件实现了移动终端功能，可随时随地查看或管理电网，提高电网的自动化管理水平、供电质量。为达到这一目的，满足电网运行对变电站后台监控系统的要求，变电站综合电力自动化系统体系由“数据采集和控制”、“继电保护”、“直流电源系统”三大块构成变电站自动化基础。与变电站传统电磁式二次系统相比，在体系结构上，电力自动化系统增添了“变电站主计算机系统”和“通信控制管理”两部分。 变电站后台监控系统基本特点■分布：间隔层以站内一次设备（如变压器、电机、线路等）为间隔对象，面向对象，综合分析电站对信息的采集控制要求，分布式配置小型化、高可靠性的微机保护和测控单元装置。各间隔单元相对独立，通过可选择的RS485、CAN、以太网等网络互联。在功能分配上，凡可以在本间隔单元就地完成的功能，不依赖通信网络，即使网络瘫痪也不影响保护迅速切除故障。由于采用保护、测控一体化小型化设计，屏柜的数量较传统设计大为减少。 ■分层：该系统分间隔层和站控层两层，层与层之间相对独立，通过具有冗余结构的前置层（通讯管理机）设备连接通信。间隔层设备包括保护设备、数据采集、控制设备及指示显示部分等。站控层设备包括工控机、综合自动化监控软件，可组单机网络，也可组多机热备用网络。站控层通过通信管理机与间隔层通信，实现站级协调、优化控制和当地监控；同时实现与远方调度中心的通信。既可完成RTU四遥和远程接入功能，也可直接进入上一级调度网络。 ■可靠性：间隔层各种保护测控装置的主功能完全独立于通讯网络，独立地保护电网安全运行；各装置均有大屏汉字液晶显示，不间断显示装置运行工况，保证了通讯网中断或后台死机情况下，运行人员依然可监视；保留了简易的强电控制功能，在各单元设置了独立于装置软件的分合按钮功能和就地、远方操作转换，作为后备操作或检修操作手段，保证了网络中断后台死机，甚至装置故障时，运行人员依然可以操作，同时保证了本级操作时，其它级处于闭锁状态，符合分层操作控制要求；保留了强电中央事故和告警接点，启动事故音响和预告音响，保证了通讯中断后台死机甚至装置本身故障的情况下运行人员还可以就地人工操作。 ■灵活性：系列化的面向对象的间隔保护测控装置，对于任何具有不同规模、不同一次接线、不同要求的电站均可实现电站综合自动化，这些产品象搭积木一样配置在一根网络通讯线上，并可以根据一次系统的变化，任意增、减或改变系统中的单元装置以达到改造或扩建的目的。 ■分散：系统对35KV及以下电压等级的二次保护和监控单元设备，可选择就地分散安装在开关柜上，做到地理位置上的分散。对于无人值班的35KV及以下电站，根据用户需要，站控层的设备也可移到调度中心或集控站，电站内不设当地监控而只留接口，当维护人员进入电站时，使用便携机即可替代后台机。这样的分层、分布和分散式系统与集中式系统相比，具有明显优点:提高了系统可告性，任一部分设备有故障时，只影响局部；站内减少了二次电缆和屏柜，节省了投资，也简化了施工与维护；提高了系统可扩展性和灵活性，既适用于新建电站，也适用于老站改造；运行维护方便。 ■开放性：系统可以实现各种微机保护、自动装置的通信管理；实现各种测控装置、智能电能表的通信管理；实现厂站智能辅助设备，如直流电源通信等的通信管理；实现与厂站主计算机系统的通信交互；以及实现与远动调度、集控中心的数据筛选、处理、转发等。支持多种通信接口（以太网、RS232、RS485、RS422、CAN等）和通信规约（如IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、IEC60870-5-103、部颁CDT、HostZF、XT9702、SC1801、μ4F、IEC61850等）。通过GPS，自动接受对时和统一系统时间。各设备、装置通信状态检查和监视、记录。内部数据的再加工处理，逻辑生成，转发信息的编辑、合成。通过网络，远程维护和监测。可配置双机冗余工作方式，通信通道监视和自动切换。 变电站后台监控系统的主要结构 以一个变电站实现综合自动化为例，整个变电站电力后台系统分为两个部分：站控层与现地层。 ◇站控层由通信保护管理器、MODEM等构成，负责完成整个变电站的控制和监视以及远程维护。所有模拟量、数据量、开关量、脉冲量的实时采集、处理，按照通信规约的要求，上传给各个上级调度端，并对间隔层的设备进行管理和下发各种命令。 ◇现地层按站内一次设备(一台主变、多条线路等)分布式配置。保护全部采用微机保护，保护测控装置全部集中在主控制室内。各保护单元相对独立，能独立完成其保护功能，并通过通讯接口向监控系统传送保护信息。 
