智能变电站监控系统的研究
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摘 要：随着智能化变电站的发展，传统变电站被智能变电站的设备所取代，光缆、光信号、GOOSE连线成为智能变电站的主要标志，在智能化时代下，数据采集及命令执行的智能系统进入到户外机构箱内，合并单元集中组屏，提高了变电站的运行与监控效率。
关键词：智能变电站；监控系统；功能特点
1 智能变电站功能特点
智能变电站监控系统对全站设备的运行参数进行采集、测量，并对运行状态进行监视和记录，对变电站主要一次设备如断路器和隔离开关，当变电站的主要设备或输、配电线路发生故障时，能及时记录和提供故障信息，将采集到的数据通过先进的网络通信技术及时上送至调度主站并执行调度主站下达的命令，监控系统主要由数据采集、数据分类及处理、数据存储、辅助分析决策、优化控制、安全监控、操作与控制、人机联系、系统维护、同步对时等功能模块组成。
智能变电站监控系统除完成常规变电站监控与数据采集功能外，还将视频、在线监测、环境检测等各种子系统的数据进行有机的结合，并在此基础上满足电网实时在线分析和控制决策以及运行状态可视化的要求，智能变电站监控系统不仅是变电站智能化实现的关键，也是调度中心和生产管理等主要系统实现各项高级应用的基础。
智能变电站监控系统主要是指变电站智能化系统的站控层，与传统变电站相比，智能变电站监控系统具备以下特点：（1）高度集成系统设备；（2）全面遵循IEC 61850标准；（3）广泛采用高级应用功能。
2智能监控系统的结构形式
2.1区域供电集中监控系统模式
区域供电集中监控系统适用于供电区域广、设备分布分散的电力监控系统。系统采用分布通信、主控室统一管理的模式。通过由网络、光纤附件等组成的站级以太网将各个变电所的通信管理机集成为一个系统，实现对整个区域的电力监控。主控室后台监控系统采用双机冗余结构，主、备机的数据始终保持一致，互为热备用，极大地提高了系统的可靠性、完整性。系统采用标准化、网络化、功能分布的体系结构，可靠性高，维护方便，具备软、硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能的升级。可以根据系统的规模和特殊需求，充分优化网络各节点资源，均衡網络负担，便于系统的分阶段实施。
2.2集中监控系统模式
集中监控系统模式适用于供电范围集中、监控对象数量不大的电力监控系统。系统采用分层分布式机构，分为间隔层设备、通信层设备、站控层设备。系统间隔层设备采用微机综合保护装置、智能配电仪表以及其他智能电子设备（IED）装置。所有间隔层设备均带有RS 485通信接口，以Modbus通信协议通过屏蔽双绞线接入通信管理机。通信管理机和后台监控主机通过站级以太网连接。系统监控主机可在HMI上显示整个系统的监控画面和实时运行状态。系统监控主机还可以对系统进行常规的控制，并对系统进行维护、修改和配置。
2.3光纤自愈环网集中监控系统模式
此模式针对大型区域供电系统，变电站分布分散的智能化监控系统可采用基于光纤自愈环网的以太网结构。基于光纤自愈环网的以太网结构具有容错、高速、远距离传输和网络布线简洁等优点。光纤自愈环网避免了系统网络接入设备的多级级联，进一步提高了网络的可靠性。整个系统采用星型和光纤自愈网络混合的网络，既避免了纯环型网络在节点过多时的缺点，又保存了星型以太网接口标准扩展的优点。主控室后台监控系统采用双机冗余结构，主、备机的数据始终保持一致，互为热备用。各区域子站可根据需要选配子站监控HMI，这样使得各子站监控系统可以作为独立子系统运行，又可以组合为一个有机整体，极大地提高了系统的可靠性、完整性。
3监控系统分区
智能变电站是电力网络的重要一环，为保证电力网络安全，智能变电站也必须遵循电力二次系统安全防护的总体原则。实现“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向加密”。
变电站结构从横向来看，存在不同的安全分区，原则上划分为控制大区和管理信息大区。生产控制大区分为控制区和非控制区。分别成为安全I区和安全II区，二管理大区分为III/IV区。变电站的业务系统的安全分区对应于调度主站业务系统的安全分区。
在安全I区中，监控主机采集电网运行和设备工况等实时数据，经过分析和处理后进行统一展示、统一存储。I区数据通信网关机通过直采直送的方式来实现与调度中心的实时数据传输，并提供运行数据浏览服务。
在安全II区中，综合应用服务器与输变电设备状态监测和辅助设备进行通信，采集电源、计量、消防、安防、环境监测信息，经过分析和处理后进行可视化展示。II区数据通信网关机与调度中心进行信息交互，提供信息查询和远程浏览服务。
综合应用服务器通过正向隔离装置向III/IV区数据通信网关机发布信息，并由III/IV区数据通信网关机传输给III/IV区的生产管理系统等其他主站系统。
4 监控系统设备配置
综合应用服务器通过正向隔离装置向III/IV区数据通信网关机发布信息，并由III/IV区数，智能变电站监控系统主要由站控层设备组成，包括监控主机、数据通信网关机、PMU数据集中器、综合应用服务器、占用时间同步装置等。
（1）监控主机实现变电站的SCADA功能。（2）数据服务器用于变电站数据的集中存储，为站控层设备和应用提供数据访问服务。存储数据主要包括历史采样数据、事件记录、录波文件等。（3）综合应用服务器，接收站内一次设备在线监测数据、站内复杂应用信息、设备基础信息等，进行集中处理、分析和展示，是安全II区的设备。（4）I区数据通信网关机：直接采用站内数据，通过专用通道向调度中心传送实时信息，同时接收调度中心的操作与控制命令。（5）II区数据通信网关机：实现变电站告警信息向调度主站的直接传输，同时支持调度主站对变电站的图形调阅和远程浏览。（6）III/IV区数据通信网关机：实现与PMS、输变电设备状态监测等其他主站系统的信息传输。（7）操作员站。站内进行监视的主要人机界面，实现对全站一、二次设备的实时监视和操作控制，具有事件记录及报警状态显示、画面曲线报表展示等功能，具备事件查询、设备状态和参数查询、操作控制等功能。（8）工程师站。实现智能变电站监控系统的配置、维护和管理。（9）“五防”工作站。进行“五防”规则管理，闭锁不正确的遥控操作。（10）保护信息管理子站：集成站内保护装置信息，能够存储保护故障录波信息，具备修改保护装置的保护定值、切换运行定值区的功能。（11）图形网关机：实现智能变电站的告警直传与远程浏览功能。（12）PMU集中器：用于站端PMU数据接收和转发的通信装置。（13）站用时间同步系统：为全站所有设备提供统一的时间同步信号，应采用GPS和北斗系统双对时源。
5结语
智能变电站监控系统的应用是建立在常规变电站自动化技术发展的基础之上的，智能变电站监控系统各种支撑技术对于变电站信息传输、应用模式带来的变化是全方位的。这种变化所体现的特征将更利于实现信息的综合应用，提高变电站的智能化程度，同时也将对二次系统设计、实验、运行带来深刻的影响。智能变电站监控系统的应用技术实现了常规变电站自动化技术的发展与突破，具有明显的技术特征，智能变电站监控系统的应用体现了网络通信技术的特点，因此可以获得更高的可靠性和冗余性。
参考文献
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