變電站自動化與可控電抗器控制器通信系統

韋建波，鄧春明，周 攀，黃啟哲

（1．廣西電網公司河池供電局，廣西 河池547000；2．武漢大學電氣工程學院，湖北 武漢430072）

1 變電站自動化系統與可控電抗器控制器通信內容

1．1 基本要求

變電站自動化系統為主機，可控電抗器控制器為從機，雙方通過網絡接口通信，采用符合IEC870－5－103、IEC870－5－103通信規約；主機應有獨立的操作界面對從機進行監控和操作，有相應的數據庫來管理從機上傳的各種數據，并能對從機上報的報警信息作出報警動作。

1．2 控制器可以上報的內容

110kV和10 kV可控電抗器所在母線的系統三相電壓（110 kV 為相電壓、10 kV 為線電壓）、三相電流、有功功率、無功功率和功率因數；110 kV和10 kV可控電抗器支路的三線電流和無功功率；以上所規定的相應歷史數據；兩個控制器的操作日志；控制器監控的開關量狀態（可控電抗器斷路器狀態、母聯開關狀態等）；實時報警信息（脈沖輸出故障、功率測量故障、三相不平衡故障、缺相故障等）以及歷史報警信息；可控硅控制角度；控制器狀態（停止、啟動、手動、自動、故障）；控制器操作模式（功率因數給定控制、無功給定控制、電壓給定控制和綜合控制）。

1．3 控制器可以接受的操作

兩個控制器的啟動與停止；兩個控制器的操作模式設定（功率因數給定控制、無功給定控制、電壓給定控制和綜合控制）。

2 采用符合IEC870－5－103 、IEC870－5－104通信規約的優勢

采用標準的通信協議是提高變電站自動化系統的站內局域網的通信開放性、兼容性和可靠性的根本途徑。

廠家的內部規約，相比國際、國內標準的通信協議，其成熟度會較差。國際、國內標準的通信協議常常是組織業界最為權威的專家，總結業界的許多相關實踐經驗，并經反復討論才確定的。而相比之下，廠家的內部規約則不可能做到這一點。另外，國際、國內標準的通信協議是大家廣泛遵守的標準，對廠家和用戶都是開放的，這也更便于不同廠家之間的兼容實現。

3 通信實現

可控電抗器上都裝有對應PLC進行數據采集，采集數據實時上傳給可控電抗器控制器即觸摸屏，觸摸屏與PLC之間通過協議轉換器連接從而實現對可控電抗器的控制，主機為變電站自動化系統，從機為可控電抗器控制器觸摸屏，主機與從機之間通過協議轉換器連接，主機也可以對可控電抗器進行控制。串口之間采用Modbus協議通訊，網口之間采用104通信規約。

3．1 110 kV和10 kV MCR之間的調節關系

110kV和10 kV可控電抗器分別與對應的PLC相接，PLC可以采集可控電抗器所在母線的系統數據，觸摸顯示屏和自動化系統都可以對MCR投入的容量進行調節。

根據車河站實際情況可分為：當110 kV側母線電壓偏高超過0．93%時，若進一步投入MCR則會使110 kV側母線電壓下降的同時，10 kV側母線電壓也會下降；當10 kV母線電壓偏低超過－1．31%時，若進一步投入電容器組則會使10 kV側電壓上升的同時，110 kV母線電壓也會上升。

根據《GBT12325－2008電能質量 供電電壓偏差》規定：35 kV及以上供電電壓偏差正、負偏差絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20 kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%。可見110 kV、10 kV側電壓的合格范圍均較寬，在電壓控制過程中，可以根據實際情況具體調整。如針對110 kV電壓合格、10 kV電壓偏低的情況，可在110 kV電壓不越上限的前提下，適當增加10 kV電容器組的出力，將10 kV母線電壓抬高；就110 kV母線電壓偏高、10 kV電壓合格的情況而言，可在保證10 kV母線電壓不越下限的前提下，適當加大110 kV MCR的輸出容量，限制110 kV母線電壓偏高，以同時滿足中、低壓側的電壓偏差要求，達到更好的補償效果。

3．2 通信流程

為了實現通信的網口與串口之間相互自由通信，本文增加了協議轉換器。

對于Modbus協議通信，以Modbus事務處理（無差錯）為例，當服務器對客戶機響應時，它使用功能碼域來指示正常（無差錯），響應或者出現某種差錯（稱為異常響應），對于一個正常響應來說，服務器僅復制原始功能碼。

網口之間104協議通信流程包括鏈路初始化、總召喚、召喚一級數據、召喚二級數據、遙控過程等。本文以總召喚過程為例，如圖1所示。

3．3 通道配置及調試

3．3．1 協議轉換器的通道配置

協議轉換器采用網絡方式進行維護，將電腦與協議轉換器采用網口進行連接，協議轉換器可以被多個設備訪問，以下對協議轉換器進行配置。

首先配置接入子設備的通道。選擇接入的端口，配置“通道參數”。接入子設備的通道，工作模式選“主”（以下稱該通道為“主通道”），完成通道參數配置即可。按照子設備的參數，配置通道參數如規約、波特率、端口號、設備地址等。詳細方法參見后續說明。該通道按規約解析子設備上送的YC、YX等實時數據，存放在該通道的專屬緩沖區。

圖1 104協議總召喚流程

再依次配置每個接入主站的通道。選擇接入主站的通道，工作模式選“從”（以下稱該通道為“從通道”），不僅要完成通道參數配置，還要配置YC、YX、YK等索引表，選擇從子設備來的數據。該通道按YC、YX索引表存取主通道的數據，打包放在該通道的專屬緩沖區，依據主站命令，按照該通道規約發送給主站，同時接收主站的命令，轉發給主通道。

完成后重啟設備，檢查各通道的通訊情況。主通道主要檢測手段有查看“通道源碼”，從通道還可以查看實時數據。最后就是與主站核對數據，檢查數據的正確性，以及做YK等的測試。

3．3．2 設置索引表參數

當設置通道工作模式為“從”時，需要設置YC、YX、YK等索引表及系數等參數，指定需要發送的數據及順序。設置前要選擇確認需要設置的通道，即“端口”及“分通道”。設置方法以設置遙測參數為例（見圖2）。

圖2 遙測參數設置界面

圖2中，最左側“遙測點號”為發送數據的順序，1－N順序排列，N為發送數據的個數。“遙測名稱”為數據的標識，此功能暫時保留。“設置發送點號”為需要設置的發送點的數據源，包括兩部分含義，一是該點從哪個通道來，二是選自該通道的第幾點，如100001表示通道10的第一點。

3．3．3 通道源碼查看

選擇通道，點擊“啟動報文監視”查看報文。顯示方式有“16進制”及“ASCII”碼方式兩種。

4 結 論

本文結合車河變電站的實際運行情況，提出了變電站自動化系統與可控電抗器控制器之間的通信內容，并為實現該內容進行了程序設計以及模擬現場調試。調試結果表明本設計很成功，能夠根據變電站實時狀態進行相應的無功補償調整，也能夠接受系統的操作命令。

［1］ 黃益莊．變電站綜合自動化技術［M］．北京：中國電力出版社，2000．