英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

高压变电站内自动化系统的常规配置

摘要：提供快速、准确、优质的电力系统信息的需求会显著消耗电力公用事业资源，挑战着他们保持竞争力的能力。变电站自动化系统将帮助满足这些需求，降低运营和维护成本，同时最大限度地提高投资的总回报。在本文中，组成高压变电站内自动化系统常规配置的主要单元，如硬件，软件，远程控制，网络和监控等有着最新的技术设计讨论。

1. 介绍

电能管理控制系统（PMCS）在变电站综合自动化基本上采用的是用于工业或机构的配电系统监督管理和控制系统（SCADA）。电能管理控制系统由四个基本部分组成：（1）电源管理器件，（2）连接这些设备的网络，（3）一台运行的电能管理控制系统软件和动态数据交换（DDE）服务器的主机计算机，用于监监控由（4）客户端软件程序所请求的数据的装置，并馈送该数据返回给请求它的客户机。图1示出了一个真实PMCS网络的一个例子。硬件和软件部分建立在PMCS以下各节进行了说明[1,2,3]。

图1：PMCS系统与实际设备的示例

1. 硬件

该系统操作界面托管变电站计算机上。根据不同的要求，一个系统可以包含几十到几百的通过多级通信网络连接的智能电子设备（IEDs），并由PC主机监测和控制[4]。这些智能电子设备（IED）通常包括：

• 电机，给料机，发电机，变压器保护继电器
• 能源和电力质量仪表
• 载调压变压器，电压调节器和电容器控制器
• 可编程逻辑控制器（PLC）

2.1 PMCS操作

电能管理设备因其复杂性和预期用途而变化，但一般来说它们的功能类似于：它们收集特定的电计量，状态和事件参数（电压，电流，功率消耗，高峰，脱扣器等）的数据。所监视的各种信息被记录在称为寄存器的特定存储器位置。寄存器由地址安排。设备寄存器的地址和内容的完整列表被称为一个寄存器映射。该PMCS预先与寄存器映射图和其它设备进行编程。当用户用具有详细信息的设备连接到其网络构造PMCS，软件自动适当的寄存器映射与给定的设备类型相关联。这使得软件基于其类型的设备来定位信息。该PMCS操作使用客户端—服务器架构，称为动态数据交换（DDE）。DDE是在PC上运行的软件程序之间的交换信息的一种方式[5]。客户端向服务器请求信息;服务器满足这些请求。在PMCS DDE服务器的情况下，这些请求是用于电能管理信息通过连接到PC用物理实体的电源管理器件进行收集。PMCS DDE通信的一个例子示于图2。

图2：PMCS DDE通信周期

像PMCS事件记录器或波形捕获器的客户端软件被用来分析设备的特定数据。每个客户端程序需要特定设备的特定数据块。客户端发送一个DDE请求到服务器，服务器则查询所请求信息的装置，并当它已经接收到来自设备的信息，它就会回复到客户端与其所希望信息相应的请求。DDE的一个重要方面是它的“动态”性质；一旦客户端已从服务器请求信息，一个“DDE链接”到该数据就会被建立。服务器将继续监视该信息，如果发生任何改变，将新的数据转发到客户端。

2.2 PMCS DDE服务器

该PMCS动态数据交换（DDE）服务器是Windows reg; NT应用程序，它允许其他Windows reg; NT的应用程序从设备访问数据。该PMCS DDE服务器作为远程终端单元（RTU）或以太网电能管理网络与用于显示、分析和控制的DDE兼容应用软件之间的桥梁。该RTU协议（如Modbus）是一个RS485网络上运行的通信协议。该RTU协议广泛支持监控与数据采集系统（SCADA），楼宇管理系统（BMS）和分布式控制系统（DCS）。

该RTU协议的开放式架构提供的高度灵活性，同时降低与专有通信协议相关的风险。RTU协议的主要优点包括：

• 装置和系统容易升级
• 广泛支持来自不同制造商的兼容设备
• 通信是非常灵活的，包括上级（DCS，SCADA和BMS系统）和下级（仪表和脱扣器）

该PMCS DDE服务器有两个基本功能：它通过与之连接的设备收集数据，并提供数据给客户端应用程序（包括PC主机和联网的PC电脑）。所述PMCS DDE服务器跟踪附着到PMCS网络的设备中，用于监听来自客户端应用程序的数据请求，并且在指定的时间间隔，从相应的设备轮询数据请求并报告回客户端。服务器不会不断地从每个设备轮询所有的数据，除非它被告知这样；要做到这一点，则需要巨大的网络带宽，导致性能下降。相反地，PMCS DDE服务器仅检索客户端应用程序所请求的该特定数据[6]。

