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【摘要】本文针对电力系统自动化系统的应用的方案进行了探讨。
【关键词】电力；自动化；系统；应用；设计
【中图分类号】TP29 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0305-01
1、电力自动化系统的设计
炼钢、炼铁、烧结、轧钢、鼓风机、制氧、原料厂等是工程规模工期所包括的，工程要求电力自动化系统采用分层和分布式的体系结构。在站控层部分设置站控层监控系统，站控层后台监控主机完成本站所属设备全部后台监控功能，能够在站控层对本站所属设备进行操作控制。站控层监控主机同时作为通讯管理机，除完成与本站的保护测控单元通讯及本站的第三方智能设备通讯外，还负责完成与上级监控系统通讯。能源中心集控层SCADA监控系统作为终极调度管理单位，接收站控层的数据并下发调度指令。
根据工程项目的的未来实际运行要求，站控层监控系统10kV开关站和区域变均按“无人值班”要求设计，监控主机及网络通讯设备等安装在各lOkV开关站和区域变内，并配置有键盘、鼠标和显示器。站控层后台监控主机一般按单主机或双机备用模式设计。各站控层监控主机分别作为一个站点构成网络点并接人相应的区域变电所的光纤以太网交换机，再通过能源中心的光纤主网将各站信息上传能源中心SCADA系统。实现各站控层变电所均可以在能源中心进行实时监控、操作。集控层SCADA系统的数据服务器、后台监控主机及操作员站均设在集控中心的主控室内，监控各35kV区域变电所及各10kVN压开关站内设备运行状态，实现对各35kV区域变电所及各10kV高压开关站的远方监控，在集控中心可接收处理各35kV区域变电所及各10kV高压开关站内的各种实时数据，包括模拟量、开关量、保护定值及保护投退，运行人员可通过集控层sCADA系统进行操作。集控层sCADA系统与能源管理系统（EMS）进行通讯，为能源管理系统在全厂的供电参数、电量进行统计、分析，负荷预报以及操控等功能的实现提供必要的数据支持。工程要求电力自动化系统实现以上功能的基础上，力求减少投资，防止资源浪费，并且为以后的扩建和增容留下裕量。
2、电力自动化系统的实现方案
2.1 双网的电力自动化系统
双网的电力自动化系统：集控中心与各区域变站控层、IOKV子站站控层采用光纤双网结构，集控中心、区域变、IOKV子站各配备双前置机实现双机热备。运用该方案的优点是：利用双前置机和双层网络配置实现整个系统网络的冗余配置，增加系统的稳定性，提高网络的数据通信有效和实时性，同时实现了数据集中管理，资源共享。缺点是：所有设备全部采用主备配置，包括光纤、光纤转换器、前置机等全部为两套（其中尤其光纤需量最多），占用设备较多，造成工程投资过大。
2.2 环网的电力自动化系统
光纤双网、双前置造价高，投资大，树网、单前置过于简单，未考虑通讯回路冗余配置的缺陷，提出设计了一套光纤环网系统。采用环网的电力自动化系统：集控中心与各区域变站控层、10KV子站站控层采用光纤环网结构，集控中心、各35KV区域变、各10KV子站不分主次，只考虑地域，全部放在一个光纤环网内，集控中心、各35KV区域变、各10KV子站作为环网的一个节点，每个廿点配置单前置机和光纤服务器。
