CN206673693U - 一种变电站数字化综合自动化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变电站数字化综合自动化系统，其包括由下而上逐级连接的设备层、间隔层、通信层和站控层；所述间隔层包括测量单元、控制单元、保护单元、计量单元和监测单元；所述通信层包括实时数据汇总单元、实时数据发送单元和转发控制命令单元；所述站控层包括数据处理单元，所述数据处理单元还同时与调度中心连接，所述数据处理单元包括用于汇总全站的实时数据信息的数据汇总单元、数据更新单元、历史数据查询单元和数据发送单元。本实用新型实现支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级智能化功能。

Description

一种变电站数字化综合自动化系统

技术领域

本实用新型涉及一种变电站智能系统，具体来说是涉及一种变电站数字化综合自动化系统。

背景技术

随着我国变电站技术的不断发展，当前我国变电站大部分新建变电站均采用综合自动化系统，这种变电站自动化技术的大范围使用，不仅大幅度提升了我国电网建设的整体水平，同时也降低了变电站建设和运营的成本。近年来，通信技术和计算机技术不断进步，有关变电站自动化的研究也更加深入，其中变电站中相应的信息获取、传送和处理技术也在相继应用，智能化变电站已经成为变电站新的发展趋势。然而，使变电站同时具有设备信息化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等，从而将变电站建设成为智能电网的一个综合智能节点，该技术问题一直未能得到解决。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，提供一种变电站数字化综合自动化系统，实现支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级智能化功能。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种变电站数字化综合自动化系统，其特点是，所述变电站数字化综合自动化系统包括由下而上逐级连接的设备层、间隔层、通信层和站控层；所述间隔层包括测量单元、控制单元、保护单元、计量单元和监测单元；所述通信层包括实时数据汇总单元、实时数据发送单元和转发控制命令单元；所述站控层包括数据处理单元，所述数据处理单元还同时与调度中心连接，所述数据处理单元包括用于汇总全站的实时数据信息的数据汇总单元、数据更新单元、历史数据查询单元和数据发送单元，其中：

所述间隔层与通信层之间、所述通信层和站控层之间均通过IEC61850 接口连接；所述间隔层用于对所述设备层进行在线监测及统计运行设备的状态参数以及执行操作控制；所述通信层用于将所述间隔层对所述设备层采集监测的数据上传到所述站控层的调度中心，及将所述站控层的控制命令转发到所述间隔层去操控所述设备层的各设备；所述站控层用于汇总全站的实时数据信息，发送所述数据信息给所述控制中心以及接收所述控制中心的控制命令并发送至所述通信层转发至所述间隔层执行。

在本方案中，采用设备层、间隔层、通信层和站控层的层级控制方式，并采用IEC61850接口连接，满足智能变电站在信息数字化、功能集成化、状态可视化方面的要求，自动完成信息采集、计量、测量、控制、保护和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动化控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的开放式数字化综合自动化变电站。

优选地，所述设备层包括主变变压器、变压器局放、GIS组合设备、开关柜、断路器、无功补偿装置、互感器、电源、六氟化硫设备、控制保护屏、消弧线圈接地装置、磁控电抗器和隔离开关。

优选地，所述监测单元设置有移动机器人，所述移动机器人包括基站、移动体控制系统和电站监测系统，所述电站监测系统包括可见光图像摄像机、红外图像摄像机和传声器MIC，所述移动机器人还设置有全球定位系统和激光雷达传感器，所述移动机器人采取比例-积分-微分PID直线跟踪算法和采取避障算法来对设备层的一次设备实现自主运动巡检。

在本方案中，采用比例-积分-微分PID直线跟踪算法，输入偏差乘以一个常数，并对输入偏差进行积分运算和微分运算，使移动机器人能够在对一次设备巡检过程中，对获得的信息数据进行运算并及时进行传输。

优选地，所述站控层还设置有综合在线监测装置IED，所述综合在线监测装置IED包括主CPU模块和均与之连接的电源模块、FLASH模块、人机接口MMI模块、SDRAM模块、通信模块、GPS对时模块、通讯模块、采集监测模块、模拟量输入输出模块和开关量输入输出模块。