2.3电能管理器件

这些设备是主要的测量设备—它们测量各种电能相关的数据或控制能描述什么正在设备发生的数据。这个数据可以由电能管理软件（通过网络）进行远程读取，如PMCS DDE服务器。这些装置读出的数据存储在寄存器中，是在设备的存储器特殊、被定义的点位。客户机发送从特定设备到该服务器上的数据的请求。服务器知道器件的寄存器映射，请求包含所请求数据的寄存器块。每个设备的寄存器映射图编入PMCS DDE服务器。服务器然后能够从客户端应用程序的请求转换成发送到一个特定的寄存器的内容的特定设备的请求；客户端并不需要知道哪些寄存器包含哪些信息，仅仅知道什么样的设备需要什么样的信息。该PMCS DDE服务器会处理细节，以及对数据的请求已被放置后，服务器将继续监视从特定设备的数据，更新与任何更改数据的客户端应用程序。

2.4网络

主计算机和智能电子设备（IEDs）之间的通信可以是通过在主机上直接连接到串行I / O端口，或通过以太网远程地连接。支持的串行接口包括的RS232和RS485。局域网（LAN）或广域网（WAN）的载体由TCP / IP堆栈标准提供。

3.软件

电源管理控制系统软件（PMCS）在Microsoft Windows reg; NT操作系统上运行，并使用不同的软件来呈现变电站设备的现状和趋势，设备的远程控制和自动化响应系统状态。PMCS DDE服务器通过联网的计量、控制和保护装置与其他PMCS软件工具，如事件记录器，波形捕获器或通用的HMI（人机界面）向导，对计量、状态、事件和报警数据进行收集和通讯，从而形成一个强大而灵活的电能管理系统[7]。该数据可以容易地导入到电子表格，如Microsoft Excel中，用于分析和演示。一个标准的系统包包括以下画面：

• 系统架构图
• 动画单线图
• 维护监控屏幕
• 控制屏幕
• 表格设备信息屏
• 内置系统性能监控

1. 控制

用户界面提供开关，断路器的手动控制，以及其它设备。该软件可以协调管理控制断路器的开和关，堵塞/疏通/暂停重合闸和电容器组开关。WAN通信是可用的，并且监控可以扩展到下级的重合闸器，线路开关和电容器组。以下任选功能都可以控制变电站运行：

• 标签定制根据具体的操作和维护程序
• 联锁可编程所有设备的操作和场景
• 减载和恢复—变电站运行可定制基于系统电压和频率，以摆脱和恢复负荷
• 用于传统的SCADA接口的PLC SCADA仿真器
• 冗余热备份选项

5.分析

5.1系统性能评估

系统的主机提供了自己的健康报告，其中包括平均CPU利用率，磁盘空间的可用性和每一个串行通信链路通信误码率，从而简化了通信诊断，降低了故障排除成本。下面的函数，可以分析重要变电站运行数据：

• 示波器查看器
• 事件顺序记录和分类工具
• 系统性能状态
• 与一些流行的桌面数据管理工具，如Microsoft Excel和Access的兼容性，为用户提供访问能根据需要方便地生成自定义报告和处理业务数据的关键信息。

5.2通信

PMCS被设计成能提供所需的灵活性，以满足即使最具挑战性和多样化的应用要求[8]。有助于确保系统因扩大而继续具有成本效益的可用功能包括：

5.2.1 IED接口

主计算机直接或通过以太网与IED进行通信，无论是在一个单端口每次IED基础上。在单一设备/单端口模式下，每个端口可以支持不同的协议驱动程序。与主计算机连接的IED硬件可以通过光纤电缆或铜导线制成。

5.2.2查看节点能力

该系统可以支持基于客户机/服务器体系结构的多个终端和网站。在任何一个位点，多台主机可以任选在冗余模式下配置，即任何一个主机的失败都会导致所有功能自动传送到备用主机。

