CN106130188A - 一种发电厂升压站监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

一种发电厂升压站监控系统及其监控方法，包含间隔层设备、站控层设备和NCS监控计算机，所有的二次设备均采用IEC61850通信标准。本发明可实现变电站二次设备的直接通信，提高了变电站自动化技术水平，实现全站二次设备数据建模、信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，减少了大量的电缆敷设，避免了二次回路过于复杂以及控制电缆易受电磁干扰的问题，节省了大量的变送器投资，打破了传统变电站受信息传输瓶颈制约而无法避免的各控制系统间的信息割裂，有利于变电站的扩建和自动化系统的扩充，实现信息在运行系统和其他系统之间的共享，减少重复投资和建设。

Description

一种发电厂升压站监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及一种发电厂升压站监控系统及其监控方法。

背景技术

近年来，智能电网、数字化（智能）变电站试点建设在国内迅速推进，至今已有数百座新建或改造智能变电站相继投运，在智能传感技术、信息共享技术、数字采样技术、网络传输技术、同步技术等方面取得了丰富的成果和宝贵的经验。随着发电厂自动化水平的不断提高，对电气控制系统的要求单纯从电气设备的监控逐步向信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化方向发展。但传统发电厂相对全面应用IEC61850技术的所谓智能发电厂目标还存在一些问题或缺陷：目前阶段应用IEC 61850标准的智能发电厂的定义和要求比较模糊．国内外尚未出台相关规范、规程的指导性文件，智能电厂的建设基本处于无章可循的局面。设备厂商对于发电厂中异于变电站中的设备如发电机、封闭母线等的智能化开发支持力度不大，不同二次系统或智能电子设备之间信息数据交换的通信接口和协议缺乏标准性和规范化。同时发电行业是一个相对传统的行业，新设备、新方案的全面推广和大范围应用需要一个长期实践验证的过程。

发电厂升压站监控系统中传统规约信息体系是扁平的，不同类型信息并列存在，不能体现装置功能的主从关系，传统装置需要通信的内容不能任意配置，传统规约扩展太随意，对于有特殊通信要求的变电站局限较大。目前主要应用的传统通讯规约主要有：1、103规约，各厂商均有，但各不相同，两个不同厂家的设备即使均采用103规约，也有可能无法实现相互通讯；2、Modbus规约，国外厂商采用较多；3、DNP3.0，美洲厂商采用较多；4、Open2000，南瑞科技；5、网络103，南瑞继保。再加上各个厂家的通信介质不统一：有RS422/485/232、Worldfip、CAN网、lon网、以太网等，导致规约的功能比较有限，规约数据表达能力限制应用功能的发展。各厂家对应用功能自行扩充无法互操作，不支持装置间的通讯功能。

由于发电厂升压站电气系统与电网公司变电站的电气系统大部分类似，智能电网技术对发电厂升压站电气系统有较大的借鉴意义，因此将IEC 61850通信技术应用在发电厂升压站监控系统中是完全可行的。

发明内容

本发明提供一种发电厂升压站监控系统及其监控方法，可实现变电站二次设备的直接通信，提高了变电站自动化技术水平，实现全站二次设备数据建模、信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，减少了大量的电缆敷设，避免了二次回路过于复杂以及控制电缆易受电磁干扰的问题，节省了大量的变送器投资，打破了传统变电站受信息传输瓶颈制约而无法避免的各控制系统间的信息割裂，有利于变电站的扩建和自动化系统的扩充，实现信息在运行系统和其他系统之间的共享，减少重复投资和建设。

为了达到上述目的，本发明提供一种发电厂升压站监控系统，包含：间隔层设备、站控层设备和NCS监控计算机，间隔层设备连接到间隔层交换机，站控层设备和NCS监控计算机连接到站控层交换机，间隔层交换机和站控层交换机采用以太网交换机，通过光纤连接间隔层交换机和站控层交换机，形成双网通讯网络；

