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高压变电站内自动化系统的一般配置
摘 要
提供快速，准确和优先的电力系统信息的需求会给电力公司的资源造成巨大损失，从而挑战其保持竞争力的能力。变电站自动化系统将帮助满足这些需求，减少运营和维护成本，同时最大程度地提高总投资回报率。本文使用最新的技术设计讨论了硬件，软件，远程控制，网络和监视等主要单元，这些单元创建了高压变电站自动化系统的一般配置。
1.简介
变电站自动化中基本使用的电源管理控制系统（PMCS）是用于工业或机构配电系统的监督管理和控制系统（SCADA）。电源管理控制系统包括四个基本部分：
（1）电源管理设备，（2）将这些设备连接到（3）运行电源管理控制系统软件的主机和动态数据交换（DDE）服务器的网络，该服务器监视设备以获取（4）客户端请求的数据软件程序，并将这些数据反馈给请求它的客户端。图：1显示了一个实际的PMCS网络的示例。以下几节[1，2,3]中介绍了构建PMCS的硬件和软件部分。
2.硬件
系统操作员界面位于变电站计算机上。根据要求，ii，系统可能包含数十到数百个智能电子设备（IED），这些设备均通过多级通信网络连接，并由主机PC进行监视和控制[4]。这些装置通常包括：
- 电动机，馈线，发电机和变压器保护继电器
- 电能和电能质量计
- 负载分接开关，电压调节器和电容器控制
- 可编程逻辑控制器（PLC）。
图：1具有实际设备的PMCS系统示例
PMCS操作
电源管理设备的复杂性和预期用途各不相同，但总体上它们的功能是相似的：它们收集有关特定电表，状态和事件参数（电压，安培，功耗，峰值，跳闸等）的数据。他们监视的各种信息记录在称为寄存器的特定存储位置中。寄存器按地址进行组织。设备寄存器，地址和内容的完整列表称为寄存器映射。PMCS已使用寄存器映射和其他设备进行了预编程。当用户使用连接到其网络的设备的详细信息配置PMCS时，软件会自动将适当的寄存器映射与给定的设备类型相关联。这使软件能够根据其类型在设备中定位信息。PMCS使用称为DDE（动态数据交换）的客户端-服务器体系结构进行操作。DOE是一种手段
0-7803-5957-7/00/$10.00 copy; 2000 IEEE
在PC上运行的软件程序之间交换信息[5]。客户端程序从服务器程序请求信息；服务器程序将满足这些请求。对于PMCS DDE服务器，这些请求用于由连接到PC的物理电源管理设备收集电源管理信息。PMCS DDE通信的示例如图2所示。
图2。PMCS DDE通讯周期
诸如PMCS Event Logger或Waveform Capture之类的客户端软件用于分析设备中的特定数据。每个客户端程序都需要特定的数据。来自特定设备。客户端向服务器发送一个DDE请求，服务器向设备查询所请求的信息，并且当它从设备接收到信息时，它将用所需的信息答复客户端的请求。DDE的一个重要方面是其“动态”特性。一旦客户端从服务器请求信息，就会建立指向该数据的“ DDE链接”。服务器将继续监视该信息，并且如果发生任何更改，会将新数据转发到客户端。
PMCS DDE服务器
PMCS动态数据交换（DDE）服务器是Windowsreg;NT应用程序，允许其他Windows
reg;NT应用程序可从设备访问数据。PMCS ODE服务器充当远程终端单元（RTU）或以太网电源管理网络与符合DOE的软件应用程序之间的桥梁，以进行显示，分析和控制。RTU协议（例如Modbus）是在RS485网络上运行的通信协议。RTU协议广泛支持监督控制和数据采集（SCADA）系统，建筑物管理系统（BMS）和分布式控制系统（DCS）。
RTU协议的开放体系结构提供了高度的灵活性，同时降低了与专有通信协议相关的风险。RTU协议的主要优点包括
-设备和系统可以轻松升级
-支持各种制造商提供的各种兼容设备
-在上游（到DCS，SCADA和BMS系统）和下游（到仪表和跳闸装置）的通信都非常灵活。