5.2.3传统的SCADA接口

PMCS能够与现有的SCADA系统接口连接。从动态数据库的任何数据都可以被映射到一个SCADA传输中。

5.2.4本地和远程访问

主机系统可配备远程终端仿真软件，允许通过包含同类软件的标准PC/笔记本电脑的本地或远程访问。主机然后就可以通过拨号电话线，或局部通过一个串行端口或以太网来访问。电能管理系统被设计与公用事业企业网络（即WAN）整合，充实的控制功能和数据访问在远程使用场所之间实现。这样的系统可以很容易地获得准确，详细信息，并执行各种监测和控制功能——通过使用一个家庭的完全集成的应用工具。PMCS为RTU兼容设备和其它通信设备提供通信和控制功能。集中通过PMCS从通信设备调查数据并通信此数据。PMCS也可与其他Modbus RTU的本地设备，如可编程逻辑控制器（PLC），以及电子式电能表（EPM）的波形捕获器通信。

5.2.5 IED—时间同步

系统中的所有的IED，包括主机，可通过标准时间的网络被连接到一个绝对时间源。该网络提供了事件的时间同步，与连接的IED时间差几近毫秒。

6.监控

6.1计量/ IED状态

设备状态和实时值可以从反映物理实体变电站布局定制单线图对象库中获得。选定的值从智能电子设备连续地轮询和加载到主机计算机的动态数据库以得到在用户变电站的关键数据的实时视图。

6.2事件序列

列如线路故障、断路器的操作、以及由IED控制操作捕获和时间标记的事件被捕获并存储在主计算机上，通过其他Windows reg;能轻松访问的标准数据库格式——兼容的数据管理方案。事件日志提供基于用户可选的排序参数，如时间、日期、事件类型和装置类型的显示选项。用户还能够在增加了灵活性的捕获的事件定义自定义查询。

6.3状况和诊断

该系统软件维护每个连接的IED，如自检故障，出放接触位置，维护周期，使当地的控制等的实时状态数据库。继电器故障报告和断路器的健康状况也被捕获，并在事件日志中，便于系统的评估和数据管理显示（与IED相关有用数据）。

6.4示波器和故障报告

系统自动上传波形、扰动，以及通过连接到系统的智能电子设备（IED）创建的故障报告。这个数据是始发设备所捕获的时间、与用事件顺序的记录相同步的时间标记，并保存在操作者或分析员能本地或远程访问的PC的硬盘上显示。

6.5用PMCS监视操作

这种情况下，监视器作为备份设备连接到主机的PMCS软件上，同时作为一个远程监视器，也能在本地观看PMCS设备数据，而不是通过PC主机。当PMCS DDE服务器出现在网络上，在网络上的监视器相当于主人差遣奴仆一样来操作PMCS系统运行。由于RTU网络上的主从式架构只允许主设备发起的通信操作，因此监视器不能直接从它需要跟踪设备请求信息。称为监视器代理的特殊客户端应用程序提供了一种用于RTU监视器来获得它从网络设备所需数据的装置。代理装置在主机旁边的PMCS DDE服务器上运行。当监控代理应用程序启动，它的第一个任务就是查询PMCS DDE服务器检查网段上的所有监控设备。如果发现监控设备，那么代理装置会记录其设备名称，然后要求每个监视器会向DDE服务器请求列表信息。显示器的请求列表是所有设备和显示器需要显示特定数据的列表。监控器发送的请求列表返回到服务器，它传递到监视器代理这一信息，完成与DDE交易。代理就可以知道哪些设备每个显示器需要跟踪数据和事件。代理就可以知道哪些设备的每个显示器需要跟踪数据和事件。代理使用在显示器的请求信息列出来建立DDE链接的服务器的设备和相应的寄存器。服务器开始轮询这些设备的数据和发送数据返回给代理。作为下级设备，显示器无法启动对数据通讯或请求。然而，没有什么可以防止显示器的网络流量“窃听”。监视器观察设备的请求和响应波段，以此跟踪并使用此信息来更新它的显示器。代理服务器本身不需要设备上的数据，因为它的目的仅仅是为了建立对话，只要显示器可以在答复窃听即可[9]。代理会丢弃DDE服务器接收到的所有设备数据。图3显示了代理协助DDE通信的监控作用。

图3：监控代理和PMCS DDE通信

当被要求时，代理也可以发送PMCS事件日志到监视器。如果PMCS事件记录器客户端与DDE服务器在P

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[147228]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word