摘 要： 本文论述了一种变电站综合自动化系统通信网络的设计。该通信系统具有信息传送效率高，安全、可靠性好，可扩展性强的特点。通信软件应用RTOS开发平台，采用先进的、标准的和成熟的通信网络技术，充分考虑网络的开放性、可扩充性等相关问题，并已成功应用于多家变电站。 关键词： 变电站综合自动化 通信网 接口 实时多任务操作系统 引言 变电站是输配电系统中的重要环节，是电网的主要监控点。近年来，随着我国经济高速发展，电压等级和电网复杂程度也大大的提高。传统变电站一次设备和二次设备已无法满足降低变电站造价和提高变电站安全与经济运行水平这两方面的要求。 而现在变电站所采用的综合自动化技术是将站内继电保护，监控系统，信号采集，远动系统等结合为一个整体，使硬件资源共享，用不同的模式软件来实现常规设备的各种功能。用局域网来代替电缆，用主动模式来代替常规设备的被动模式。具有可靠、安全、便于维护等特点。 分散分层分布式是变电站综合自动化系统的发展方向，这就对通信的可靠性提出了更高的要求，选择一个可靠、高效的网络结构，是解决问题关键。90年代中期，国内外曾掀起一场“现场总线热”，但是由于技术上的原因以及采用设备总线时信息量大且传输较慢的特点，造成了现场总线存在多种标准，阻碍了其发展。以太网经过若干年的发展，技术上日臻成熟。随着嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已十分便利的应用于变电站综合自动化系统。以太网具有高速、可靠、安全、灵活的特点，使其在变电站综合自动化系统中有广阔的应用前景。 变电站通信系统结构 系统结构示意图如图1所示。 从图上可以看出： 1）管理和控制一体化局域网将无可争议地选用以太网。 2）间隔级控制总线在FF-H2总线尚未成熟的情况下，工业级以太网和Profibus MMS（Manufacturing Messageing Specification制造厂信息规范）将是一个比较好的选择。 3）可编程逻辑控制器PLC被发展成PCC(Programable computer controller)，即用智能模块实现逻辑及自动控制功能，它比常规的PLC具有可交流采样、通讯组态方便等优点。 变电站综合自动化系统通信网的基本设计原则 通信在变电站综合自动化占有重要的地位。其内容包括当地采集控制单元与变电站监控管理层之间的通信，变电站当地与远方调度中心之间的通信。系统通讯网架的设计是十分关键的，本文从以下方面考虑变电自动化系统通信网的设计： 1）电力系统的连续性和重要性，通讯网的可靠性是第一位的。 2）系统通讯网应能使通讯负荷合理分配，保证不出现“瓶颈”现象，保证通讯负荷不过载，应采用分层分布式通讯结构。此外应对站内通讯网的信息性能合理划分，根据数据的特征是要求实时的，还是没有实时性要求以及实时性指标的高低进行处理。另外系统通信网设计应满足组合灵活，可扩展性好，维修调试方便的要求。 3）应尽量采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。 4）应考虑针对不同类型的变电所的实际情况和具体特点，系统通信网络的拓扑结构是 灵活多样的且具有延续性。 5）系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约。 6）对于通信媒介的选用，设计原则是在技术要求上支持采用光纤，但实际工程中也考虑以屏蔽电缆为主要的通信媒介。 7）为加速产品的开发，保持对用户持续的软件支持，对用户提出的建议及要求的快速响应，就要求摆脱小作坊式的软件开发模式，使软件开发从“小作坊阶段”进入“大生产阶段”， 采用先进的通信处理器软件开发平台实时多任务操作系统RTOS并开发应用与其之上的通信软件平台。 通信网的软硬件安装 硬件的选择 为了保证通信网的可靠性，通信网构成芯片必须保证在工业级以上，以满足湿度、温度和电磁干扰等环境要求。通讯CPU采用摩托罗拉公司或西门子公司的工控级芯片，通讯介质选择屏蔽电缆或光纤。 接口程序 采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。装置通信CPU除保留标准的RS232/485口用于系统调试维护外，其它各种接口采用插板式结构，设计支持以下三类共七种方式：标准RS485接口，考虑双绞线总线型和光纤星型耦合型；标准 Profibus FMS 接口，考虑双绞线总线型、光纤环网、光纤冗余双环网；标准Ethernet ，考虑双绞线星型和光纤星型（通信管理单元考虑以上两种类型的双冗余配置）。 通信协议和通信规约 系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约，应建立符合变电站综合自动化系统结构的计算机间的网络通讯，根据变电站自动化系统的实际要求，在保证可靠性及功能要求的基础上，尽量注意开放性及可扩充性，并且所选择的网络应具有一定的技术先进性和通用性，尽量靠国际标准。