1、1调控一体化模式下变电站关键技术研究摘要：根据国网 “大运行”的要求，对变电站实现“调控一体化”关键技术进行论述。通过对不同方案的比较，确定变电站调控一体系统的建设方案，并对其实现效果进行分析。另外，本文还对变电站与调控中心主站间数据模型的转换、信息传输协议的转换及应用进行了分析论述，并在此基础上对变电站二次远动设备的集成做出了方案设想。文中所提方案满足了调控一体的要求，具有良好的应用价值。 关键词：信息优化；告警直传；远程浏览；安全认证；模型转换；远动设备集成 中图分类号： TM63 文献标识： 0 引言 目前电网对变电站多采用调度中心与集控中心分离的模式 1。随着电网的飞速发展，电网运维所
2、面临的结构性缺员和地区差异等问题也越来越突出，传统运行管理模式已不能满足集约化发展的需求2。就此国家电网公司提出调控一体化的业务需求，将监控业务与调度业务融合，实现电网调度与电网监控的一体化管理。 调控一体化建设提高了处理电网故障的效率，在一定程度上起到预防和控制电网风险的作用。但是调控中心将面临一系列新的问题，如怎样缓解大量变电站监控信息涌入给调控中心主站系统带来的运行压力；2调控人员如何能及时获得电网告警信息并及时处理；调控人员如何远程获得无人值守变电站的全部运行信息；如何解决网络技术在电力系统中广泛应用带来的信息安全问题；遵循标准不一致的情况下，变电站与主站系统如何进行信息交互、模型转化
3、等。 针对上述问题，本文从变电站建设的角度对实现调控一体化的关键技术进行论述。 1 调控一体化对变电站提出的要求 (1)信息优化需求 调控一体化的实现使调控中心接收站端信息大幅度增加。为缓解调控主站系统的压力，需考虑在站端对上传数据进行简化处理再上传。 (2)告警直传需求 调控中心对事故的及时处理对整个电网安全运行至关重要。当事故发生时，调控人员不能再花时间从大量信息中寻找告警源，而是直接获得告警信息，缩短事故处理时间。 (3)远程浏览需求 调控中心需要具有对管辖范围内所有变电站的监视功能。经优化后上传至主站的站端信息通常只能支撑调控中心进行日常操作和一般性事故处理。处理分析复杂问题时，往往需
4、要调用更多的站端信息，因此变电站还应该提供有效手段使调控人员远程浏览全景信息。 (4)安全认证需求 随着调控一体化的深入开展，电网信息网络化将进一步加强，信息传输面临入侵、盗取、泄密等风险键。因而需要采取可靠的信息安全防3护措施。 (5)信息交互需求 统一的信息模型，是电网一体化耦合的重要支撑，也是智能电网技术发展的重要基础之一3-5。但目前变电站自动化系统遵循 IEC 61850标准，调控主站自动化系统遵循 IEC 61970 标准，两端数据模型不一致，这就导致变电站与主站系统信息不能直接交互。因此需要有效方法使变电站信息、模型进行规范化转换。 2 变电站调控一体化方案实现 2.1 数据优化
5、实现 在变电站一体化监控系统站控层安全 I 区网络中冗余配置的通信网关机。变电站数据优化由 I 区通信网关机与间隔层设备实现。 图 1 变电站数据优化实现 Fig. Realization of the substation data optimization (1)数据校验、筛选 间隔层设备通过过程层网络/合并单元/智能终端设备网采/直采变电站信息，并自动过滤不良数据，校验合格后将数据送至站控层网络。I 区通信网关机通过站控层网络采集信息，并筛选出调控中心所需数据，同时进行二次数据校验，将合格数据进行分类封装，向不同的主站系统上传。两台 I 区通信网关机之间还可进行数据的同步及互验，保障信息
6、的可靠性。 4(2)信息归并 I 区通信网关机对变电站的各类信号（包括测量控制信息、保护动作信息、一次设备状态监测信息等）进行分类、合并，达到简化数据集的目的。 (3)设备预警 通过对变电站数据的检验、校核，I 区通信网关机可及时发现设备运行异常，并根据异常信息等级依次向变电站一体化监控系统、调控中心主站系统预警，使严重的设备故障及时得到处理。 (4)效果分析 以廊坊刘其营 220kV 变电站为例，其建设规模为 3 台 240MVA 主变压器，6 回 220kV 出线，12 回 110kV 出线，主变 35kV 侧共配置 12 组电容电抗器，220/110kV 母线均为双母线接线方式，35kV
