CN101630160B - 一种基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，包括电厂电气监控管理系统站控层、通信层和间隔层，其特征在于：电厂电气监控管理系统站控层设备与通信层设备之间、通信层设备与间隔层设备之间均为冗余的双通信网。本发明所达到的有益效果是：本发明弥补了传统电厂电气监控管理系统通信网的不足，提高了整个系统数据交互的实时性，使通过电厂电气监控管理系统进行电气设备的顺序化操作具备了条件，降低了运行人员的工作强度和差错率；系统通信网具备良好容错性能，即使系统中任何一个通信设备发生故障，都不会影响到整个系统的正常运行，整体提高了电厂电气监控管理系统的可用性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电厂电气监控管理系统，尤其涉及一种基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统。属于电力自动化技术领域。
背景技术
发电厂电气监控管理系统技术经过了3个阶段的发展历程：
第1个阶段是一对一的控制方式，即设置发电机厂用电控制屏，通过测量仪表、光字牌和指示灯进行监测，控制开关采用一对一的强电控制方式，也是发电厂设计原始的控制系统，此方式的控制系统特点是设备监控简捷明了，自动化程度低。
第2个阶段是电厂电气监控管理功能纳入电厂集散控制系统(DCS)。随着计算机信息技术的发展和分散控制技术在自动控制领域广泛应用，为提高发电机组的电、热负荷适应能力和自动化水平，DCS已经在电厂自动控制领域得到广泛应用，并逐步从较为简单的数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)功能，逐渐发展到机电一体化控制系统。在这个阶段，厂用电监控纳入DCS主要是指发电机变压器组由DCS进行测量与控制；直流系统、不间断供电系统(UPS)、厂用电快切等由DCS实现数据采集；6kY厂用电保护、400V电动机控制装置、400V配电控制装置等各自独立，测控功能由DCS直接进行。但主要存在以下问题：通信能力比较弱、可靠性不高(串口链路本身是没有通信可靠性保证的，只能在通信规约中增加确认一重发机制来保证可靠性，但这是以降低通信效率为代价的)，对DCS下发的控制命令无法快速响应，也无法快速地把相关电气量传给DCS，不能满足DCS对参与顺序控制的电气量进行快速数据采集的要求。所以常规做法是对这些要参与DCS顺序控制的电气量专门铺设二次电缆和加装变送器，由DCS直接进行数据采集和控制操作，铺设电缆的工作量很大，投资也很高，而厂用电保护装置或电机控制中心(MCC)、动力中心(PC)控制装置本身所具有的采集和控制功能没有得至充分利用。
第3个阶段是全数字化的电厂电气监控管理系统，并为DCS提供所需信息接口和控制接口。厂用电保护装置和MCC、PC控制装置已能满足保护、测控和高速通信一体化的要求，通过工业现场总线或以太网将厂用电气系统组成局域网，构建成专用的电厂电气监控管理系统，实现完全数字化的电气信息量监控，同时为DCS提供高速实时的数字化通信接口。这时DCS对参与顺序控制的电气量的采集和控制完全是以通信软报文的方式进行，不需要二次电缆硬接线(简化了设计和施工的工作量，节省大量成本)。
从以上论述看出，新一代的电厂电气监控管理系统中，对通信层的可靠性提出了非常高的要求，整体通信层网络方案的设计要在挖掘其通信速率潜力的基础上，充分保证通信层的可靠性。
目前的通信层的瓶颈主要集中在与400V MCC及PC子系统的厂用低压装置的通信环节，厂用低压装置数量众多，一般的60万千瓦机组需配置700台左右，但是普遍采用低速的单一通信网，面对大数据量的传输及通信网故障时，数据的实时性和正确性都无法得到保证，影响了电厂电气监控管理系统数据的完整性，导致该系统可用性较差。
Profibus是德国标准(DIN19245)和欧洲标准(EN50170)的现场总线标准，由Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA系列组成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于自动化领域，支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。Profibus-DP传输速率为9.6K bps至12M bps，其最大传输距离在9.6K bps下为1200m，在12M bps下为200m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。
随着Profibus高速总线通信技术在国内应用的不断发展，为提高电厂电气控制管理系统通信的可靠性提供了新的思路和实现方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统设计方法，解决电厂电气控制管理系统中由于通信问题引起的系统数据不完整、实时性不强的问题，提高系统的可用性及可靠性。
为实现上述发明目的，根据上述思想设计，本发明通过以下的技术方案来实现：
一种基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，包括站控层、通信层和间隔层，其特征在于：站控层设备与通信层设备之间、通信层设备与间隔层设备之间(机组6kV厂用电子系统、400V MCC及PC子系统、厂用公用子系统和保护及智能设备子系统)均为冗余的双通信网，其中任何一个通信网发生故障都不会影响系统的正常运行。