长期以来，不同的变电站监控系统采用不同的通信协议和通信规约，如何实现不同系统的互连和信息共享成为一个棘手的问题，应采用规范化、符合国际标准的通信协议和规约。为此在系统中选用了应用于RS485网络的IEC61870-5-103规约、应用于Profibus 的MMS行规以及应用于TCP/IP上的MMS行规。它们都具有可靠性、可互操作性、安全性、灵活性等特点。 通信软件的设计与实现 通信软件的设计涉及到多种设备的配合问题，本文只以DF3003变电站综合自动化系统的通信网络为例，介绍变电站综合自动化系统通信软件设计与运行原理。 软件功能与运行原理 在DF3003变电站综合自动化系统中，采用二级分层分布式网络。针对110KV中压变电站的要求，我们可采取图2所示的组网方式。后台与主站都是一种监控系统，其主要功能为监视各智能单元的运行状态，并能对各智能单元进行控制。而监控系统为完成其主要功能所需要的各种数据都是由通讯转换器DF3211或保护管理单元DF3210来提供的。因此，从数据流控制的角度来看，通讯程序主要完成智能单元运行状态信息的上报和监控系统控制信息的下发两种功能。智能单元的运行状态信息一般包括遥测数据、遥信数据、电度数据、突发数据等。监控系统的控制信息则包括遥控命令、对时命令、查询命令等。本文中的变电自动化系统通讯程序所要完成的数据结构与函数过程如图3所示。 软件开发平台——RTOS 随着应用的复杂化，对控制精度、智能化程度的要求越来越高，一个微处理器往往要同时完成很多任务。体现在变电站自动化通信产品中，由于信息采集量越来越大，信息交换越来越频繁，简单地用单一任务来轮询，往往造成通信的“瓶颈”现象，如保护和测量设备采集到的实时信息无法及时向上传递。多任务编程的特点是：程序在功能上以任务的形式存在， 各个任务之间相对独立，可通过操作系统提供的资源，进行任务间的信息交换和相互控制，可通过优先级、时间片来控制各任务执行的顺序。多任务编程的特点打破了传统软件顺序执行的框架，便于程序的系统开发、调试及维护。实时多任务操作系统RTOS（Real Time Operating System）是面向21世纪嵌入式设计的基础和标准开发平台。高性能软件开发平台可以使嵌入式软件程序的开发进入规模化和产业化生产。有了高性能开发平台，可以极大的提高软件开发的效率，RTOS体现了一种新的系统设计思想和一个开放的软件框架，在此基础上，可以设计一种更为通用的通用软件平台，软件工程师可以在不大量变动系统其他任务的情况下增加或删除一个通信规约；一个大项目开发的过程中，可以有多个工程师同时进行系统的软件开发，各个人之间只要制订好规程和协议即可，既缩短了开发时间，又降低了最终通信软件产品对于具体某个人的依赖性。 与因特网结合 通信管理单元提供内置的WEB-SERVER，可动态向外部系统发布数据，这部分可采用在RTOS之上外购WEB—SERVER模块来开发完成，更为方便的是，在设置各种系统参数和浏览现场实时数据时，只需要一个标准的浏览器软件，如Microsoft 的IE即可。 改进的网架结构 当变电综合自动化系统中的通信可靠性要求进一步提高时，可采用图4所示的网架结构。即对通信管理单元和通道实行主备切换的模式，但这种模式对通信管理单元和通信切换器的要求较高。在这种模式下，当通信管理单元损坏或通道故障时均得到切换，因此这种模式更可靠、更安全。 结论 本文所述的变电站综合自动化通信系统采用代表国际技术发展潮流，先进的、标准的和成熟的通信网络技术。采用双网网络，双机热备用，光纤双环冗余自愈系统，采用国际标准通信规约协议，充分考虑网络的开放性、可扩充性及工程化的相关问题。本通信系统具有速度快，可靠性高，可扩展性强等特点，已经成功的应用于多家变电站。
编辑词条电力系统及其自动化 1 电力系统及其自动化是一级学科电气工程的五个二级学科之一，本科和博士生的专业为电气工程及其自动化，硕士研究生就读电气工程所属的5个二级学科之一 电气工程 代号0808 电力系统及其自动化 代号00802 080801电机与电器 080803高电压与绝缘技术 080804电力电子与电力传动 080805电工理论与新技术 学制：2年--3年。 授予学位：工学硕士。 