面向智能电网的主厂站一体化关键技术探讨

2020-05-22 11:28:34 来源: 雅安信息港

随着智能电网快速发展,尤其是新技术的不断应用,给主站和变电站自动化技术提出了新的要求:从现阶段电网生产管理的业务需求来看,因调控一体化模式实施,使得电网设备监控业务需要从远端掌握更多的变电站设备运行状态信息,仅仅依靠告警直传、远程浏览等方式还无法满足监控业务需求;从未来整个电网自动化技术发展趋势来看,总体呈现“物理分布、逻辑统一”的集散式架构特征,其典型的特点就是基于网络实现服务、功能分布可定制、远端资源按需访问等。这些需求都使得主厂站间数据通信需打破点对点逐级转发模式,采用更加灵活、高效,并兼容现有通信体系的主厂站交互技术,打通两端的交互瓶颈,将主站自动化系统与变电站自动化系统从应用功能的维度紧密结合在一起,实现主厂站自动化系统的互联互通。
本文所提出的主厂站一体化是在变电站在和主站之间信息交互更加紧密的基础上,从数据交互和应用功能方面实现主站和厂站的互补或协调互动。通过采用开放的基础平台和服务化的通信协议,在数据交互方面实现主站对厂站数据的按需访问,在功能方面实现对按需提供式服务、订阅推送式服务、请求响应式服务的支持。
二、主厂站一体化总体架构
2.1总体架构
首先给出智能电网框架下的主厂站一体化接入逻辑图,如图1所示。主站侧是两个地区的调度主站,调度主站的前置通过服务代理接入调度数据网,其中灰色的线是各地区前置和变电站远动网关的连接关系示意,代表已有的实时远动数据传输。蓝色的线则是主厂站网络化连线。在权限许可条件下,接入网络的各节点可获取全网各变电站的任意数据。以地区1的调度主站为例,主站通过域管理服务获取全网域信息,连接到指定的地区变电站节点,建立与变电站的连接后即可获取子站模型、数据等,可实现对地区2的变电站数据访问,图中是用红色的虚线来表示对应的连接关系。对于变电站而言,作为电网中的服务节点,成为各级主站系统访问对象,通过服务代理为客户端提供所需的各类信息。
图1主厂站网络化接入逻辑图 主厂站间交互的方式包含三种类型:其一、保持主厂站间的直连数据不变,以直采直送方式为主站SCADA系统提供实时数据;其二、通过网络化的数据服务为电网各节点上的客户端提供数据访问服务,主站各业务系统可直接获取目标节点的实时/历史数据、曲线、报表、模型、图形等;其三、通过服务的发布和订阅,主厂站可实现应用功能的服务化,从业务上将主站与厂站端更加紧密的联系在一起,提升电网生产管理效率和水平。
2.2关键技术
为了实现主厂站互联互通的目标,在当前的主厂站交互技术基础上,以主站和变电站的数据需求和业务需求的导向,分别从通信协议、变电站基础平台、交互的模型、图形和数据三个方面的关键技术开展研究。
1)电力系统通用服务协议
通信协议是主厂站交互的基础,承载了变电站自动化系统与调度主站自动化系统之间的所有信息传输,可以说通信协议直接决定了通信两端的耦合程度和交互水平。电力系统通用服务协议是一套基于服务架构的主厂站通信体系。通用服务协议将通信服务及其报文结构直接映射到TCP/IP或以太网协议栈上,吸收并扩展IEC60870-5-104和DL476等协议实时性强的特性,建立基于面向对象技术的实时数据传输机制,在确保电网实时监视和控制数据的实时性和可靠性的同时,借鉴IEC61850自描述特性,增加自定义通信服务和自定义报文结构的功能,采用二进制协议结构、数据单元、服务机制及服务原语,实现各级电网调度控制中心,各类发电厂、变电站相互间的静态和动态服务数据交换。
通用服务协议的基础交互框架考虑采用基于代理的服务模式,通过变电站的本地服务代理和远端服务代理之间进行交互。一方面兼顾了电力设备不允许上网直连的问题,另一方面通过基于代理的交互模式来解决调度数据网通信安全问题,所有的数据和功能都通过代理进行转发,减少对现有系统的冲击。
2)一体化业务平台
除了解决主厂站之间通信手段的问题之外,还需考虑作为服务端的变电站如何适应这种面向服务的架构。国家电网公司在201 年新一代智能变电站中明确提出了一体化业务平台,采用开放的软件体系架构,通过标准化的服务接口和访问模型,将平台与应用软件解耦,实现应用功能模块化与不同业务功能的集成,具备了对外开放的服务接口,使得以基于服务为框架的电力系统通用服务协议在变电站侧有了实践的基础。
一体化业务平台采用可扩展式的基础平台、访问模型和服务接口来支撑各种扩展式业务插件,为变电站以及主站各类业务提供统一的模型、数据、网络通信、人机界面、系统管理以及基本计算等服务。平台与应用的交互模式是采用由接口+数据类型+模型实例三者结合的方式。
①访问模型规定了应用与平台间交互的访问模型数据格式,采用xml文件以类似视图方式映射到一体化业务平台的内在业务模型中,平台仅需通过接口对外提供访问服务,支持多种变体数据结构;
②实例化数据模型则是应用功能掌握变电站拓扑关系的桥梁,可提供全面的变电站的拓扑关系以及全数据,第三方应用功能通过导入实例化数据模型实现对平台的按需访问;
③服务接口是提供各类基本的服务功能,包含实时数据、历史数据、文件、模型、告警、日志、进程管理、总线、权限等一系列的函数功能。
图2一体化业务平台与外部交互结构图 )统一的模型、图形与数据
根据主站和变电站的自动化系统构建流程来看,业务功能决定了模型,模型决定了数据结构,要实现一体化,必须将主站和子站间的模型统一,规范数据索引和描述,才能从电网业务功能和数据层面上实现主厂站一体化,否则变电站将成为信息孤岛,只能为主站提供各类数据而已。本文所提出的统一模型和数据,是以业务需求为导向,按照主站电网的各类业务功能建立所需的CIM模型,通过电力系统数据标记语言(E语言规范)将电力系统传统的面向关系的数据描述方式与面向对象的模型相结合,实现SCD文件分解到各业务CIM/E模型的转换。考虑实际工程中,变电站SCD文件并未随着调试过程来更新模型中的数据描述、索引等内容,可考虑直接由一体化业务平台导出调试修改后的CIM/E模型文件,并且模型中的数据描述需遵循电力系统数据描述规范的要求,使得具体数据的索引和描述方式能够建立主厂站模型间的关联索引,进而支撑调度主站各业务系统对变电站数据和功能的访问。在图形方面,通过采用规范的CIM/G图形格式,在变电站侧绘制主厂站所需的图形,并将图形中的数据索引与CIM/E模型中的索引进行映射关联,可实现主站直接导入CIM/E模型和CIM/G图形文件入库,避免重复画图连库工作,达到图模一体化的目标。


