基本介紹
- 中文名：變電站自動控制
- 外文名：substation automatic control
- 別稱：遠動
- 領域：電力
- 組成：調度端、變電站自動控制裝置等
- 通道：模擬通道、數字通道、網路通道
基本信息,系統構成,採集方式,傳輸模式,
基本信息
遠動系統是電網調度自動化系統的重要組成部分，通過遠動系統可以使電網調度中心及時獲取廠站的運行信息；同時調度中心通過遠動系統把遙控、遙調命令傳送到發電廠和變電站，實施電網的安全、優質、經濟運行。常規的遠動系統是指獨立完成遠動信號的採集、處理、傳送和接收的一套電氣裝置，包括遙測變送器、遙信轉接櫃、獨立的遠動終端裝置（RTU）以及點對點的遠動通道等。
電力系統遠動的主要任務是將表征電力系統運行狀態和各發電廠以及變電所的有關實時信息採集到調度控制中心；把調度控制中心的命令發往發電廠和變電所，對設備進行控制和調節。遙測、遙信、遙調和遙控是遠動系統要完成的基本任務。隨著科學技術，尤其是信息技術和控制的進步，遠動系統功能根據電力系統調度自動化的實際需要還在不斷的擴展。
系統構成
遠動系統中最基本的是數據採集和監控(SCADA)系統，主要實現數據採集、信息顯示、監視控制、告警處理、事件順序記錄及事故追憶等功能。遠動系統的通常結構如圖1所示。
圖1 遠動系統的結構
圖1 遠動系統的結構數據採集單元
數據採集單元通過遠程通信與變電站或發電廠的現場裝置相連線，接收從現場上傳的數據。
前置機
前置機是緩衝和處理輸入和輸出數據的處理機。它接收RTU送來的實時遠動信息，經解碼後還原出被測量的實際大小值和被監控對象的實際狀態，顯示在調度室的CRT上和調度模擬屏上，並可以按要求列印輸出。這些信息還要向主計算機傳送，供其他工作站對系統運行情況進行分析、計算和評價。另外調度員通過鍵盤或滑鼠操作，可以向前置機輸入遙控、遙調或者其他命令，前置機按規約組裝出遙控信息字、遙調信息字或者其他命令信息字，並向RTU傳送。具體說來，前置機需要完成如下的工作：
（1）數據通訊：通過串列通信或者網路通信方式連線遠方現場的下位機，完成數據採集和命令下發，通過區域網路與SCADA節點連線，接收控制命令和上送工程數據。
（2）規約處理：從下位機(RTU等)接收數據經過協定解包處理變成工程量後，打包送往SCADA節點。從SCADA節點發來的控制命令信息也要經過協定解析後打包下發到相應監控單元(RTU等)。
（3）通訊管理：包括與RTU，變電站綜合自動化系統及SCADA節點間的通訊原碼顯示、通道狀態監視、誤碼率統計與報告。
（4）實時信息監視：畫面顯示接入前置機系統的每一RTU的全部遙測、遙信、遙脈測點設定信息、實時值和測點類型。
（5）系統調試與測試：系統可下發各類測試指令測試RTU，上送各類模擬數據測試SCADA節點。
（6）系統時間同步：系統獲取GPS提供的精確時間，對RTU和SCADA節點的進行統一對時。
工作站
工作站可以包括數據處理工作站、圖形工作站、GIS工作站等，負責對收到的數據進行處理、保存，以適當的形式，如圖形、聲音的，將採集到的數據顯示給用戶，以達到監視的目的。當操作人員在工作站發出遙控指令時，工作站將控制信息、發到前置機，經前置機轉換後發到現場裝置。
採集方式
隨著變電站和發電廠升壓站監控系統的建立和完善，常規獨立 RTU 的遠動功能已經融入了站內自動化系統，電網的遠動系統是涵蓋了整個站內自動化系統的一個大系統。遠動信息的採集將由集中採集向就地分散式採集的方向發展，並套用 CANbus，Lon Works，Profibus 等現場匯流排和 Ethernet 區域網路技術。
當採用廠站監控系統實現遠動功能時，其系統的設計和選型必須保證電網調度自動化的功能要求和對遠動數據的實時性、可靠性、正確性和準確性的要求。
與廠站監控系統合用數據採集裝置方式
廠站遠動與站內監控系統合用一套數據採集裝置（見圖 2）。按照遠動裝置的功能和性能要求，配置滿足廠站規模要求的大容量的數據採集裝置。該數據採集裝置可採用集中組屏的方式，也可以採用分散式布置的方式。調度中心所需的遠動數據由數據採集裝置直接傳送。遠動規約在滿足相應主站通信協定的前提下，應積極採用國際標準的遠動通信協定 IEC60870-5-101、變電站通信網路和系統協定IEC61850。
圖2 與廠站監控系統合用數據採集裝置的方式
