基于公用采集平台的集控站自动化系统及其特点分析

1、基于公用采集平台的集控站自动化系统及其特点分析张 鹰 卢黎明(湖州电力局， 浙江省湖州市，31300)摘要：本文分析了按区域就地设立集控站自动化系统所引发出的种种问题，提出了基于公用采集平台来建设集控站自动化系统的技术路线，介绍了此种系统结构和原理，并对其技术特点作了详细分析。关键词：数据采集；公用平台；集控站；自动化系统1 引言集控站自动化系统是为了满足变电站无人值班的需要而发展起来的。常规的做法是，在集控站(也称监控中心)建立一套自动化系统，监控人员凭借该系统实现对本集控站所管辖的无人值班变电站的运行监视和控制。集控站一般按照地理区域分片原则进行设立。因此，在一个地区电网地理区域范围内，通

2、常建有若干个集控站。按照这种思路，有一个集控站，站内就有一个自动化系统，它们之间是一一对应的。这种方法比较适应相对稳定的电网，但面对当前日益发展和变化的电网，其存在的问题和弊端不断暴露出来：(1) 随着无人值班变电站面的扩大，集控站自动化系统的数量越来越多，不仅投资增加，而且众多分散在各集控站内的自动化系统给运行维护、检修等方面带来一系列问题。(2) 难以适应电网结构调整和变化、以及无人值班变电站的各种运行管理模式。当电网结构发生较大调整时，一些老集控站就需要进行迁移、拆分或合并，而此时站内的自动化系统和相关通信通道也必须同步适应这种变化，这不仅要耗费大量的人力和财力，而且还会影响电网的安全监

3、控。(3) 给通信网络的组织、规划带来了诸多麻烦，特别是当被监控的变电站需要在不同的集控站自动化系统之间进行调整时，往往容易造成通信资源的浪费，使部分通信线路资源得不到有效利用。(4) 系统运行环境和日常维护工作难予得到保障。与调度自动化系统相比，集控站自动化系统的运行环境一般都比较差。这种不良的运行环境不仅直接影响系统设备的使用寿命，而且容易引发各类故障。此外，由于系统不能得到自动化人员日常性的检查和维护，使得各种硬软件故障前兆的异常现象不能及早发现，从而容易造成重大系统运行事件的发生。并且，一旦事件发生，处理故障的时间也比较长(因为只有技术人员赶到现场后才能进行故障查找、分析和排除工作)。

4、(5) 虽然能够实现与调度自动化系统间信息的分流分层，但对调度自动化系统而言，众多的接口将给实时信息的管理和维护带来不便，此外，当调度自动化系统和集控站自动化系统两者都要对厂站进行遥控操作时，技术处理比较麻烦。为了解决上述问题，以适应电网发展和无人值班变电站运行管理模式的需要，一种基于公用采集平台来建设集控站自动化系统的技术就被提了出来。它的基本技术路线是：以SDH电力光纤通信网络和计算机网络作支撑，将集控站自动化系统的主机部分和工作站由原来的同处一地变为在地理位置上的互相分离，即把分散在各地的集控站自动化系统的主机部分迁移并集中于调度端(或调度中心)，同时根据集控站所在的地理位置将工作站分散

5、到各处；集中于调度端的各集控站自动化系统使用一套公共的数据采集(控制)平台。下面就此作一介绍。2 基于公用采集平台的集控站自动化系统 21 总体结构基于公用采集平台的集控站自动化系统的总体结构如图1所示。在这种结构中，所有厂站自动化系统的信息均通过电力通信网络传到调度中心，由一个公用的数据采集平台进行统一接收并随时准备提供给任意的自动化系统(包括集控站自动化系统和调度自动化系统)使用。同时，该采集平台还承担了各系统需要下行的控制命令统一归口管理和下发工作。在公用采集平台之上，可根据电网规模和无人值班变电站运行管理模式的需要分别建设若干个集控站自动化系统。这些系统的结构完全相似，分别由前置机、服

6、务器和监控工作站组成。前置机和服务器放置于调度中心的机房，而工作站则通过计算机网络连接到集控站的所在地。除了系统结构相同之外，各个自动化系统的软件和功能也基本相同。不同仅是各个系统所需要处理的变电站不一样。系统的前置机用于从公用采集平台上选取本系统需要处理的哪些厂站的信息，以及负责本系统各监控工作站下行控制命令的汇集和发布工作。位于集控站内的工作站用于变电站设备运行状态的监视和控制，它可以连接到本集控站自动化系统，也可以连接到别的集控站自动化系统，包括调度自动化系统。 图1 系统总体结构22 公用采集平台与常规的集控站自动化系统结构相比，本系统结构最大的不同是此处设立一个公用采集平台。它的设立

7、将带来以下好处：(1) 屏蔽了各自动化系统与厂站通道的一一对应的直接物理连接。(2) 实现了用统一的网络协议提供所有自动化系统需要的全部信息。(3) 实现了各个自动化系统下行控制命令的统一协调管理。图2是公用采集平台配置示意图。在硬件上，它是由网络交换机、数采机、串口/以太转换器和调制解调器等设备组成。在软件设计上，数采机的数量是可以根据电网规模的扩大而不断增加，增加时软件不需要作任何修改。根据以往的经验和数采机的性能，我们设定每台数采机采集64个厂站，即第一台负责采集063号厂站的信息，第二台负责采集64127号厂站的信息，依此类推。平台中数采机所完成的任务与常规数采机基本相同。一方面，它用