随着技术的发展进步,主站与厂站间的交互将更加紧密,要求也将进一步提高。本文提出的主厂站一体化技术发展将意味着长期以来,仅从主站或子站视角独立建设系统的方法将可能发生改变,变电站一体化接入可全面改变现有的调度主站与子站之间的运行模式,提升并改变调度系统对电网的运行维护和管理水平。同时,主厂站一体化的实施,开放了变电站自动化系统基础平台,更多的第三方可以参与到具体的业务功能开发,促进高级应用功能的实用化和专业化,为主站对无人值守变电站的远程运维和管理提供技术支撑手段。随着技术的发展会逐步深入,可将主厂站一体化分为三个阶段分步实施:
1)初级阶段。采用通用服务协议,基本实现变电站SCD模型的自动传输和解析,自动按照配置完成远动网关的通信设置,实现远动数据的自动对点、主接线图生成和入库,满足基本的远动四遥的现阶段业务需求。
2)发展阶段。在实现远动四遥的基础上,实现主站系统对站内间隔层装置(测控、保护等)的参数和定值配置,支持基本的远程运维功能,按需调取变电站数据、文件等需信息,支持调控业务需求。
)成熟阶段。即主厂站一体化实用化阶段,子站通过服务的方式为主站系统提供高级应用的支持,子站智能应用可提供包括熟数据、曲线、报表、录波等分析结果类信息供主站调用,主站系统按需调用子站侧的功能模块,实现主厂站间的业务功能级协同。
任何新技术的发展进步都离不开实际工程的应用,本文所提出的变电站与调度主站之间的通信一体化解决方案也会在实际应用过程中面临新的问题。特别是在电网实时业务方面,由于安全性、可靠性的要求,需要考虑如何用动态数据集替代四遥点表、遥控对象索引映射等具体的操作机制和流程,兼顾电网运行管理单位的责任风险管控要求,这也将是下一步重点要解决的工程化技术难点问题。
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