该系统在满足变电站自动化系统通信网络的稳定性要求的基础上，解决了减少投资问题，满足了集控中心通信主机对各站访问的通讯回路冗余配置、可以有效提高对各35KV区域变、各10KV子站不间断响应等要求，并且具有现场施工维护方便等优点。该光纤环网结构采用点到点的链路组成，实现集控中心对各点的访问。从上图可以看出，各个站点在这种结构中，分别可以从两个路径到达集控中心。高速冗余光纤环网具有传输速率高、抗电磁干扰性强等优点，此外，网络系统良好的冗余功能，使得控制系统的可靠性大幅提高。因此，高速冗余光纤环网是大型企业一般采用的网络方案。但是该光纤环网也存在不足，可以实现对各站的管理，但各区域变对所属各站的管理不易实现集中管理，并且，整个钢厂各站做环网结构投资相对过大，有时会造成资源的浪费。
2.3 环网+树网的电力自动化系统
系统优化设计时遵守的以下原则：（1）工程投资要相对小；（2）对重要站要采用双机或多机的冗余配置，（3）对重要站的光纤回路要采用冗余配置；（4）区域变所属各站要在区域变内够实现内部监控；（5）充分考虑后期的可扩展性。针对以上设计原则，考虑到用户不同工艺负责人的具体要求，我们最终采取环网与树网相结合使用的方案。整个网络组成为：集控中心、各区域变采用光纤环网结构，全部采用双机配置，保证重要站点后台和光纤通道的冗余配置，实现数据的不中断传输，确保了通信的可靠性；区域变及其所属各站采用树型结构，区域变本身已经双机配置，所属各站一般采用单机配置，实现区域变对所属各站的集中管理，确保工程投资的减少，方便后期工程的扩展。
整个网络以集控中心为中心，集控中心需要处理大量子站上传的的遥测、遥信、故障信息等数据，并且对数据处理后下发指令，实现远程遥控遥调等操作，为保证数据处理的速度和对故障信息的及时分析并快速下发指令的能力，工程采用的前置机配备两台服务器，并且两台服务器之间通过软件实现互为备用。
区域变相对来说只要采集最多不超过10个站的数据，任务量相对小，所以采用工业控制机，双机配置，互为备用，实现对区域变所属各站电气设备开关量和测量电流、测量电压、有功功率、无功功率和功率因数等的监视，但不实现控制（网络中所有的电气控制命令全部由集控中心的值班人员进行操作；每个站点配备后台监视系统，原因之一就是当地电气设备发生故障时，继电保护装置采集的故障录波数据非常大，要求上传到当地后台机，并进行保存，方便分析，处理，但是电气设备的故障录波数据不能通过网络上传到集控中心在处理，以防故障数据传输中大量的占据光纤路径，影响网络数据传输的实时性）。考虑集控中心到各区域变有可能距离较远，而多模光纤在距离超过2公里后信号将衰减，所以，根据企业的实际规划要求，对集控中心到各区域变的通讯采用单模光纤实现，采用光纤环网通讯，用单模光纤交换机实现，它可以实现自动备份路径功能，正常工作时，依靠光纤交换机的功能（自动备份环网）实现环网功能，并且集控中心和各区域变全部采用双机配置，通过接到光纤交换机上，依靠软件实现双机热备，这样就实现后台和网络的冗余配置。鉴于区域变所属各站之间的距离较近，一般不会超过2公里，并且考虑到设备的成本，所以采用多模光纤和多模光纤交换机以及多模光纤转换器（主要考虑多模光纤交换机以及多模光纤转换器的成本），区域变采用多模光纤交换机，与单模光纤交换机（环网应用）之间采用网口互连，并且考虑到网络的可扩展性，采用B类地址设NIP（便于后期扩展lP地址）；区域变下属各10kv子站一般采用单机配置，应用工业控制机，通过接到多模光纤转换器（或交换机）上，区域变端对应接到单模光纤交换机上，这样，一方面区域变作为一个小的监控中心，可以很方便的实现对所属各站的监视功能；另一方面，区域变所属各站可以方便的实现数据的上传和接受集控中心的指令，而不用经过区域变配置机器的转发，满足用户的设计要求。
随着电力系统自动化程度的提高，光纤通讯应用技术的普及和网络技术的发展，（环网+树网）综合表现要优于其他方案，这个方案提高变电站安全经济运行水平的主要手段，其中光纤网络的组态直接影响着通讯的可靠性和经济性等方面。