8、于解析各厂站上行的不同通信速率、规约的信息，并变为统一的基于TCP/IP协议的数据包发送到网上供各系统前置机选取。另一方面，将来自各个系统前置机的下行数据包解析成对应通信规约和速率的信息发送到厂站自动化系统。数采机和各系统前置机之间发送和接受数据包时，由前置机负责完成厂站内外部地址映射关系的变换。 图2 公用采集平台示意图23 公用采集平台的可靠性与安全性考虑由于公用采集平台被多个自动化系统共用，因此，一旦平台发生故障，无疑会影响所有系统。为此，我们采取了以下几个措施：（1）硬件冗余和自动切换。如图2所示，平台的硬件均采用冗余配置。从厂站通信通道到Modem池、串口/以太网转换器、以太网交换机

9、和数采机均采用主备配置。当其中任一一台设备故障，另一台能自动接替工作。（2）为公用采集平台组建单独的子网。即在物理装置实现联网时，平台子网和各自动化系统的子网互相独立，以避免后者网络故障而影响前者。（3）实施调度自动化系统的同一安全隔离和病毒防护体系。采集平台与各自动化系统同属一区，与外界的连接和自身的病毒防护可共用调度自动化系统的隔离装置、病毒防护服务器和SUS服务器。（4）结合调度自动化的备用系统，建立同城异地容灾安全应急措施（该措施主要从防备现有调度中心火灾事故这一角度考虑）。我们将在原调度大楼建设一个应急电网监控指挥中心，它除了临时的电网调度指挥场所之外，还包括通信、调度自动化、营销、

10、OA等重要系统灾难时的应急备用设施等。3 技术特点分析(1)投资节省。这种技术突破了一个集控站必须建立一个对应的自动化系统的思维模式。使用这种技术，一个集控站自动化系统所能管辖和处理的变电站的数量，完全取决于系统的性能(如系统最大可处理的信息量等)，而不是集控站所管辖的区域。换句话说，也就是一个集控站自动化系统可以被多个集控站公用。因此，对中、大型地区电网来说，它可以少建很多个集控站自动化系统。因此，可以节省大量的投资。(2)适应性强。目前，在220kV变电站逐步实行无人值班以后，其运行管理模式更趋复杂，各地的做法也不尽相同。有的是按照地理区域分片建设综合的集控站(将220kV及以下电压等级的

11、变电站合在一起设立集控站)；也有的是保持原有的集控站(主要是负责110kV及以下变电站的监控)不变，按片另设一个或多个220kV电压等级变电站的集控站。由于本方法将集控站自动化系统建在调度中心，允许系统工作站通过计算机网络被连接到任何地方。因此，它可以适应各种运行管理模式，无论是采用集中监控、分片监控、还是按照电压等级(220kV、110kV)分别监控等模式。此外，它还特别适合于经常要在多个集控站之间重新分配和调整变电站归属的这种需求。调整时无需通道改接、调试、规约调试等现场工作。(3)有利于通信网络的规划和建设，提高通信资源的利用率。由于所有集控站自动化系统都位于调度端，只有系统终端连接到集

12、控站，因此，通信网络的规划和通道组织将十分方便，路由规划更合理。此外还可以避免集控站改迁、拆分或合并、或被监控的变电站在集控站自动化系统间调整时通信资源(尤其是线路资源)的浪费。(4)系统运行更稳定可靠。由于集控站自动化系统集中到调度端、与调度自动化系统同室运行，与原来相比，运行环境(包括电源、空调、防雷、防尘、消防等)得到了保障，从而使得机器硬件发生故障的可能性大为减少，因而系统运行的稳定性和可靠性将会明显提高。另外，系统硬件和软件的运行状态能被自动化值班人员随时掌握，他们可通过各种巡视及早发现各种硬软件故障前兆的异常现象，从而避免重大系统运行事件的发生。(5)信息分流、分层更简单。在常规模

13、式中，信息分流是靠硬件(即通过改接通道物理连接)完成的。而在本方法中，则是由软件设置(即，通过设置每套自动化系统前置机参数来确定本套自动化系统需要接收和处理哪些厂站信息)来实现的。显然，这种软件分流法比硬件分流法要简单、灵活的多。所谓的信息分层是指不同层面上的自动化系统所处理的信息应该有别。信息分层的目的是为了避免一些无关的烦杂信息干扰和分散系统监控人员的注意力，以免影响其正常工作。在常规模式中，就集控站自动化系统和调度自动化系统这一层面来说，信息分层是在集控站自动化系统上完成的。而在本方案中，由于整个系统采用了扁平化结构，信息分层的任务直接由调度自动化系统的前置机来承担，它通过从公用采集平台上选取调度员认为的重要信息，以及通过信息归并技术实现信息的分层。很明显，这种扁平化的系统结构，可以使调度自动化系统信息维护更简单、对厂站设备的遥控作用更直接，为下一步应用基于SCADA/EMS的全网电压无功优化控制等专家系统创造了技术条件。(6)系统运行维护更方便，故障处理更快捷。这是显而易见的，无需赘述。3 结束语以上为我们在集控站自动化系统建设和改造方面所做的一些探索和实际工作的总结。笔者认为，基于公用采集平台分别建设各类自动化系统的原理和方法，是今后电网自动化技术发展的一种趋