圖2 與廠站監控系統合用數據採集裝置的方式該模式不僅兼顧了遠動和廠站自動化的數據採集和控制功能，避免了設備的重複投資，而且保證了遠動信息實時性和可靠性的要求。可在新建的變電站和參加電網 AGC 的火電廠自動化系統中積極採用。
採用廠站監控系統前置通信單元方式
廠站監控系統的所有數據採集裝置或間隔級的I / O單元通過串列接口或現場匯流排等控制鏈路與監控系統的前置通信單元通信，調度中心所需的遠動數據由前置通信單元匯總後用遠動通信協定直接向調度中心傳送（見圖 3）。遠動規約可採用相應調度中心主站的通信協定，推薦採用 IEC60870-5-101 和IEC61850 協定。該模式適應於廠站改造工程。
圖3 採用廠站監控系統前置通信單元的方式
圖3 採用廠站監控系統前置通信單元的方式採用站控層通信工作站方式
廠站監控系統間隔層的數據採集裝置負責採集站內監控及遠動所需的信息，並向站控層的區域網路上傳送，通信工作站負責匯總調度中心所需的遠動信息，並按照部頒 DL 476-92《電力系統實時數據通信套用層協定》或 IEC6l850 協定，經路由器或數據網路的 IP 設備送至調度中心（見圖 4）。
圖4 採用站控層通信工作站方式
圖4 採用站控層通信工作站方式該模式尤其要注重遠動信息傳輸環節中時延的控制，按照遠動信息直采直收的原則，遠動數據不能經過站控主機的處理，而應組織從測控單元經過通信工作站到調度中心的直達數據鏈路，保證遠動信息傳輸的實時性。同理，調度中心對廠站的控制和調節命令亦通過此鏈路傳送至站內監控系統執行。此方式適用於水電站的自動化監控系統。
保護、控制、測量、信號一體化方式
“十五”期間可在 35 k V 及以下的低壓變電站中推行保護、控制、測量、信號（“四合一”）的一體化方式。此方式可大大簡化二次迴路，節省保護屏、控制屏、儀表屏和中央信號屏的設備費用及大量的二次電纜，減少變電站的占地面積。一體化方式的“四合一”裝置可採用多 CPU 配置，分別管理保護、控制以及與調度中心的通信。與調度中心的通信接口可採用串列接口方式，也可以採用區域網路接口方式。
傳輸模式
常規遠動模式
對尚未建立電力數據網路的電網，遠動信息的傳輸仍按常規的遠動通道方式組織，並根據被調廠站在電網中的重要程度，確定通道是否採用主備方式。
調度中心對直接調度的廠站採用直接組織遠動通道的方式，其他相關調度中心所需該廠站的遠動信息可通過調度中心之間的數據交換獲取。
對具備數字微波或光纖通道的廠站，應積極利用現有通道進行點對點的計算機數據通信，做好國際標準的遠動通信協定和計算機數據通信協定的套用開發工作，以便於數據網路建成後可立即實現遠動數據的網路傳輸。
數據網串列接口通信模式
廠站 RTU 按就近入網方式直接接入 SPDnet 數據網路接入層設備的串列接口，然後，通過數據網路建立一條透明的邏輯通道，再接入調度端的遠動前置機，該模式對 RTU 和調度主站端的前置機都不需做任何改動，仍採用原有的串列接口和原有的通信協定（見圖 5）。
圖5 串列接口通信模式
圖5 串列接口通信模式該模式的優點是，原有的 RTU 硬體設備和通信協定不變，遠動通道只需組織到就近的網路節點，而不必直接組織到兩個調度中心主站。缺點是，主站前置機仍需較多的串列口與廠站 RTU 進行一對一方式的通信，而廠站端如一發多收也要占用多個串列接口，同時，要求數據網路接入層的設備提供RS-232 / RS-422接口。該模式適用於主站和廠站均不能改動的情況。
網路接口通信模式
該模式要求廠站的 RTU 具有乙太網接口，支持TCP / IP 協定，並支持 IEC60870-5-104 或 IEC61850協定，直接接入廠站端數據網路邊緣交換機的區域網路連線埠。該模式適用於新建廠站的分散式自動化系統（見圖6 TCP/ IP 模式）。
圖6 TCP/ IP 模式
圖6 TCP/ IP 模式對於大部分已投運的廠站，可在 RTU 上加裝TCP / IP 協定轉換器再接入 SPDnet，以使原有的通信協定和 RTU 的結構保持不變，但要求各主站端配置支持 TCP/ IP 協定的網路通信前置系統和相應的套用層協定（見圖 7 協定轉換器模式）。
通過遠動信息的網路傳輸，可使各相關主站同時共享廠站的實時信息，從根本上解決困擾遠動領域多年的遠動信息一發多收和信息轉發的問題，使電網安全分析套用軟體的運算數據基於同一時間斷面，以提高計算結果的準確性。
圖7 TCP/ IP 協定轉換器模式
圖7 TCP/ IP 協定轉換器模式