【关键词】电力；自动化；系统；应用；设计
【中图分类号】TP29 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0305-01
1、电力自动化系统的设计
炼钢、炼铁、烧结、轧钢、鼓风机、制氧、原料厂等是工程规模工期所包括的，工程要求电力自动化系统采用分层和分布式的体系结构。在站控层部分设置站控层监控系统，站控层后台监控主机完成本站所属设备全部后台监控功能，能够在站控层对本站所属设备进行操作控制。站控层监控主机同时作为通讯管理机，除完成与本站的保护测控单元通讯及本站的第三方智能设备通讯外，还负责完成与上级监控系统通讯。能源中心集控层SCADA监控系统作为终极调度管理单位，接收站控层的数据并下发调度指令。
根据工程项目的的未来实际运行要求，站控层监控系统10kV开关站和区域变均按“无人值班”要求设计，监控主机及网络通讯设备等安装在各lOkV开关站和区域变内，并配置有键盘、鼠标和显示器。站控层后台监控主机一般按单主机或双机备用模式设计。各站控层监控主机分别作为一个站点构成网络点并接人相应的区域变电所的光纤以太网交换机，再通过能源中心的光纤主网将各站信息上传能源中心SCADA系统。实现各站控层变电所均可以在能源中心进行实时监控、操作。集控层SCADA系统的数据服务器、后台监控主机及操作员站均设在集控中心的主控室内，监控各35kV区域变电所及各10kVN压开关站内设备运行状态，实现对各35kV区域变电所及各10kV高压开关站的远方监控，在集控中心可接收处理各35kV区域变电所及各10kV高压开关站内的各种实时数据，包括模拟量、开关量、保护定值及保护投退，运行人员可通过集控层sCADA系统进行操作。集控层sCADA系统与能源管理系统（EMS）进行通讯，为能源管理系统在全厂的供电参数、电量进行统计、分析，负荷预报以及操控等功能的实现提供必要的数据支持。工程要求电力自动化系统实现以上功能的基础上，力求减少投资，防止资源浪费，并且为以后的扩建和增容留下裕量。
2、电力自动化系统的实现方案
2.1 双网的电力自动化系统
双网的电力自动化系统：集控中心与各区域变站控层、IOKV子站站控层采用光纤双网结构，集控中心、区域变、IOKV子站各配备双前置机实现双机热备。运用该方案的优点是：利用双前置机和双层网络配置实现整个系统网络的冗余配置，增加系统的稳定性，提高网络的数据通信有效和实时性，同时实现了数据集中管理，资源共享。缺点是：所有设备全部采用主备配置，包括光纤、光纤转换器、前置机等全部为两套（其中尤其光纤需量最多），占用设备较多，造成工程投资过大。
2.2 环网的电力自动化系统
光纤双网、双前置造价高，投资大，树网、单前置过于简单，未考虑通讯回路冗余配置的缺陷，提出设计了一套光纤环网系统。采用环网的电力自动化系统：集控中心与各区域变站控层、10KV子站站控层采用光纤环网结构，集控中心、各35KV区域变、各10KV子站不分主次，只考虑地域，全部放在一个光纤环网内，集控中心、各35KV区域变、各10KV子站作为环网的一个节点，每个廿点配置单前置机和光纤服务器。
该系统在满足变电站自动化系统通信网络的稳定性要求的基础上，解决了减少投资问题，满足了集控中心通信主机对各站访问的通讯回路冗余配置、可以有效提高对各35KV区域变、各10KV子站不间断响应等要求，并且具有现场施工维护方便等优点。该光纤环网结构采用点到点的链路组成，实现集控中心对各点的访问。从上图可以看出，各个站点在这种结构中，分别可以从两个路径到达集控中心。高速冗余光纤环网具有传输速率高、抗电磁干扰性强等优点，此外，网络系统良好的冗余功能，使得控制系统的可靠性大幅提高。因此，高速冗余光纤环网是大型企业一般采用的网络方案。但是该光纤环网也存在不足，可以实现对各站的管理，但各区域变对所属各站的管理不易实现集中管理，并且，整个钢厂各站做环网结构投资相对过大，有时会造成资源的浪费。