所述的间隔层设备包含：连接到间隔层交换机的测控装置、数据通信采集装置和GPS扩展屏；

所述的站控层设备包含：连接到站控层交换机的服务器、通信网关、工程师工作站和集控楼GPS；

所述的NCS监控计算机包含多个连接到站控层交换机的操作员站；

所述的测控装置、数据通信采集装置、GPS扩展屏、服务器、通信网关、工程师工作站、集控楼GPS和操作员站为二次设备，所有的二次设备均采用IEC61850通信标准。

所述的以太网交换机采用冗余光纤双网结构交换机。

所述的测控装置包含：

多个线路测控装置，其连接线路，并连接到间隔层交换机，同时通过微机保护连接继电保护故障信息管理子站；

母联测控装置，其连接母线，并连接到间隔层交换机，同时通过微机保护连接继电保护故障信息管理子站；

公用测控装置，其连接母线设备升压站辅助系统，并连接到间隔层交换机，实时采集层交换机；

多个主变测控装置，其连接主变进线，并连接到间隔层交换机；

启备变测控装置，其连接启备变，并连接到间隔层交换机。

所述的数据通信采集装置通过交换机连接电力系统数据网。

所述的服务器采用容错服务器。

本发明还提供一种发电厂升压站监控系统的监控方法，包含以下步骤：

所述的间隔层交换机和站控层交换机采用IEC61850通信标准将测控装置开关量及模拟量信号通过双网通信网络发送给NCS监控计算机；

所述的间隔层交换机和站控层交换机采用IEC61850通信标准将输入电压、输入电流等模拟量通过双网通信网络发送给NCS监控计算机；

所述的NCS监控计算机采用IEC61850通信标准与隔离层设备和站控层设备中的所有二次设备直接通信。

本发明具有以下优点：

1、NCS监控计算机可与不同厂家生产的二次设备直接通信，使得不同厂家生产的二次设备可以实现无缝连接，不再需要通信协议转换，增强了设备互操作性，减少了中间环节，保障了通讯的可靠性，从而大大提高了变电站自动化技术水平，实现全站二次设备数据建模、信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。

2、间隔层交换机和站控层交换机将测控装置开关量及模拟量信号通过双网通信网络发送给NCS监控计算机，减少了大量的电缆敷设，同时也避免了二次回路过于复杂以及控制电缆易受电磁干扰的问题，间隔层交换机和站控层交换机将输入电压、输入电流等模拟量通过双网通信网络发送给NCS监控计算机，节省了大量的变送器投资。

3、NCS监控计算机通过“故障录波”和“录波波形”检索到录波文件，可以对波形进行分析，事件追忆功能将事件发生前后较长一段时间内的电力系统的运行状况记录下来，供相关人员事后真实、方便地分析、研究、重演。

4、利用IEC61850通信标准和双网通信网络来获取、处理、交换和运用升压站运行所必须拥有的海量信息，打破了传统变电站受信息传输瓶颈制约而无法避免的各控制系统间的信息割裂。

5、有利于变电站的扩建和自动化系统的扩充，实现信息在运行系统和其他系统之间的共享，减少重复投资和建设。

附图说明

图1是本发明提供的一种发电厂升压站监控系统的电路框图。

具体实施方式

以下根据图1具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种发电厂升压站监控系统，包含：间隔层设备1、站控层设备2和NCS监控计算机3，间隔层设备1连接到间隔层交换机101，站控层设备2和NCS监控计算机3连接到站控层交换机201，间隔层交换机101和站控层交换机201采用以太网交换机（以太网采用冗余光纤双网结构），通过光纤连接间隔层交换机101和站控层交换机201，形成双网通讯网络。

所述的间隔层设备1包含：连接到间隔层交换机101的测控装置、数据通信采集装置115和GPS扩展屏117；

所述的测控装置具有交流和直流采样测量、防误闭锁、同期检测、间隔层断路器紧急操作和主接线状态及测量数字显示等功能，该测控装置具体包含：

多个线路测控装置105（二次设备），其连接线路110（一次设备），并连接到间隔层交换机101，同时通过微机保护104（二次设备）连接继电保护故障信息管理子站103（二次设备），用于保护线路110、实时采集线路110的运行工况，实现对各设备运行工况进行监视、运行参数远程设置等功能；

