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1、1 前言随着南方电网二次一体化建设的推进，变电站内一二次设备以及相关配套设施的智能化程度逐步提高，普遍具备了通信、监视、控制等功能，对变电站进行全景监视、控制、管理的技术基础已经初步具备。目前已经存在的变电站相关保护控制系统偏重于变电站的运行，已经开展了相当多的和运行相关的电力智能应用工作，积累了丰富的实践经验，相关的标准规范也已逐步走向成熟，但是和变电站设备维护与管理相关的智能应用还处于起步阶段，开展的工作不够全面深入，尤其在变电站运行状态KPI指标体系的监视、变电站数据的智能综合展示、一次二次设备的管理与运行状况的预警、变电站环境监测、变电站的直流监测等方面存在技术和管理上的盲点。本项目的
2、目标是研究开发一套变电站驾驶舱系统，通过制定详尽的、个性化的指标体系，实时反映变电站系统运行状态、设备运维状态、运行环境状态，将各类监视分析对象的信息形象化、直观化、具体化。为继保、变电运行、设备检修、现场值班等专业人员提供监视、分析、查询、操作和仿真培训“一站式”操作平台，通过试点工程应用验证该系统的有效性，并制定相关的企业标准。2 术语和定义变电站驾驶舱：位于变电站站控层，为整个变电站提供运行监控、操作导航功能，具有综合数据采集、智能分析、智能控制特征的自动化系统运行监控：依据全景统一数据平台，实现电网运行数据、设备状态数据、环境数据的综合监视，完成站内设备的防护闭锁、顺序控制操作。依据高
3、级功能，实现变电站源端建模、全景感知、实时分析及自动操作任务。操作导航：依据专家知识库，为变电站运维管理提供可视化的智能分析诊断、导航决策，依据关键指标，综合评价变电站运行状况。全景数据平台：采用规范化基础数据及信息的变电站数据源，以统一标准的方式实现站内外信息交互和共享，为电力系统的保护和控制、运行及维护管理提供基础数据支撑，提供能够反映变电站电力系统运行的稳态、暂态、动态数据以及变电站设备运行状态、图像等数据集合的平台。智能支撑设备：位于变电站间隔层，为变电站驾驶舱提供分布式的保护、测量、控制、计量、稳控、故障录波功能的智能设备，包括继电保护装置、安全稳定装置、事故解列装置、故障录波装置、
4、测控装置、电度表、一次设备在线监测装置、视频监视设备、火灾报警装置、直流屏等辅助设备。辅助决策系统：通过干扰信号的自动分析过滤、故障分析模块的自动激活和故障自动分析、智能化提供故障试送和恢复方案、智能提供防误操作监控手段、智能化紧急减负荷操作指导、典型事故预案的自动调用等智能话手段，帮助运行人员快速、准确的处理电网事故。3 系统架构变电站驾驶舱系统是电力公司统一生产指挥技术支持系统家族的重要一员，利用类似于驾驶舱的集中采集、智能分析、智能控制、智能展示等技术实现变电站内运行监控、设备运维管理、环境管理和仿真培训功能，为变电站运行人员、管理人员、检修人员提供“一站式”决策支持服务。变电驾驶舱架构
5、如下图所示，它可分为，运行监控平台、操作导航平台2个部分。图3.1 系统架构图4 变电运行设备技术要求4.1 变电运行设备的构成运行设备包括变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备。由于目前真正意义上的智能化一次设备还没有，工程上采用比较多地是数字输出的电子式互感器、智能开关和一次设备+智能组件等智能一次设备。4.2 变电运行设备的技术要求4.2.1 变电运行设备的构成变电运行设备包括变压器、电抗器、电容器、断路器、隔离刀闸、电流/电压互感器等一次设备。由于目前真正意义上的智能化一次设备还没有，工程上采用比较多地是数字输出的电子式互感器、智能开关和一次设备+智能组件等智能一次设备。