优选地，所述综合在线监测装置IED还设置有可扩展监测模块，所述可扩展监测模块为变压器综合在线监测模块、GIS综合在线监测模块、SF6环境综合在线监测模块、开关柜在线监测模块或断路器综合在线监测模块。

在本方案中，综合在线监测装置IED的这些模块可以通过软件进行加载和删除，从而实现各个在线监测功能模块自由配置。

优选地，所述通信层还包括通信管理机、网络交换设备、路由器、交换机组、集中器、集线器和通信服务器，所述实时数据汇总单元、实时数据发送单元和转发控制命令单元均与通信管理机、网络交换设备、路由器、交换机组、集中器、集线器和通信服务器连接。

优选地，所述站控层还包括操作员站、打印机、工程师站和服务器，所述数据处理单元分别与操作员站、打印机、工程师站和服务器连接。

优选地，所述通信层采用MMS通讯方式对外提供数据。

本发明的有益效果是：本发明在变电站系统中融合智能化一次设备、数字化网络化二次设备、自动化运行管理系统等数字化技术采用IEC61850标准体系基础上实现采集全站SCADA、保护信息、录波、计量、在线监测数据，满足智能变电站在信息数字化、功能集成化、状态可视化方面的要求，自动完成信息采集、计量、测量、控制、保护和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动化控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的开放式数字化综合自动化变电站；本实用新型采用先进、可靠、集成的智能设备分层组网，以全站信息数字化、通信平台标准化、信息共享网络化为基础，实现变电站高度智能化、运行维护高效化，实现了支持电网实时自动控制、在线分析决策、协同互动等高级智能化功能。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的一种变电站数字化综合自动化系统的整体结构示意图。

图2为本实用新型的综合在线监测装置IED的结构示意图。

具体实施方式

参阅图1和图2，下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

本实用新型一种变电站数字化综合自动化系统，其包括由下而上逐级连接的设备层1、间隔层2、通信层3和站控层4。间隔层2与通信层3之间、通信层3和站控层4之间均通过IEC61850接口连接；间隔层2用于对设备层1进行在线监测及统计运行设备的状态参数以及执行操作控制；通信层3 用于将间隔层2对设备层1采集监测的数据上传到站控层4的调度中心，及将站控层4的控制命令转发到间隔层2去操控设备层1的各设备；站控层4 用于汇总全站的实时数据信息，发送数据信息给控制中心以及接收控制中心的控制命令并发送至通信层3转发至间隔层2执行。

设备层1由若干一次设备组成，一次设备包括主变变压器101、变压器局放105、GIS组合设备109、开关柜113、断路器102、无功补偿装置106、互感器110、电源103、六氟化硫设备107、控制保护屏111、消弧线圈接地装置104、磁控电抗器108和隔离开关112，具体可根据需求进行自由组合配置。

间隔层2包括若干二次设备，所述二次设备包括测量单元201、控制单元202、保护单元203、计量单元204和监测单元205。间隔层2用于检测设备层1的实时电气量、在线监测与统计运行设备层1状态参数以及执行与驱动操作控制。间隔层2中的二次设备均带有智能化接口，通信层3将间隔层 2中的二次设备进行IEC61850标准化网络组网，可以使得对整个站内各种设备进行数据采集、监测。

间隔层2监测单元包含一种采用运行环境的智能监测，整合视频系统和变电站监控系统，视频监控子系统通过可见光电荷耦合器件(CCD)和红外热像仪分别获取变电站中变电设备的可见光图像和红外图像，红外图像可提供现场运行设备的运行状态。可见光图像包含着丰富的纹理信息，可提供变电设备的轮廓、位置、外观等相关数据。通过特征匹配和图像融合技术，实现变电设备的可见光图像和红外图像的有效融合。通过融合后的图像不仅可发现现场变电设备的内部过热缺陷、外部机械或电动故障、异物缺陷等，而且可实现故障设备的定位，同时为运行检修人员提供电力设备运行中的事故隐患和故障先兆的相关数据，进一步实现变电设备的在线运行诊断报告。实现运行环境远程监测与综合自动化系统、辅助系统等的智能联动，通过摄像头快速定位报警设备，避免人为的现场定位不准确问题，通过图像分析处理功能，发现变电设备漏油、异物缺陷，采集断路器、隔离开关的分合闸位置，对变电运行巡视及程序化操作提供智能辅助判断；同时实现视频系统与安防系统、照明控制系统的智能联动，实现人员非法入侵的全天候监视；运行环境智能监测集成户内外环境温湿度、变电站内各个房间环境、气象监测功能并与空调、排风、排水等系统智能联动，实现变电站内温湿度的自动控制和调节，并根据气象环境如雨量及场区水位自动启动排水系统等。

