变电站综合自动化系统体系结构研究

摘 要：在分析了常用变电站综合自动化系统的结构、特点以及常用系统不足的基础上，提出了一种基于4层结构模型的变电站综合自动化系统。它实际采用的是一种分层的功能模块化设计思想，硬软件可做到模块化、通用化，能根据不同类型变电站的一次接线方式实现不同的系统配置。整个系统的可靠性较高，可维护性和开放性较好。文中较详细地阐述了该系统的构成和原理。
关键词：变电站综合自动化；智能电子设备；体系结构；变电站

1 引言
计算机技术、信息技术、多媒体技术和智能控制技术等在电力系统自动化领域得到了广泛应用。变电站综合自动化系统是利用计算机控制、网络、数据库、现代通信等技术将变电站所有二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等），经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调来提高变电站运行效率和管理水平的一种综合性的自动化系统。它完全取代了常规监视仪表、操作控制屏柜、模拟屏柜、中央信息系统、变送器及常规远动装置等设备，提高了变电站的安全与经济运行水平。变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统已成为目前电力系统的主要发展趋势之一。本文分析了目前变电站综合自动化系统几种典型的结构和技术特点，在此基础上采用面向对象的分层分布式结构设计，提出了一种新型四层变电站综合自动化的系统结构。
变电站综合自动化系统体系结构按设计思想分可分为集中式、分布式和分散(层)分布式；按安装物理位置分则可分成集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔安装等形式。
2 变电站综合自动化系统典型结构和技术特点
2.1 集中式结构
集中式的变电站综合自动化系统结构按信息类型划分功能。采用这类结构的系统其功能模块与硬件无关，各功能模块的连接通过模块化软件实现，信息是集中采集、处理和运算的。受计算机硬件水平的限制，该结构在早期自动化系统中应用较多，图1是一种较典型的集中式结构[1]。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强。
2.2 分布式结构
分布式结构则按功能设计，如按保护和监控等功能划分单元，分布实施。其结构采用主从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构有助于系统扩展和维护，可靠性好，局部故障不影响系统其它模块正常运行。安装方式有集中组屏和分层组屏两种方式，较适合于中低压变电站。系统结构如图2所示。


2.3 分散(层)分布式结构
分散(层)分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是： ① 现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的； ② 利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便； ③ 系统装置及网络鲁棒性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构如图3所示。

系统结构的特点是功能分散，管理集中。分散（层）分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布，如文献[2]所示的系统；其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护，如文献[3]所讨论的结构。

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