PMCS DDE服务器具有两个基本功能：它从连接的设备收集数据，并向客户端应用程序（在主机PC和联网PC上）提供数据。PMCS ODE Server跟踪连接到PMCS网络的设备，侦听来自客户端应用程序的数据请求，并按指定的时间间隔轮询来自适当设备的请求数据，并将其报告回给。客户。服务器不会连续轮询每个设备上的所有数据，除非被告知要这样做。为此，将需要巨大的网络带宽并导致性能下降。相反，PMCS DDE服务器仅检索客户端应用程序已请求的特定数据[6]。
电源管理设备
这些设备主要是测量设备-它们测量各种各样的电源相关数据或控制数据，这些数据描述了设备发生的情况。可以通过电源管理软件（例如PMCS DDE服务器）远程（通过网络）读取此数据。这些设备读取的数据存储在寄存器中，这些寄存器是设备内存中定义的特殊位置。客户端向服务器发送来自特定设备的数据请求。服务器知道设备的寄存器映射，并请求包含请求数据的寄存器块。每个设备的寄存器映射都已编程到PMCS DDE服务器中。然后，服务器可以将客户端应用程序的请求转换为发送到该特定设备的特定寄存器内容的请求；客户不需要知道哪个寄存器包含什么信息，只需要知道来自哪个设备的什么信息。PMCS DDE服务器负责细节，在发出数据请求后，服务器将继续监视来自特定设备的数据，并通过对客户端设备的任何更改来更新客户端应用程序。
网路
主机和IED之间的通信可以通过直接连接到主机上的串行1/0端口，也可以通过以太网远程进行。支持的串行接口包括使用电缆或光纤连接的RS232和RS485。标准TCP / IP堆栈中提供了局域网（LAN）或广域网（WAN）支持。
软件
Microsoft Windowsreg;NT操作系统上的电源管理控制系统软件（PMCS）nm
并使用不同的软件来提供变电站设备状态和趋势，设备的远程控制以及对系统状况的自动响应的图形表示。PMCS DDE服务器从网络上的计量，控制和保护设备收集计量，状态，事件和警报数据并将其传输到其他PMCS软件工具，例如事件记录器，波形捕获或通用HMI（人机界面）向导形成强大而灵活的电源管理系统[7]。可以轻松地将数据导入电子表格（例如Microsoft Excel）中进行分析和显示。标准系统软件包包括以下屏幕：
- 系统架构图
- 动画单线图
- 维护/监控屏幕
- 控制方式：屏幕
- 表格设备信息屏幕
- 内置系统性能监控
控制
用户界面提供对开关，断路器和其他设备的手动控制。该软件可以协调对断路器跳闸和合闸，闭锁/解锁/暂停重合闸以及电容器组切换的监督控制。可以使用WAN通信，并且监督控制可以扩展到下游重合器，线路开关和电容器组。可以提供以下用于控制变电站运行的可选功能：
- 标记-根据特定的操作和维护程序定制
- 互锁-可编程用于所有设备操作和场景
- 减载和恢复-可以定制变电站的运行，以根据系统电压和/或频率来减少和恢复负载
- 用于旧式SCADA接口的PC SCADA仿真器
- 热备用备份选项可实现冗余
分析
系统性能评估
系统的主机提供自己的运行状况报告，其中包括每个串行通信链路的平均CPU使用率，磁盘空间可用性和通信错误率，从而简化了通信诊断并降低了故障排除成本
以下功能将允许分析重要的变电站运行数据：
- 示波器查看器
- 事件序列日志和排序工具
- 系统性能状态
bull;与几种兼容 流行的桌面数据管理工具，例如Microsoftreg;ExcelTm值和
访问Tm值为用户提供对关键信息的访问权限，以便轻松生成自定义报告和操作操作数据。
通讯技术
PMCS旨在提供所需的灵活性，甚至可以满足最具挑战性和多样化的应用需求[8]。提供的功能可帮助确保系统扩展时继续保持成本效益，包括：
继电器接口
主机在每个IED的一个端口上直接或通过以太网与IED通信。在单设备/单端口模式下，每个端口可以支持不同的协议驱动程序。IED与主机的硬件连接可以通过光缆或铜线进行。
5.2.2视图节点功能
该系统可以基于客户端/服务器架构支持多个终端和站点。在任何一个站点中，可以选择以冗余模式配置多个主机，即，任何一个主机的故障都会导致所有功能自动转移到备用主机。
旧版SCADA接口
PMCS能够与现有SCADA系统接口。动态数据库中的任何数据都可以映射到SCADA传输中。
本地和远程访问