间隔层2组网后通过通信层3的通信管理机301、网络交换设备302、路由器303、交换机组304、集中器305、集线器306和通信服务器307等设备进行网络传输，将间隔层2收集到各类设备采集监测的数据上传到站控层 4的操作员站、工程师站及上级监控系统及调度中心，及将上层的控制命令进行转发到下层的间隔层2去操控各种智能化设备，通信层3通信管理机，集线器等通信设备在整个系统中起到了承上启下的关键性的作用。通信层3 采用MMS通讯方式对外提供数据，为其它站控系统提供数据，对整个变电站实现控制、监视、保护功能的同时实现不同厂家的设备信息快速互动及共享，为变电站系统的互操作性、可扩展性和高可靠性要求提供依据。

站控层4包括操作员站401、打印机402、工程师站403和服务器404。站控层4将通过通信层3接收到的间隔层2的各种智能二次设备的采集数据存储到实时数据服务器、历史数据库、关系数据库中。站控层4的报警服务器实时监控系统的采集数据，当变电站系统通过各种任何环节出现故障或异常，及通过变电站的视频辅助系统及机器人巡检系统进行图像分析处理确认为报警后，站控层4报警服务器能够自动发出各种报警提示，同时将报警信息包括报警事件、站点信息、告警类别、告警描述等同时存到历史、关系数据库中，可以提供给操作人员及工程人员按时间、地点、报警类型、描述等做复杂的关键字组合及进行复杂的统计，检索查询。站控层4将采集到的智能化二次设备的间隔层2的各种数据以报表、曲线、棒图、柱状图、饼图、各种界面形式展示，这样操作及运维人员可通过操作员站、工程师站、远程服务器、上级监控系统等方式远程监测整个变电站内的各个设备的运行情况，并将采集到的实时数据及历史数据库的数据存入到服务器中，为智能化远程运维根系提供了科学的管理依据。其中，站控层4的综合在线监测装置IED5 都带有IEC61850接口，变电站智能化系统通过抽象通信服务接口(ACSI)建立一个应用层上的抽象模型，描述各接口间的数据交换，给出各种对象统一的逻辑模型。站控层4用于汇总整个变电站的实时数据信息、不断刷新实时数据库、按时登陆历史数据库、发送数据信息给调度层或控制中心以及接收调度层或控制中心的控制命令并通过站控层4转发到间隔层2执行。

站控层4还设置有综合在线监测装置IED5，综合在线监测装置IED5包括主CPU模块510和均与之连接的电源模块511、FLASH模块516、人机接口MMI模块512、SDRAM模块517、通信模块513、GPS对时模块518、 IEC61580通讯模块514、采集监测模块519、模拟量输入输出模块515和开关量输入输出模块520。各模块之间的数据通信通过内部高速总线实现，由于各模块都有一定的智能化处理能力，可以对信号的输入输出进行一定的预处理，减轻主模块的负担，各个子监测模块可以专注于数据处理，故障判断和任务调度。采用这种模块化硬件设计使得综合在线监测装置IED5具有可扩展性，可以根据需求后期扩展模块。综合在线监测装置IED5的软件部分也采用模块化软件设计，使得软件具有可裁剪性，也便于功能扩充。