7、 母线采用单母线分段方式。 数据优化后，调控主站与原有集控中心接收的信息量比较如下表 1： 表 1 数据优化前后信息量对照 Table 1 Number of the information before and after data optimization contrast 名 称 原集控中心 现调控中心 遥测量 约 500 个 161 个 遥信量 约 2100 个 498 个 遥控/调量 约 260 个 83 个 通过上表可明显看出，变电站实现数据优化后，调控中心主站系统5接收的数据量相较原集控中心而言大幅减少。 2.2 变电站告警直传、远程浏览实现 2.2.1 硬件配置模式 告警直传可
8、由通信网关机实现，远程浏览功能则采用图形网关方式、KVM 方式、远程终端方式6实现。根据电网现有自动化系统、通信等现状，现阶段变电站宜采用图形网关方式实现主站的远程浏览。 告警直传、远程浏览功能可集成在同一硬件上，也可独立配置各自的硬件，具体方式如表 2 所示。 表 2 告警直传、远程浏览硬件配置模式特点 Table 2 Characteristic of Alarm upload,Remote browsing 名称 灵活性 可靠性 集约性 双机冗余模式 较好 可随时进行功能调整，即一台仅用作告警直传，另一台仅用作图形浏览，以便两个功能同时进行，减少相互影响。 较好 较好 告警直传、远程浏览
9、功能集成在同一硬件上，增加了硬件的集约性。单机模式 较差 硬件功能单一。 较差 较好 同双机冗余模式。 双机独立模式 较差 告警直传与远程浏览功能独立。 较差 较差 6根据上表，对于新建变电站而言可采用双机冗余模式，对于已运行的变电站则需根据实际情况选择适合的实现方式。 2.2.2 功能实现 (1)告警直传 变电站各类告警和预警信息比较繁杂，对集中了全网所有变电站信息的调控中心更是如此。为减轻调控中心运行人员工作强度，变电站一体化监控系统根据调控中心的需求，通过信息分类存储的数据库，建立变电站故障信息的逻辑和推理模型，实现对故障告警信息的分类和过滤，将重要的告警信息直接传送到上级调控中心主站系
10、统的告警窗上，值班运行人员可以通过告警窗第一时间监视变电站的设备故障状态。 (2)远程浏览 变电站一体化监控系统将后台信息生成标准化的 G 语言文件格式，为调控主站提供图形远程浏览服务。调控主站不需要再重复的人工绘制调控画面，也不需要专门的数据库来存储变电站的画面信息。远程浏览(文件获取)人机流程如图 2 所示（数据获取流程与此类似） 。 图 2 远程浏览流程 (文件获取) Fig. 2 Flow chartof Remote browsing (File acquisition) 2.2.3 效果分析 (1)告警直传效果分析 变电站独立上传告警信号，由主站系统根据告警信息等级主动推出告警页面
11、，向调控人员简单清晰的显示出变电站的故障信息，如图 37所示。 图 3 调控主站系统告警直传界面 Fig.3 Interface of alarm upload in Master Station of Integrated dispstch and control system 调控中心主站系统可根据变电站上传的告警信息进行详细的查询(如图 4 所示)，以及在线综合处理、推理分析；对告警信息进行分类管理，对不同需求形成不同的告警显示方案，并能从相关电网故障信息中分析出诸如故障类型、设备、位置等准确信息，利用形象直观的方式为调控人员提供全面综合的告警提示。 图 4 告警信息查询 Fig.4Al