母联测控装置106（二次设备），其连接母线111（一次设备），并连接到间隔层交换机101，同时通过微机保护104（二次设备）连接继电保护故障信息管理子站103（二次设备），用于实时采集母线111的运行工况；

公用测控装置107（二次设备），其连接母线设备升压站辅助系统112（一次设备），并连接到间隔层交换机101，实时采集层交换机101，用于实时采集母线设备升压站辅助系统112的运行工况；

多个主变测控装置108（二次设备），其连接主变进线113（一次设备），并连接到间隔层交换机101，用于实时采集主变进线113的运行工况；

启备变测控装置109（二次设备），其连接启备变114（一次设备），并连接到间隔层交换机101，用于实时采集启备变114的运行工况。

所述的数据通信采集装置115（二次设备）连接到间隔层交换机101，并通过交换机116（二次设备）连接电力系统数据网，用于实时采集电力系统数据网的运行工况。

所述的GPS扩展屏117（二次设备）连接到间隔层交换机101，用于保证所有二次设备的时间保持同步。

所述的站控层设备2包含：连接到站控层交换机201的服务器203（二次设备）、通信网关204（二次设备）、工程师工作站205（二次设备）和集控楼GPS206（二次设备），通信网关204、工程师工作站205通过站控层交换机20服务器203之间相互传递消息，集控楼GPS206用于同步时间。

所述的服务器203集中收集处理各种模拟量、开关量、告警等信息，它采用容错服务器，容错服务器可靠性设计达到99.999%服务器203的电源、CPU、内存、磁盘、I/O控制组件均采用冗余配置。

所述的NCS监控计算机3包含多个连接到站控层交换机201的操作员站301（二次设备），用于对发电厂升压站中全部一次设备和二次设备进行监视、测量、记录和处理各种信息，并对升压站的主要设备实现远方控制，NCS监控计算机3的数据处理和通信装置经安全防护（如纵向加密装置）通过网络接口接入省电力调度数据网、市电力调度数据网，实现与省调和地调的EMS系统通信。

在本发明提供的发电厂升压站监控系统中，所有的二次设备均采用IEC61850通信标准。

本发明还提供一种发电厂升压站监控系统的监控方法，具体包含以下步骤：

NCS监控计算机可采用IEC61850通信标准与不同厂家生产的二次设备直接通信，使得不同厂家生产的二次设备可以实现无缝连接，避免了不同设备厂家之间通讯协议间的转换，减少中间环节，保障通讯的可靠性，从而大大提高变电站自动化技术水平，实现全站二次设备数据建模、信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。

所述的间隔层交换机和站控层交换机采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，实现了间隔层设备与站控层设备和NCS监控计算机之间的直接通信，将间隔层设备发送的保护动作信号、报警信号以及保护动作后故障录波信号等，通过IEC61850通信标准发送给NCS监控计算机和站控层设备中的服务器。

所述的间隔层交换机和站控层交换机采用IEC61850通信标准将测控装置开关量及模拟量信号通过双网通信网络发送给NCS监控计算机，减少了大量的电缆敷设，同时也避免了二次回路过于复杂以及控制电缆易受电磁干扰的问题，间隔层交换机和站控层交换机采用IEC61850通信标准将输入电压、输入电流等模拟量通过双网通信网络发送给NCS监控计算机，节省了大量的变送器投资。

所述的NCS监控计算机通过“故障录波”和“录波波形”检索到测控装置的录波文件，可以对波形进行分析，事件追忆功能将事件发生前后较长一段时间内的电力系统的运行状况记录下来，供相关人员事后真实、方便地分析、研究、重演。

IEC61850通信标准不仅仅是一个单纯的通信标准，其作为制定电力系统远动无缝通信系统基础，能大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性，解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题，还使得变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的特性，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用，采用该标准系列大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性，指导变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。

