变电所控制系统的基本结构和组态模式

制定变电所控制与保护接口的国际标准是当前国内外关心的热门话题。目前我国按综合自动化设计的变电所越来越多，新建变电所的继电保护设备和监控设备来自国内和国外不同厂家，各设备之间的通信规约必须统一，才可能顺利实现。

1.IEC制定的变电所控制系统

下面是IEC制定的变电所控制系统标准模型的基本结构与接口关系。

IEC制定的变电所控制系统标准模型的基本结构将变电所分成3个结构层次，见图7-4。

Level0为生产过程层，包括开关柜、变压器、表用变压器等一次设备，分别属TC17、TC14、TC38归口。

图7-4　变电所控制系统基本结构与接口

Level1为设备层，包括TC95归口管理的保护设备和扰动记录设备，TC57归口的控制、仪表、扰动记录和其他设备。

Level2为变电所层次，变电所的所级单元系统，包括与调度中心通信接口。三个层次间共有I1～I17共7个接口为保护设备与变电所主所系统间接口；I2为保护设备之间接口；I3为保护设备与控制设备之间接口；I4为表用变压器保护与监控设备之间接口；I5为断路器、变压器与保护设备、监控设备之间接口；I6为监控设备与变电所主站间接口；I7为技术服务。（注：TC为国际电工委员会文件编号）

2.EPRI定义的变电所自动化接口

对于变电所的二次设备，国际组织57技术委员会第10工作组将变电所自动化接口分成3类：①以TV、TA为主的一次、二次设备的接口设备；②保护控制仪表设备；③所级单元（stationunit）设备。传统RTU与调度中心的通信功能是所级单元设备最基本的一个功能，但所接设备功能的内涵更广、更深。EPRI在IEC的基础上将接口扩展为10个，对于这些设备之间的接口及其时间响应，EPRI也相应地定义了3类，见图7-5。

3.系统的组态模式

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图7-5　EPRI定义的接口分类1～10—接口

根据系统设计思想以及安装的物理位置不同，综合自动化系统的组态模式可以分成很多种类，且每一类又因变电所实际情况的不同而有所差异。由于国内目前暂无统一标准和规范，故对其定义是不尽相同的。尽管如此，对综合自动化系统的组态模式至少有这样的共识：从系统设计思想上划分有集中式、分布式和分散（层）分布；从安装物理位置上划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。

图7-6　集中式结构的变电所综合自动化系统示意图

（1）集中式。集中式的综合自动化系统是按功能划分的模式。系统各功能模块与硬件无关。各功能模块用模块化软件连接起来实现，并且集中采集信息，集中处理运算。但是对计算机的性能要求高，存在着系统可扩性、可维护性较差，难以应用DSP技术等诸多缺点。因此，这种模式在国外除了早期综合自动化系统中应用外，该模式目前已基本被更新的模式代替。不过该模式对于小型变电所仍具有一定的生命力。如国内集中式系统，它集保护功能、人机功能、“四遥”功能、自检功能等于一身，具有工作可靠，结构简单，性能价格比高的特点而得到几十个变电所的实际应用。集中式结构的变电所综合自动化系统示意图如图7-6所示。

（2）分布式。分布式组态模式一般按功能设计，采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（通常是多个从CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题，另外，可以选用具有优先级的网络系统解决数据传输瓶颈问题，提高了系统实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块（部件）正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏2种系统组态结构。它较多地适用于低压变电所。分布式组态（集中组成）模式的变电所综合自动化系统示意图如图7-7所示。

图7-7　分布式组态（集中组屏）模式的变电所综合自动化系统示意图

（3）分散（层）分布式。分散（层）分布式系统从逻辑上将变电所自动化划分为2层，即变电所层（所级测控单元）和间隔层（间隔单元）。它是采用“面向对象”即面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计的，间隔层中各数据采集中、控制单元（I/O单元）和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，各个单元的设备相互独立，仅通过通信网互连，并同所级测控主单元通信。通常，能在同隔层完成的功能一般不依赖通信网络，如保护功能本身不依赖于通信网。通信网的信通可以是光缆或双绞线等，该组态模式集中了分布式的全部优点，此外，还最大限度地压缩了二次设备及其繁杂的二次电缆，节省土建投资。系统本身配置灵活，从安装配置上除了能分散安装在间隔层开关柜上以外，还可以实现在控制室内集中组屏或分屏，即可以一部分集中在控制室内，另一部分集中在低压开关室内分别组屏等。系统具有很好的扩展性和维护性能。该模式是目前国内外变电所自动化系统结构中最热门的、比较先进的模式之一。它不仅适合应用在各种电压等级的变电所中，而且若在高压变电所中应用将更趋于合理，经济效益更好。分散（层）分布式组态模式的变电所综合自动化系统示意图如图7-8所示。

图7-8　分散（层）分布式组态模式的变电所综合自动化系统示意图

以上讨论的几种组态模式是按照IEC设计思想而构成的，它正在不断的应用和完善之中。随着我国的计算机、通信技术、控制理论及信息处理技术、新材料、新工艺的高速发展和应用，我国的自动化和综合自动化的变电所将越来越多。一个现代化控制、现代化管理变电运行体制的时代正在到来。