综合在线监测装置采用可扩展监测模块6，用于配置变压器综合在线监测模块601、GIS综合在线监测模块602、SF6环境综合在线监测模块603、开关柜在线监测模块604、断路器综合在线监测模块605和避雷器综合在线监测模块606等，实现各个子系统的在线监测，这些模块可以通过软件进行加载删除，实现各个在线监测功能模块自由配置。

本实用新型对变电站内变压器、GIS、开关柜、无功补偿等设备及直流屏、电度表、巡检、电源、风机、空调、消防等子系统进行数据收集整合和 IEC61850标准规范建模，实现变电站实时集成监控和优化管理。采用这种变电站综合智能化系统可以采集全站SCADA、保护信息、录波、计量、在线监测的数据，满足智能变电站在信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化方面的要求，研究完善变电站全景式数据信息平台、故障信息综合分析决策系统、告警及故障自动处理系统和设备状态分析系统，实现变电站运行监视全景化、安全分析前瞻化、调整控制动态化，同时从时间、空间、业务等多个层面和维度实现变电站全方位实时监视和在线故障诊断，真正实现变电站无人值守，降低变电站运维成本、优化资源配置、提升运行指标的目的。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述变电站数字化综合自动化系统包括由下而上逐级连接的设备层、间隔层、通信层和站控层；所述间隔层包括测量单元、控制单元、保护单元、计量单元和监测单元；所述通信层包括实时数据汇总单元、实时数据发送单元和转发控制命令单元；所述站控层包括数据处理单元，所述数据处理单元还同时与调度中心连接，所述数据处理单元包括用于汇总全站的实时数据信息的数据汇总单元、数据更新单元、历史数据查询单元和数据发送单元，其中：

所述间隔层与通信层之间、所述通信层和站控层之间均通过IEC61850接口连接；所述间隔层用于对所述设备层进行在线监测及统计运行设备的状态参数以及执行操作控制；所述通信层用于将所述间隔层对所述设备层采集监测的数据上传到所述站控层的调度中心，及将所述站控层的控制命令转发到所述间隔层去操控所述设备层的各设备；所述站控层用于汇总全站的实时数据信息，发送所述数据信息给所述控制中心以及接收所述控制中心的控制命令并发送至所述通信层转发至所述间隔层执行。

2.根据权利要求1所述的变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述设备层包括主变变压器、变压器局放、GIS组合设备、开关柜、断路器、无功补偿装置、互感器、电源、六氟化硫设备、控制保护屏、消弧线圈接地装置、磁控电抗器和隔离开关。

3.根据权利要求1所述的变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述监测单元设置有移动机器人，所述移动机器人包括基站、移动体控制系统和电站监测系统，所述电站监测系统包括可见光图像摄像机、红外图像摄像机和传声器MIC，所述移动机器人还设置有全球定位系统和激光雷达传感器，所述移动机器人采取比例-积分-微分PID直线跟踪算法和采取避障算法来对设备层的一次设备实现自主运动巡检。

4.根据权利要求1所述的变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述站控层还设置有综合在线监测装置IED，所述综合在线监测装置IED包括主CPU模块和均与之连接的电源模块、FLASH模块、人机接口MMI模块、SDRAM模块、通信模块、GPS对时模块、通讯模块、采集监测模块、模拟量输入输出模块和开关量输入输出模块。

5.根据权利要求4所述的变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述综合在线监测装置IED还设置有可扩展监测模块，所述可扩展监测模块为变压器综合在线监测模块、GIS综合在线监测模块、SF6环境综合在线监测模块、开关柜在线监测模块或断路器综合在线监测模块。

6.根据权利要求1所述的变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述通信层还包括通信管理机、网络交换设备、路由器、交换机组、集中器、集线器和通信服务器，所述实时数据汇总单元、实时数据发送单元和转发控制命令单元均与通信管理机、网络交换设备、路由器、交换机组、集中器、集线器和通信服务器连接。

7.根据权利要求1所述的变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述站控层还包括操作员站、打印机、工程师站和服务器，所述数据处理单元分别与操作员站、打印机、工程师站和服务器连接。

8.根据权利要求1所述的变电站数字化综合自动化系统，其特征在于，所述通信层采用MMS通讯方式对外提供数据。