6、4.2.2 变电运行设备的技术要求目前变电运行设备与二次设备的接口在合并单元和智能终端。4.2.2.1合并单元的基本要求 合并单元主要是对来自二次转换器的电流/电压数据进行时间相关组合和处理的物理单元，是针对电子式互感器，为保护/测控等二次设备提供一组时间同步（相关）的电流和电压采样值，其主要功能是汇集/合并多个电子式互感器的数据，获取电力系统电流和电压瞬时值，并以确定的数据品质传输到继电保护设备等； 合并单元的同步对时及守时要求极高，具体如下： （1） 合并单元应能够接收 IEC61588或B 码同步对时信号。（2） 合并单元正常情况下的对时精度应为 1s，守时精度范围为4s。 （3） 当外
7、部同步信号失去时，合并单元应该利用内部时钟进行守时。 4.2.2.2 智能终端的基本要求 智能终端是过程层的另一重要设备，逻辑上是一种智能组件，它与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备基于 GOOSE 机制采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、隔离刀闸、主变压器、高压电抗器等）的测量、控制等功能。智能终端主要技术要求如下： （1）应支持以 GOOSE 方式进行信息传输，GOOSE 信息处理时延应小于 1 ms。 （2）应具备GOOSE 命令记录功能，记录收到GOOSE 命令时刻、GOOSE 命令来源及出口动作时刻等内容，并能提供查看方法。 （3） 智能终端应具有信息转换和通信功能，
8、支持以 GOOSE 方式上传一次设备的状态信息，同时接收来自二次设备的 GOOSE 下行控制命令，实现对一次设备的实时控制功能。控制设备正常运行。5支撑智能设备技术要求5.1支撑智能设备构成驾驶舱支撑智能设备位于变电站间隔层，主要完成变电站的保护、测量、控制、计量、稳控、故障录波等功能，包括的设备主要要：继电保护装置、安全稳定装置、事故解列装置、故障录波装置、测控装置、电度表、一次设备在线监测装置、视频监视设备、火灾报警装置、直流屏等辅助设备。5.2支撑智能设备智能化技术为了支撑变电站驾驶舱功能的实施，驾驶舱的支撑智能设备需要统一到IEC61850的标准体系，统一到IEC61850数据模型，鉴
9、于目前IEC61850对变电站内相关设备的数据模型的描述不够完备（例如：一次设备在线监测），需要对IEC61850的数据模型进行适当的扩充，以支撑驾驶舱完成全景数据建模的功能。6 变电站驾驶舱技术研究变电站驾驶舱系统框架运行监控平台包括：电网运行监视程序化操作(顺控)一次设备监视二次设备监视五防环境监测PMU监视高级功能(智能告警,VQC)操作导航平台包括：高级智能分析系统KPI展示设备状态可视化(一次二次设备)视频显示(摄像头角度控制)6.1全景数据平台6.1.1功能示意图全景数据平台将全站信息和子系统融合，是变电站系统的技术基础，全景数据平台的主要任务即提供站内功能所需数据、信息服务，建立
10、变电站全景信息。系统将各种新系统进行集成和数据整合，采用高性能服务器，基于安全操作系统，将全站信息进行统一建模，建立信息统一存取的平台，首先达到“信息、服务一体化”的目的，为高级应用提供高效、可靠、稳定的数据。系统的结构示意图如图1所示：图1全景数据平台结构示意图如图1所示，全景数据平台作为基础对上支持各种互动式多组合功能站控层高级应用。全景数据平台建立了基于统一建模技术的实时数据库和应用无关的图形基系统。实现数据归一化模块和数据校验模块，并提供基于模型的API/SQL数据存取接口，以进行历史看存储服务，提供标准化通信接口，实现数据服务和文件服务。全景数据平台作为变电站自动化系统的基础，通过规
