分層分散式結構

隨著微機技術和通信技術的發展，特別是在20世紀80年代後期，單片機的性能價格比越來越高，給變電站綜合自動化系統的研究和開發工作注入了新的活力，使研製者有條件將微機保護單元和數據採集單元按一次迴路進行設計。

基本介紹

• 中文名：分層分散式結構  
• 外文名：Layered distributed structure
• 工作方式：主從CPU協同工作
• 性質：科學

分層分散式結構的概念

所謂分散式結構，是在結構上採用主從CPU協同工作方式，各功能模組之間採用網路技術或串列方式實現數據通信，多CPU系統提高了處理並行多發事件的能力、解決了集中式結構中獨立CPU計算處理的瓶頸問題，方便系統擴展和維護，局部故障不影響其他模組正常運行。

按照IEC61850變電站通信網路和系統協定，變電站通信體系分為三層：變電站層、間隔層、設備層，這就是所謂的分層式結構。在變電站綜合自動化系統中，通常把繼電保護、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能綜合在一起的裝置稱為保護單元，而把測量和控制功能綜合在一起的裝置稱為控制單元，兩者通稱為間隔層單元。設備層主要是指變電站內的變壓器和斷路器、隔離開關及其輔助觸點，電流互感器、電壓互感器等一次設備，圖1是變電站綜合自動化系統的分層分散式結構示意圖。

圖1 變電站綜合自動化系統的分層分散式結構示意圖

間隔層按一次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分，包括測量、控制和繼電保護部分。測量、控制部分負責該單元的測量、監視、斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄等；保護部分負責該單元線路或變壓器或電容器的保護、各種錄波等。因此，間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過匯流排接到變電站層。變電站層由一台或多台微機組成，這種微機操作簡單方便、界面漢化。

中、小型變電站的分層分散式集中組屏結構

分層分散式系統集中組屏結構是把整套綜合自動化系統按其功能組裝成多個屏(或稱櫃)，例如主變壓器保護屏(櫃)、線路保護屏、數據採集屏、出口屏等。一般來說，這些屏都集中安裝在主控室中，為簡單起見，把這種結構稱為“分布集中式結構”，其系統結構如圖2所示。

圖2 中小型變電站集中組屏結構示意圖

為了提高綜合自動化系統整體的可靠性，圖2所示的系統採用按功能劃分的分散式多CPU系統，每個功能單元基本上由一個CPU組成，也有一個功能單元由多個CPU完成的，例如主變壓器保護，有主保護和多種後備保護，因此往往由2個或2個以上CPU完成不同的保護功能，這種按功能設計的分散模組化結構具有軟體相對簡單、調試維護方便、組態靈活、系統整體可靠性高等特點。

由圖2可知，在綜合自動化系統的管理上，採取分層(級)管理的模式，即各保護功能單元由保護管理機直接管理。一台保護管理機可以管理多個單元模組。它們之間可以採用匯流排連線，如RS-485匯流排、CAN匯流排等；而交流採樣，由數采控制機負責管理；開關屏和控制屏分別處理開入/開出的信息。保護管理機和數采控制機以及控制處理機等是處於單元層的第二層結構。正常運行時，保護管理機監視各保護單元的工作情況，一旦發現某一保護單元本身工作不正常，立即報告監控機，並報告調度中心。如果某一保護單元有保護動作信息，也通過保護管理機，將保護動作信息送往監控機，再送往調度中心。調度中心或監控機也可通過保護管理機下達修改保護定值等命令。數采控制機和開關量採集處理機則將數采單元和開關單元所採集的數據和開關狀態送給監控機和送往調度中心，並接受由調度或監控機下達的命令。總之，這第二層管理機的作用是可明顯減輕監控機的負擔，協助監控機承擔對間隔層的管理。

變電站的監控主機或稱上位機，通過區域網路與保護管理機和數采控制機以及控制處理機通信。監控機在無人值班變電站，主要負責與調度中心的通信，使變電站綜合自動化系統具有RTU的功能，完成四遙的任務；在有人值班的變電站，除了仍然負責與調度中心通信外，還負責人機聯繫，使綜合自動化系統通過監控機完成當地顯示、制表列印、開關操作等功能。

大型變電站分層分散式集中組屏結構

用於大型變電站的綜合自動化系統則在變電站管理層可能設有通信控制機，專門負責與調度中心通信，並設有工程師機，負責軟體開發與管理功能，其結構圖如圖3所示。另外在功能間隔層可能還有各種錄波裝置等。

圖3 大型變電站集中組屏結構示意圖

分層分散式集中組屏綜合自動化系統結構特點

(1)分層分散式結構配置。採用功能可以下放的儘量下放原則，凡是可以在本間隔層就地完成的功能，絕不依賴通信網。這樣的系統結構與集中式系統比較，其明顯的優點是可靠性高、任一部分設備有故障時只影響局部、可擴展性和靈活性高、站內二次電纜大大簡化，既節約投資也減少了維護量。

(2)模組化結構，可靠性高。分散式系統為多CPU工作方式，各裝置都有一定數據處理能力，從而大大減輕了主控制機的負擔。

(3)繼電保護相對獨立。繼電保護裝置是電力系統中對可靠性要求非常嚴格的設備，在綜合自動化系統中，繼電保護單元宜相對獨立，其功能不依賴於通信網路或其他設備。

(4)具有與系統調度中心通信功能。綜合自動化系統本身具有對模擬量、開關量、電能脈衝量進行數據採集和處理的功能，也具有收集繼電保護動作信息、事件順序記錄等功能，因此不必另設獨立的RTU裝置，不必為調度中心單獨採集信息，而將綜合自動化系統採集的信息直接傳送給調度中心，同時也接受調度中心下達命令。

分布系統集中組屏結構的主要缺點是安裝時需要控制電纜相對較多，增加了電纜投資。