前述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于：所述的站控层设备与通信层设备之间、通信层设备与间隔层设备之间的通信网均是高速的通信网，最高通信速度大于10M bps。
前述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于所述间隔层的厂用低压装置与通信层设备之间通过双Profibus现场总线进行通信。
前述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于所述的双Profibus现场总线的通信接口为既支持与主站通信的方式、也支持以主备方式与主站通信的通信接口。
前述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于：所述的通信层的通信管理机的通信接口为多种通信接口，所述通信接口支持以太网电口、以太网光口、Profibus-DP主站接口和串口，所述通信接口包括支持多种通信规约、并且能够提供各个异种接口之间不同规约的相互转换以及数据过滤模块。
本发明所达到的有益效果是：本发明弥补了传统电厂电气监控管理系统通信网的不足，提高了整个系统数据交互的实时性，使通过电厂电气监控管理系统进行电气设备的顺序化操作具备了条件，降低了运行人员的工作强度和差错率；系统通信网具备良好容错性能，即使系统中任何一个通信设备发生故障，都不会影响到整个系统的正常运行，整体提高了电厂电气监控管理系统的可用性及可靠性。
附图说明
图1为电厂电气监控管理系统总体结构示意图；
图2为电厂电气监控管理系统MCC及PC装置网络接入示意图。
具体实施方式
图1为本发明的电厂电气监控管理系统总体结构示意图，图2为电厂电气监控管理系统MCC及PC装置网络接入示意图，以下结合附图对本发明作具体的介绍。
根据图1给出的电厂电气监控管理系统总体结构示意图，整个电厂电气监控管理系统分为三个部分：站控层、通信层、间隔层。
站控层采用100M bps的双以太网冗余结构，根据运行管理的需要可设置数据库服务器、电气操作员站、电气维护工程师站、网络打印机、通信主站等，形成电气系统监控和管理中心，并完成与DCS、监控信息系统(SIS)、管理信息系统(MI S)等系统的数据交换。
间隔层由数量众多的厂用电保护装置、MCC及PC厂用低压装置和其他智能装置组成，考虑到电厂物理位置的分散性，间隔层一般先组成以下几个局部网络：6kV厂用电子系统、400V MCC及PC子系统、厂用公用子系统和保护及智能设备子系统等。其中400V MCC及PC子系统采用双Prof ibus总线组网，其它的子系统采用双10/100M bps以太网方式组网，各局部网络之间再连接起来，形成完整的间隔层网络。
通信层是站控层和间隔层之间的桥梁，主要由多台通信管理机及相应的通信硬件网络组成，根据现场间隔层设备分布情况，通信管理机采用分散布置的方式，方便间隔层设备的集中接入。间隔层装置采集到的数据通过通信层上送到站控层计算机监控系统，由计算机监控系统进行数据分析和处理，供运行人员监视整个电气系统的运行状况；运行人员在站控层下发的控制命令也可以通过通信层传送到间隔层装置，控制具体电气设备正确运行。
图2为MCC及PC厂用低压装置网络接入示意图，通信管理机采用双机方式成组运行，MCC及PC装置的双Profibus接口，一个接入到通信管理机A，一个接入到通信管理机B，通信管理机再分别以双以太网的方式接入站控层。通过这种网络架构方式，既可以保证在任一设备故障的情况下，都不影响系统的正常运行，又可以降低现场工程实施及后期维护的复杂性。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术设计方法，均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，包括电厂电气监控管理系统站控层、通信层和间隔层，其特征在于：电厂电气监控管理系统站控层设备与通信层的每组通信管理机之间、通信层设备与间隔层设备之间均为冗余的双通信网。
2.根据权利要求1所述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于：所述站控层设备与通信层设备之间、通信层设备与间隔层设备之间的通信网均是通信速度大于10M bps的高速的通信网。
3.根据权利要求1或2所述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于：所述间隔层的厂用低压装置与通信层设备之间通过双Profibus现场总线进行通信。
4.根据权利要求3所述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于：所述的双Profibus现场总线的通信接口既支持同时与主站通信的方式、也支持以主备方式与主站通信的方式。
5.根据权利要求1或2所述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于：所述的通信层的通信管理机的通信接口为多通信接口，所述通信接口支持以太网电口、以太网光口、Profibus-DP主站接口和串口，所述通信接口包括支持多种通信规约、并且能够提供各个异种接口之间不同规约的相互转换以及数据过滤模块。
6.根据权利要求3所述的基于全冗余高速通信网的电厂电气监控管理系统，其特征在于：所述的通信层的通信管理机的通信接口为多通信接口，所述通信接口支持以太网电口、以太网光口、Profibus-DP主站接口和串口，所述通信接口包括支持多种通信规约、并且能够提供各个异种接口之间不同规约的相互转换以及数据过滤模块。
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