0 引言
九十年代以前變電站大都是通過遠(yuǎn)動(dòng)終端（RTU）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集、處理、傳輸并接收上級(jí)調(diào)度控制中心下發(fā)的遙調(diào)、遙控命令。這種方式均為集中組屏，通過控制電纜將現(xiàn)場遙測、遙信、遙調(diào)及遙控信號(hào)全部引至主控樓的遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)房或控制機(jī)房內(nèi)的遙信端子柜和變送器柜上，站內(nèi)監(jiān)視和控制通過常規(guī)儀表盤、控制盤等設(shè)備來完成，上級(jí)調(diào)度對(duì)廠站的遙調(diào)、遙控命令通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)通信方式直接發(fā)給RTU，RTU經(jīng)過校核、處理再下發(fā)給現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)以達(dá)到遠(yuǎn)方控制要求。八十年代后期至九十年代初期以RTU兼當(dāng)?shù)毓δ艿姆绞皆谝恍S站開始采用，但常規(guī)儀表盤柜仍然保留，這種方式只是為現(xiàn)場調(diào)度員或監(jiān)視人員提供一種用計(jì)算機(jī)顯示畫面進(jìn)行監(jiān)視的手段，控制操作仍采用常規(guī)方式。九十年代中后期隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，以及微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的大量采用和變電站監(jiān)控系統(tǒng)在功能和可靠性方面的逐漸完善和提高，變電站監(jiān)控系統(tǒng)在新建和擴(kuò)建的變電站建設(shè)中得到較為廣泛采用。該系統(tǒng)通常采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按間隔設(shè)計(jì)，擴(kuò)充性好，安裝比較方便，各種控制電纜直接到繼電保護(hù)小室，小室內(nèi)I/O單元通過現(xiàn)場總線連接，并與站控層通過光纖連接，抗干擾能力強(qiáng)，大大地減少了控制電纜的使用和敷設(shè)數(shù)量。然而，由于生產(chǎn)廠家的不同，因此，所提供的系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能方面有較大的差異，有的系統(tǒng)能夠滿足站內(nèi)監(jiān)控的要求，但是，在有些指標(biāo)（如實(shí)時(shí)性）卻不能滿足上級(jí)調(diào)度控制中心的要求；有的系統(tǒng)雖然在指標(biāo)上能夠滿足兩者的要求，但是在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上又不盡合理。筆者將從以下幾個(gè)方面對(duì)變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案及其相關(guān)問題進(jìn)行探討。
1．變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案
變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由站控層和間隔層組成，其抗干擾能力、可靠性和穩(wěn)定性要滿足現(xiàn)場實(shí)時(shí)運(yùn)行的要求，滿足各調(diào)度端對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的要求，且應(yīng)具有較好的可擴(kuò)充性。系統(tǒng)具有遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、SOE功能，實(shí)時(shí)信息能以不同規(guī)約，通過專線通道或網(wǎng)絡(luò)通道向有關(guān)調(diào)度中心傳送，并接收指定調(diào)度中心的控制指令。
由于各廠家的系統(tǒng)不盡相同，其建議的技術(shù)方案也不同，實(shí)施后的效果也有很大差別，有些則達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，所以如何按照電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度的要求，搞好技術(shù)方案的設(shè)計(jì)，并使數(shù)據(jù)得到快速、有效、合理的處理，這些都是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中需要解決的問題，下面根據(jù)對(duì)變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究給出幾種可行方案供參考。
1．1方案1：如圖1所示
此方案的主要特點(diǎn)是：
（1）I/O測控單元支持網(wǎng)絡(luò)功能，直接接入站控層的以太網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)直接上網(wǎng)，減少了中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸比較快，但要求數(shù)據(jù)同時(shí)向站控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站傳送，遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站獨(dú)立構(gòu)建向有關(guān)調(diào)度中心傳送的數(shù)據(jù)庫；
（2）與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信采用專門的遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站完成，其實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一是通過專線利用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，采用規(guī)約主要有DL/T634-1997，IEC870－5－101，μ4F，CDT，CDC TypeⅡ，SC1801等，二是通過路由器上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，底層采用TCP/IP，規(guī)約主要有DL476－92，IEC60870－6 TASE 2，IEC870－5－104等。
1．2方案2：如圖2所示
此種方案的特點(diǎn)是：
（1）I/O測控單元通過現(xiàn)場總線鏈接，采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理單元接入站控層的以太網(wǎng)上，系統(tǒng)增加了一個(gè)中間數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，處理后的數(shù)據(jù)同時(shí)向站控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站傳送，遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站獨(dú)立構(gòu)建向有關(guān)調(diào)度中心傳送的數(shù)據(jù)庫，此方案主要解決I/O測控單元不能直接上以太網(wǎng)的問題；另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線要逐步向以太網(wǎng)過渡；
（2）各I/O測控單元與數(shù)據(jù)處理單元通過現(xiàn)場總線組成的網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
（3）與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信采用專門的遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站完成，其實(shí)現(xiàn)方式與方案1相同。
1．3方案3：如圖3所示
此種方案的特點(diǎn)是：
（1）I/O測控單元采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理單元接入站控層的以太網(wǎng)上，系統(tǒng)增加了一個(gè)中間數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，處理后的數(shù)據(jù)同時(shí)向站控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站傳送，遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站獨(dú)立構(gòu)建向有關(guān)調(diào)度中心傳送的數(shù)據(jù)庫，此方案主要解決I/O測控單元不能直接上以太網(wǎng)的問題；