主机系统可以装有远程终端仿真软件，该软件允许通过包含类似软件的标准PC /笔记本电脑进行本地或远程访问。然后可以通过拨号电话线访问主机，也可以通过串行端口或以太网在本地访问主机。电源管理系统旨在与公用事业企业网络（即WAN）集成，以增强控制功能和远程公用事业位置之间的数据访问。通过使用一系列完全集成的应用程序工具，此类系统可以轻松获取准确，详细的信息并执行多种监视和控制功能。PMCS为RTU兼容设备和其他通信设备提供通信和控制功能。集中器轮询来自通信设备的数据，并将此数据与PMCS进行通信。PMCS还可以与其他Modbus RTU本地设备进行通信，例如可编程逻辑控制器（PLC）和电子功率计（EPM）波形捕获仪。
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- IED-时间同步
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系统中的所有IED（包括主机）都可以通过标准时间网络连接到绝对时间源。该网络为连接的IED提供事件时间同步到最接近的毫秒。
- 监控方式
计量/ IED状态
设备状态和实时值可从定制的单线图对象库获得，该对象库反映了变电站的物理布局。从IED连续轮询选择的值，并将其加载到主机的动态数据库中，以实时查看用户变电站中的关键数据。
事件顺序
由IED捕获并标记了线路故障，断路器操作和控制操作等事件的事件，并以标准数据库格式存储在主机上，以便于通过其他与Windowsreg;兼容的数据管理程序轻松访问。事件日志提供基于用户可选的排序参数（例如时间，日期，事件类型和设备类型）的显示选项。用户还可以对捕获的事件定义自定义查询，以提高灵活性。
状态和诊断
系统软件维护每个连接的IED实时状态的数据库，例如自检故障，输出触点位置，维护间隔，启用的本地控制等。继电器故障报告和断路器运行状况也会被捕获并显示在事件日志中，以便于系统评估和数据管理（可用数据为！取决于ED）。
设备启动通讯，监视器无法直接从其需要跟踪的设备请求信息。一个称为Monitor Proxy的特殊客户端应用程序为RTU Monitor提供了一种从网络设备获取其所需数据的方法。代理与PMCS DDE服务器一起在主机PC上运行。启动Monitor Proxy应用程序时，其首要任务是查询PMCS DOE Server，检查网段上的所有Monitor设备。如果找到了Monitor设备，则代理会记录其设备名称，然后向ODE Server询问每个Monitor的请求列表信息。监控器的请求列表列出了监控器需要显示的所有设备和特定数据。监视器将其请求列表发送回服务器，服务器将该信息传递到监视器代理，从而完成DDE事务。现在，代理服务器知道每个Monitor需要跟踪哪些设备以获取数据和事件。代理使用监视器的请求列表中的信息为设备和相应的寄存器与服务器建立DOE链接。服务器开始轮询这些设备以获取数据，并将数据发送回代理y。作为从设备，监控器无法启动通信或请求数据。但是，没有什么可以阻止监控器“窃听”网络流量的。Monitor监视该网段，以了解对该网段要跟踪的设备的请求和响应，并使用此信息来更新其显示。代理服务器本身不需要来自设备的数据，因为它的目的仅仅是创建对话，以便监视器可以监听答复[9]。代理会丢弃从DOE服务器收到的所有设备数据。代理在监控器与DOE通信中的协助作用图3.
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示波器和故障报告
系统会自动上载由连接到系统的IED创建的示波器，干扰和故障报告。这些数据在捕获时在原始设备中带有时间戳，与事件序列记录同步，并保存在PC的硬盘上，可在本地或远程访问以供操作员或分析人员显示
使用PMCS监控操作
在这种情况下，监视器的位置是备用的
_设备到主机计算机上的PMCS软件，并作为远程监视器，从而可以在主机PC以外的位置查看PMCS设备数据。当网络上存在PMCS DDE服务器时，网络上的监视器将作为
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