2.3 环网+树网的电力自动化系统
系统优化设计时遵守的以下原则：（1）工程投资要相对小；（2）对重要站要采用双机或多机的冗余配置，（3）对重要站的光纤回路要采用冗余配置；（4）区域变所属各站要在区域变内够实现内部监控；（5）充分考虑后期的可扩展性。针对以上设计原则，考虑到用户不同工艺负责人的具体要求，我们最终采取环网与树网相结合使用的方案。整个网络组成为：集控中心、各区域变采用光纤环网结构，全部采用双机配置，保证重要站点后台和光纤通道的冗余配置，实现数据的不中断传输，确保了通信的可靠性；区域变及其所属各站采用树型结构，区域变本身已经双机配置，所属各站一般采用单机配置，实现区域变对所属各站的集中管理，确保工程投资的减少，方便后期工程的扩展。
整个网络以集控中心为中心，集控中心需要处理大量子站上传的的遥测、遥信、故障信息等数据，并且对数据处理后下发指令，实现远程遥控遥调等操作，为保证数据处理的速度和对故障信息的及时分析并快速下发指令的能力，工程采用的前置机配备两台服务器，并且两台服务器之间通过软件实现互为备用。
区域变相对来说只要采集最多不超过10个站的数据，任务量相对小，所以采用工业控制机，双机配置，互为备用，实现对区域变所属各站电气设备开关量和测量电流、测量电压、有功功率、无功功率和功率因数等的监视，但不实现控制（网络中所有的电气控制命令全部由集控中心的值班人员进行操作；每个站点配备后台监视系统，原因之一就是当地电气设备发生故障时，继电保护装置采集的故障录波数据非常大，要求上传到当地后台机，并进行保存，方便分析，处理，但是电气设备的故障录波数据不能通过网络上传到集控中心在处理，以防故障数据传输中大量的占据光纤路径，影响网络数据传输的实时性）。考虑集控中心到各区域变有可能距离较远，而多模光纤在距离超过2公里后信号将衰减，所以，根据企业的实际规划要求，对集控中心到各区域变的通讯采用单模光纤实现，采用光纤环网通讯，用单模光纤交换机实现，它可以实现自动备份路径功能，正常工作时，依靠光纤交换机的功能（自动备份环网）实现环网功能，并且集控中心和各区域变全部采用双机配置，通过接到光纤交换机上，依靠软件实现双机热备，这样就实现后台和网络的冗余配置。鉴于区域变所属各站之间的距离较近，一般不会超过2公里，并且考虑到设备的成本，所以采用多模光纤和多模光纤交换机以及多模光纤转换器（主要考虑多模光纤交换机以及多模光纤转换器的成本），区域变采用多模光纤交换机，与单模光纤交换机（环网应用）之间采用网口互连，并且考虑到网络的可扩展性，采用B类地址设NIP（便于后期扩展lP地址）；区域变下属各10kv子站一般采用单机配置，应用工业控制机，通过接到多模光纤转换器（或交换机）上，区域变端对应接到单模光纤交换机上，这样，一方面区域变作为一个小的监控中心，可以很方便的实现对所属各站的监视功能；另一方面，区域变所属各站可以方便的实现数据的上传和接受集控中心的指令，而不用经过区域变配置机器的转发，满足用户的设计要求。
随着电力系统自动化程度的提高，光纤通讯应用技术的普及和网络技术的发展，（环网+树网）综合表现要优于其他方案，这个方案提高变电站安全经济运行水平的主要手段，其中光纤网络的组态直接影响着通讯的可靠性和经济性等方面。