（2）各I/O測控單元與數(shù)據(jù)處理單元通過串行總線傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
（3）與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信采用專門的遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站完成，其實(shí)現(xiàn)方式與方案1相同。
1．4方案4：如圖4所示
此種方案是方案2和方案3中遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)方式的的一種變化型式，其特點(diǎn)除方案2和方案3中各自具有的特點(diǎn)外，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理單元同時(shí)負(fù)責(zé)與有關(guān)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信（遠(yuǎn)動(dòng)專線和網(wǎng)絡(luò)）而不再設(shè)專門的遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站，其實(shí)現(xiàn)方式與上述三種方案所述相同。
這種方案也可看成是以常規(guī)RTU方式兼作站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分來實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)控系統(tǒng)功能的。
2．幾種方案的技術(shù)性能比較
第一種方案為分布式I/O采集裝置通過內(nèi)嵌網(wǎng)卡（口）直接上以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸不經(jīng)過轉(zhuǎn)接，直接送往主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)工作站，因而速度最快，數(shù)據(jù)通信（專線、網(wǎng)絡(luò)）由專用的遠(yuǎn)動(dòng)工作站完成，不足之處是網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重，這在設(shè)計(jì)中必須予以考慮，以及對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行優(yōu)化。
第二、三種方案中增加了中間數(shù)據(jù)處理機(jī)，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的集中和處理，這兩種方案主要解決了I/O測控單元不能直接上以太網(wǎng)的問題，由于在數(shù)據(jù)的傳輸過程中增加了一個(gè)環(huán)節(jié)，因而數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣确矫孑^第一、四種方案慢一些。
第四種方案中也增加了中間數(shù)據(jù)處理機(jī)，但此處理機(jī)不僅負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的集中和處理，同時(shí)也負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)方調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信，由于這種方案省掉了遠(yuǎn)動(dòng)工作站，故可降低造價(jià)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫草^快，這種方案不僅對(duì)中間數(shù)據(jù)處理機(jī)的技術(shù)性能、處理能力和處理速度要求較高，還要求該中間數(shù)據(jù)處理機(jī)具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信，一般來講該中間數(shù)據(jù)處理機(jī)要具有多CPU處理機(jī)制，能實(shí)時(shí)處理多任務(wù)、多進(jìn)程，這樣才能適應(yīng)多功能、高效率的要求。
上述四種方案中，遠(yuǎn)動(dòng)工作站和中間數(shù)據(jù)處理機(jī)要求采用冗余熱備用方式，以提高系統(tǒng)可靠性。
通過對(duì)四種方案的分析，我們認(rèn)為上述四種方案在做好優(yōu)化處理后均能滿足要求，但綜合比較來看第四種和第一種方案在數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)男屎退俣确矫娓鼮槔硐?，而且比第二、三種方案少配兩臺(tái)機(jī)器（中間數(shù)據(jù)處理機(jī)或遠(yuǎn)動(dòng)工作站），因而可降低一些造價(jià)。
另外，需要說明的是，上述四種方案中，均考慮了網(wǎng)絡(luò)通信方式，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中是否采用此種方式還要根據(jù)實(shí)際通信現(xiàn)狀來決定。
3．?dāng)?shù)據(jù)通信方式及數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約
目前數(shù)據(jù)通信的方式主要有兩種，一是常用的，在專線上實(shí)現(xiàn)的串行通信方式，采用規(guī)約主要有IEC870－5－101，DL/T634-1997，μ4F，CDT，CDC TypeⅡ，SC1801等，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)使用給數(shù)據(jù)通信帶來一種嶄新、快捷、可靠的方式，這就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式，計(jì)算機(jī)或RTU通過內(nèi)部網(wǎng)卡（口）利用路由器上電力數(shù)據(jù)網(wǎng)，以TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，由于路由器具有自動(dòng)選擇、切換路由的功能，使得數(shù)據(jù)通信較專線方式更加可靠，采用的通信規(guī)約主要有DL476－92，IEC60870－6 TASE 2，IEC870－5－104等，上述兩種方式中的數(shù)據(jù)通信規(guī)約，我們建議要逐步向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏，專線方式采用IEC870－5－101，網(wǎng)絡(luò)方式采用IEC60870－6 TASE 2和IEC870－5－104。
4．變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)需處理好與站內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)的關(guān)系
4．1變電站監(jiān)控系統(tǒng)與繼電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)系
繼電保護(hù)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著變電站和電網(wǎng)安全的重要使命，是保護(hù)電力系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，這是保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最后一道關(guān)口，其安全性、可靠性等級(jí)是最高的，這些都要求繼電保護(hù)系統(tǒng)必須是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。變電站監(jiān)控系統(tǒng)不得影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的獨(dú)立性，保護(hù)的控制回路不進(jìn)入站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)只是用來顯示，一個(gè)安全可靠性等級(jí)較低的系統(tǒng)，不能影響到安全可靠性要求更高的系統(tǒng)，這是一條原則，必須堅(jiān)持。
4．2變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與電能量采集系統(tǒng)的關(guān)系
在輸紐變電站及關(guān)口變電站一般都安裝有電能量采集系統(tǒng)，電能量采集系統(tǒng)向有關(guān)部門傳送電量信息時(shí)多采用撥號(hào)方式，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，給電量信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了另一種快速、方便的形式，所以電能量采集裝置可通過