本发明具有以下优点：

1、NCS监控计算机可与不同厂家生产的二次设备直接通信，使得不同厂家生产的二次设备可以实现无缝连接，不再需要通信协议转换，增强了设备互操作性，减少了中间环节，保障了通讯的可靠性，从而大大提高变电站自动化技术水平，实现全站二次设备数据建模、信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。

2、间隔层交换机和站控层交换机将测控装置开关量及模拟量信号通过双网通信网络发送给NCS监控计算机，减少了大量的电缆敷设，同时也避免了二次回路过于复杂以及控制电缆易受电磁干扰的问题，间隔层交换机和站控层交换机将输入电压、输入电流等模拟量通过双网通信网络发送给NCS监控计算机，节省了大量的变送器投资。

3、NCS监控计算机通过“故障录波”和“录波波形”检索到录波文件，可以对波形进行分析，事件追忆功能将事件发生前后较长一段时间内的电力系统的运行状况记录下来，供相关人员事后真实、方便地分析、研究、重演。

4、利用IEC61850通信标准和双网通信网络来获取、处理、交换和运用升压站运行所必须拥有的海量信息，打破了传统变电站受信息传输瓶颈制约而无法避免的各控制系统间的信息割裂。

5、有利于变电站的扩建和自动化系统的扩充，实现信息在运行系统和其他系统之间的共享，减少重复投资和建设。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种发电厂升压站监控系统，其特征在于，包含：间隔层设备（1）、站控层设备（2）和NCS监控计算机（3），间隔层设备（1）连接到间隔层交换机（101），站控层设备（2）和NCS监控计算机（3）连接到站控层交换机（201），间隔层交换机（101）和站控层交换机（201）采用以太网交换机，通过光纤连接间隔层交换机（101）和站控层交换机（201），形成双网通讯网络；

所述的间隔层设备（1）包含：连接到间隔层交换机（101）的测控装置、数据通信采集装置（115）和GPS扩展屏（117）；

所述的站控层设备（2）包含：连接到站控层交换机（201）的服务器（203）、通信网关（204）、工程师工作站（205）和集控楼GPS（206）；

所述的NCS监控计算机（3）包含多个连接到站控层交换机（201）的操作员站（301）；

所述的测控装置、数据通信采集装置（115）、GPS扩展屏（117）、服务器（203）、通信网关（204）、工程师工作站（205）、集控楼GPS（206）和操作员站（301）为二次设备，所有的二次设备均采用IEC61850通信标准。

2.如权利要求1所述的发电厂升压站监控系统，其特征在于，所述的以太网交换机采用冗余光纤双网结构交换机。

3.如权利要求1所述的发电厂升压站监控系统，其特征在于，所述的测控装置包含：

多个线路测控装置（105），其连接线路（110），并连接到间隔层交换机（101），同时通过微机保护（104）连接继电保护故障信息管理子站（103）；

母联测控装置（106），其连接母线（111），并连接到间隔层交换机（101），同时通过微机保护（104）连接继电保护故障信息管理子站（103）；

公用测控装置（107），其连接母线设备升压站辅助系统（112），并连接到间隔层交换机（101），实时采集层交换机（101）；

多个主变测控装置（108），其连接主变进线（113），并连接到间隔层交换机（101）；

启备变测控装置（109），其连接启备变（114），并连接到间隔层交换机（101）。

4.如权利要求1所述的发电厂升压站监控系统，其特征在于，所述的数据通信采集装置（115）通过交换机（116）连接电力系统数据网。

5.如权利要求1所述的发电厂升压站监控系统，其特征在于，所述的服务器（203）采用容错服务器。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的发电厂升压站监控系统的监控方法，其特征在于，包含以下步骤：

所述的间隔层交换机和站控层交换机采用IEC61850通信标准将测控装置开关量及模拟量信号通过双网通信网络发送给NCS监控计算机；

所述的间隔层交换机和站控层交换机采用IEC61850通信标准将输入电压、输入电流等模拟量通过双网通信网络发送给NCS监控计算机；

所述的NCS监控计算机采用IEC61850通信标准与隔离层设备和站控层设备中的所有二次设备直接通信。