11、范的信息采集渠道，构建覆盖变电站各个子系统的信息资源共享体系，贯穿变电站的各个环节。全景数据平台融合了自动化系统、状态检测、一体化电源、保护、PMU、故障录波等各个子系统，将反映变电站各子系统以及运行的稳、暂、动态各类数据通过统一的数据接口接入，在站端完成数据集成和数据标准化。全景数据平台对站内高级应用提供来源唯一、全面、标准的信息数据源和统一面向模型的数据接口；对变电站开放标准化的全景信息数据，实现全站应用功能在站控层后台的一体化配置及可视化展示。全景数据平台将各类数据集合统一建模、统一处理、统一分窗口展示，并统一上送。标准规范的庞大数据量为高级应用创造了必要基础条件。全景数据平台改变了变电
12、站各个子系统数据采用不同编码规则、不同数据库平台所形成的若干信息孤岛。将原独立设置的各类子系统功能，经过整理全部融合，在统一平台上进行必要的数据结构重构，提高了数据利用率和互动性，提高系统的可靠性、集成性及维护性。全景数据平台提供规范统一的数据接口，便于变电站新的功能子系统的接入。建立全景数据库的准备工作包括：（1）数据模型的整合系统可以接入各种不同数据模型的子系统，通信对象服务器对这些不同的数据模型进行整合，统一成基于IEC 61850标准的数据模型。（2）数据模型的扩展在IEC 61850标准中，对变电站在线监测领域涉及较少。数据库根据IEC 61850标准的扩展原则，对在线监测领域的数据
13、模型进行扩展。（3）数据模型的转换系统可以根据需要对数据模型进行转换，包括：基于IEC 61850标准的模型和基于传统的线性点表的模型之间的转换；基于IEC61850标准的模型和基于IEC 61970标准的模型之间的转换。（4）通信协议的转换通信对象服务器可以根据不同的数据模型，转换对站外的通用通信协议：基于IEC61850标准的模型和接口以及基于IEC61970标准的模型和接口。6.2运行监控平台6.2.1功能示意图6.2.2参数管理6.2.2.1设备台账及维护管理应实现变电设备台帐的动态管理维护功能，变电站的电气设备包括一次设备、继电保护及安全自动装置设备、直流设备、防误装置设备、固定电测
14、仪表设备、自动化设备等。包括范围如下： 设备铭牌参数（名称、厂家、出厂日期、型号等）； 投入日期； 设备评级记录； 断路器跳闸记录； 设备检修、试验记录； 设备缺陷及处理情况； 设备事故、故障情况及原因分析； 变压器异常运行记录、主保护动作原因分析； 部件更换记录；具有设备缺陷管理功能，包括跟踪电网设备从发现缺陷到消除缺陷的全过程。电网设备缺陷包括运维人员在日常运行工作中（如设备巡视、运行监视、设备操作和测试维护等工作）发现的缺陷，专业人员在设备修、试、校工作中（如设备试验不合格）发现的缺陷，以及其他人员在进行监督性检查、巡视过程中发现的缺陷。运行值班管理提供登记运行值班中的各种工作记录。包括
15、交接班管理和运行日志记录。可根据运行记录格式配置，自动生成运行日志内容。设备维护工作管理。对设备维护过程产生工单，用来创建和计划资源，并作为各种维护活动的信息载体，完成紧急抢修、消缺，日常维护，预防性维护，项目维护等各项工作。可以利用保护自动化设备的CID文件中LPHD实现与设备管理中固定资产管理的接口功能，同时具备人工设备信息输入功能。6.2.2.2参数及定值管理应具有变电站二次设备的参数及定值管理功能，提供装置参数、定值、压板、当前定值区、开入量、模拟量的在线查看功能。l 离线数据：继电保护定值信息存储在全景数据平台，调用相应的定值单，进行定值核对，核对正确后送出返校成功信息。l 在线数据及操作：包括定值召唤，在进行继电保护定值切换、定值修改控制操作。 6.2.2.3巡视管理巡视管理包括日常巡视、特殊巡视。l 日常巡视：通过驾驶台可查看设备当前健康状况；通过驾驶台可查看巡视周期内的站内设备健康状况、站内设备告警，提供巡检报告及设备检修建议。l 特殊巡视：依据设备健康状况、天气状况及设备综合寿命管理进行调整，在接收到设备状态预警提示、气候预警提示后，应安排特殊巡视。通过驾驶台查看预警设备的状态监视图，针对设备的预警缺陷项目进行可视化动画查看，调取相关的在线监测数据、分析画面，生