12、arm information query 2)远程浏览效果分析 图 5 为调控主站通过图形网关机调阅的某变电站一次接线图（部分） 。从图中可以看出，在调控主站侧远程浏览变电站的效果与在变电站监控主机上查看的效果一致。远程浏览还可作为调控中心远程监控变电站的后备手段，当调控主站与变电站数据传输不畅时，可起到一定作用。另外，当变电站出现设备告警后，运行人员可直接浏览变电站监控系统内完整的图形和实时数据，及时准确全面地了解变电站设备运行情况并作出合理的判断，采取正确的处理方式 7。 8图 5 调控主站系统告警直传界面 ig.5 Interface of alarm upload in Master
13、 Station system of Integrated dispstch and control center 2.3 变电站认证安全的实现 变电站信息网络出口处配置纵向认证加密装置。当纵向加密认证装置及网关之间的通信关系固定时，纵向加密认证装置采用证书及通道配置数据预置的方式完成相互间的身份验证及通道协商；当建立临时通道时，纵向加密认证装置采用自定义的证书交换协议的方式完成证书的交换，并采用与固定通道相通的协议，完成临时通道的双向认证及密钥协商，保证纵向数据通信的真实性、机密性、完整性。 调控中心请求浏览变电站画面时，则通过 DL476 规约 association过程完成安全认证。 为
14、保证数据交互的安全性，需选择安全的电力专用调度数据网承载变电站与调控中心之间的信息交互。 另外，建设全网统一的内网安全监视平台，对电网内各厂站、各级调控主站系统的二次安全防护设备运行状态进行监视。变电站纵向认证加密装置接入此平台中，加强电网的纵深安全防护。 图 6 信息传输认证安全示意图 ig.6 Sketch of the security certification for the data 9transmission 通过相关测试，在变电站与主站端分别采取认证安全措施，最大程度保证了信息的安全性，进而保障电网运行安全。 2.4 变电站与主站系统的信息交互 智能变电站自动化系统遵循 IEC
15、 61850 标准，采用变电站配置描述SCD 模型8，调控中心主站系统遵循 CIM/E 电网物理模型标准。二者的语法、语义表达各不相同，其关键差异如表 3 所示。 表 3SCD 与 CIM/E 模型对比 Tabl3 Comparison of SCD modle and CIM/E modle 名称 变电站 SCD 模型 调控中心主站 CIM/E 模型 建模场景 面向单个变电站； 侧重于二次设备的描述，一次设备参数属性缺失9。 面向整个电网； 侧重一次设备的描述，部分二次对象缺失10。 关联方式 无直接定义的关联 显示双向关联 建模语法 XML E 语言 类对象标识 无明显标识 明显标识 模型
16、的不一致造成变电站模型主站不能继承复用，电网自动化系统异构，信息无法共享。 10文献11提供了 SCD 模型到 CIM/E 模型的转换的一种方法，如图 7所示： 图 7SCD 模型到 CIM/E 模型的转换流程 ig.7 Schematic diagram of conversion from SCD model to CIM/E model 在上图中，首先对 SCD 模型进行预处理，将模型信息分层分类，过滤与 CIM 无关的信息，然后对模型进行关联关系转换。在模型转换器中设置图形关联操作，输出用于图形与模型关联的对象 ID，匹配的图形根据对象 ID 准确的关联至模型。另外，设立编码管理字典,
17、并在其中设置编码管理器和管理库，供模型转换器使用。标准的 SCD 模型文件，通过变电站的通信网关机模型转换功能生成 CIM 模型传送给调控主站系统。调控主站系统对转换后的 CIM 模型进行严格校验，校验合格后导入调控中心自动化主站系统模型数据库中。 3 变电站二次远动设备集约化设想 在变电站与调控中心的信息传输协议标准化、模型规范化的基础上，变电站二次远动设备可进行集成。具体如下： (1）站控层 I 区： I 区通信网关机（远动工作站）与功角测量数据集中器集成，统一配置双机主备的通信网关机，通信网关机传输实时信息及同步相量信息。其中动态数据采集需满足 96 点/周波。 图形网关机仍独立设置，当 I 区通信网关机故障时，不会影响告警信号的上传。
