北极星智能电网在线讯:自动化系统作为智能变电站的核心环节，其功能分布、网络结构、和调度间的信息交换方式对于智能变电站的建设至关重要。为适应智能电网的发展要求，有必要认真思考智能变电站自动化系统的功能分布、网络冗余、信息共享、远程交互等技术，探索新型智能变电站自动化系统体系架构，促进智能变电站技术的进一步发展。
1）系统安全可靠需求
目前智能变电站保护、测控功能实现环节较多，整体响应时间较长，可靠性和速动性相对于传统保护和测控略有下降，不同功能之间还存在部分横向耦合。另外，通信环节可靠性直接影响着整个变电站自动化系统的稳定和安全运行，需要研究新的双网冗余机制，实现标准化的、无缝网络切换。
2）信息全网共享
限于远动通信规约传输容量和调度系统数据容量，智能变电站无法远传所有数据。现有主子站信息交互方式已成为提高电网运行监视及控制水平的瓶颈。
3）分布式应用支撑
目前国内外已开展了一些分布式应用的研究，但由于调度与变电站长期以来一直分立建设，缺少统一设计，使得分布式应用的应用策略、交互接口等不统一，造成智能变电站的现有应用尚未与调度主站相应应用实现广域协同。
4）系统维护可视化
智能变电站网络虚回路，缺乏直观有效的展示手段，运维人员无法掌握全站的二次虚回路、物理链路和装置间的关联关系。二次回路故障定位也较困难，给紧急处理的快速性和检修的效率带来一定影响。
1.新的系统架构
1.1架构示意图
为实现上述需求，本文探讨了一种新型变电站自动化系统实现方案。该系统可以减少功能实现环节、减少虚端子数量、提升网络冗余性能，提升变电站对各级调控主站的支撑能力。典型的220kV智能变电站自动化系统结构如图1所示，线路间隔的间隔层设备和过程层设备进行了纵向集成整合，系统网络采用并行冗余网络协议（PRP）实现双网，监控功能实现面向服务统一设计。
图1220kV新型智能变电站自动化系统架构示意图
1.2纵向集成的间隔设备
纵向集成的间隔设备是将线路、母联等间隔的过程层合并单元、智能终端功能和间隔层保护、测控功能进行集成，在一套装置中实现采集、保护逻辑或测控计算、出口输出。该装置通过MMS协议和站控层设备进行通信，向变电站其他设备输出采样值报文和GOOSE报文，并接收变电站其他设备的GOOSE控制报文，进行出口控制。如此，可以减少保护、测控功能实现环节，提高就地保护速动性和可靠性。站域保护、备自投、安全稳定控制装置等跨间隔的二次设备，则通过过程层接口，以网络方式接收由间隔纵向集成装置采集的开关量和模拟量，并通过过程层光口，以网络方式将控制输出传输至面向间隔的保护或测控装置中，实现对间隔的跳合闸和控制操作。
如图2是一个典型的110kV线路间隔纵向集成装置配置示意图。其集成了本间隔合并单元、智能终端、保护、测控功能，实现保护、测控所需的电气量的采集，实现与保护和测控相关的开关量采集和控制输出，并通过过程层接口与其它装置通讯，实现SV发送和GOOSE信息交互，站控层接口不变。
图2110kV线路间隔纵向集成装置示意图
220kV及以上的高压线路间隔一般要求保护、测控在不同装置中实现。可以将保护、测控功能进行解耦，分别研制新型多功能保护装置和多功能测控装置。新型保护装置集成保护相关的合并单元和智能终端功能，测控装置集成自动化相关过程层功能。如此可以实现保护、测控功能解耦，便于运维管理。
1.3并行冗余的通信网络
并行冗余协议（PRP）是ABB公司首先提出，IEC62439-3规定它的实现方式，其使用遵从PRP协议的双连接节点(DANP)执行冗余。PRP的网络冗余，是在链路层实现，可以实现双网的无缝切换，同时易于实现标准化，利于不同厂家设备的互操作。IEC61850第二版核心标准和技术报告都推荐推荐采用PRP实现双网冗余，ABB、西门子等国际知名公司已经进行了多次互操作试验。
1.4面向服务的监控功能
面向服务的监控功能统一设计了标准化的底层平台，改变以往调度与变电站系统的单一性交互手段，设计了各种交互服务，并采用面向服务的广域服务总线，实现纵向的服务灵活调用和信息互联互通，为调度与变电站系统的各类分布式应用协同提供了支撑，提高调度与变电站的标准化、一体化和互动化水平。在此架构基础上，对目前智能变电站的应用功能进行分析和总结，按照分布式一体化原则来设计和开发面向服务的变电站应用功能，实现调度与变电站之间广域协同的分布式一体化应用。系统架构具有良好的动态可伸缩性，既有能力支撑已有的应用，也可以方便地支撑新的业务功能，适应未来发展的新需求。
系统面向调度与变电站之间的信息按需共享和分布式应用信息交互需求，建立了面向调度的变电站各类支撑交互服务，包括状态估计服务、顺序控制服务、智能告警服务、远程画面浏览服务、模型服务、历史数据查询服务、安全认证服务等，支撑调度主站全网状态估计、综合智能告警、远方顺序控制、远程浏览、历史数据查询等应用功能，为调度与变电站的广域应用协同奠定技术基础，支撑调度主站对变电站的全景观测。