2 电力系统及其自动化所设置的方向 东北电力大学 01 电力系统运行与控制 02 电力系统继电保护与安全自动控制 03 电力系统调度自动化 04 电力系统规划与可靠性 05 FACTS 及直流输电 06 电力系统分析与仿真 07 电力市场 08 电能质量分析与监测 09 综合自动化与继电保护 华北电力大学 01电力系统分析、运行与控制 02电力系统安全防御与恢复控制 03电力经济分析 04电力系统规划与可靠性 05智能技术及其在电力系统中的应用 06电力系统继电保护 07电力系统自动化技术 08电力系统故障分析与诊断 3 电力系统及其自动化研究方向 （1）智能保护与变电站综合自动化 对电力系统电保护的新原理进行了研究，将国内外最新的人工智能、模糊理论、综合自动控制理论、自适应理论、网络通信、微机新技术等应用于新型继电保护装置中，使得新型继电保护装置具有智能控制的特点，大大提高电力系统的安全水平。对变电站自动化系统进行了多年研究，研制的分层分布式变电站综合自动化装置能够适用于35kv～500kv各种电压等级变电站。微机保护领域的研究处于国际领先水平，变电站综合自动化领域的研究已达到国际先进水平。 （2）电力市场理论与技术 基于我国目前的经济发展状况、电力市场发展的需要和电力工业技术经济的具体情况，认真研究了电力市场的运营模式，深入探讨并明确了运营流程中各步骤的具体规则；提出了适合我国现阶段电力市场运营模式的期货交易（年、月、日发电计划）、转运服务等模块的具体数学模型和算法，紧紧围绕当前我国模拟电力市场运营中亟待解决的理论问题。 （3）电力系统实时仿真系统 对电力负荷动态特性监测、电力系统实时仿真建模等方面进行了研究，引进了加拿大teqsim公司生产的电力系统数字模拟实时仿真系统，建成了全国高校第一家具备混合实时仿真环境的实验室。该仿真系统不仅可进行多种电力系统的稳态及暂态实验，提供大量实验数据，并可和多种控制装置构成闭环系统，协助科研人员进行新装置的测试，从而为研究智能保护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。 （4）电力系统运行人员培训仿真系统 电力系统运行人员培训仿真系统是针对我国电力企业职工岗位培训的迫切要求，将计算机、网络和多媒体技术的最新成果和传统的电力系统分析理论相结合，利用专家系统、智能cai（计算机辅助教学）理论，进行电力系统知识教学、培训的一种强有力手段。本系统设计新颖，并合理配置软件资源分布，教、学员台在软件系统结构上耦合性很少，且系统硬件扩充简单方便，因此学员台理论上可无限扩充。 （5）配电网自动化 在中低压网络数字电子载波ndlc、配网的模型及高级应用软件pas、地理信息与配网scada一体化方面取得了重大技术突破。其中，ndlc采用了dsp数字信号处理技术，提高了载波接收灵敏度，解决了载波正在配电网上应用的衰耗、干扰、路由等技术难题；高级应用软件pas将输电网ems的理论算法与配网实际结合起来，采用了最新国际标准iec61850、61970cim公共信息模型；采用配网递归虚拟流算法进行潮流计算；应用人工智能灰色神经元算法进行负荷预测。 （6）电力系统分析与控制 对在线测量技术、实时相角测量、电力系统稳定控制理论与技术、小电流接地选线方法、电力系统振荡机理及抑制方法、发电机跟踪同期技术、非线性励磁和调速控制、潮流计算的收敛性、电网调度自动化仿真、电力负荷预测方法、基于柔性数据收集与监控的电网故障诊断和恢复控制策略、电网故障诊断理论与技术等方面进行了研究。在非线性理论、软计算理论和小波理论在电力系统应用方面，以及在电力市场条件下电力系统分析与控制的新理论、新模型、新算法和新的实现手段进行了研究。 （7）人工智能在电力系统中的应用 结合电力工业发展的需要，开展了将专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论应用到电力系统及其元件的运行分析、警报处理、故障诊断、规划设计等方面的实用研究。在上述实用软件研究的基础上开展了电力系统智能控制理论与应用的研究，以提高电力系统运行与控制的智能化水平。。 （8）现代电力电子技术在电力系统中的应用 开展了电力电子装置控制理论和控制算法、各种电力电子装置在电力系统中的行为和作用、灵活交流输电系统、直流输电的微机控制技术、动态无功补偿技术、有源电力滤波技术、大容量交流电机变频调速技术和新型储能技术等方面的研究 （9）电气设备状态监测与故障诊断技术 通过将传感器技术、光纤技术、计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术等结合起来，针对电气设备绝缘监测方法和故障诊断的机理进行了详细的基础研究，开发了发电机、变压器、开关设备、电容型设备和直流系统等主要电气设备的监控系统，全面提高电气设备和电力系统的安全运行水平。 4 设置电力系统及其自动化研究生专业的高校及排名 1 清华大学 A+ 2 西安交通大学 A 3 重庆大学 4 华中科技大学 A 5 西南交通大学 6 天津大学 A
