全景數據驗證跨安全分區變電運行控制平臺研究

曹敏，尹福榮，張玉龍

(1.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2.昆明能訊科技有限責任公司，昆明 650051)

全景數據驗證跨安全分區變電運行控制平臺研究

曹敏1，尹福榮2，張玉龍2

(1.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2.昆明能訊科技有限責任公司，昆明 650051)

針對目前變電站智能程序操作達不到理想的一鍵程序化操作要求，所驗證的信息不夠完全、信息關聯性弱、需要運行人員參與驗證過程等問題，研究開發一套基于全景數據綜合驗證的跨安全分區變電運行控制平臺，從平臺的架構、技術實現原理進行深入淺出的分析，平臺集成實現了全景信息的融合、多種電力規約的解析、一體化監控的變電運行駕駛艙，利用基于光敏電阻回路的反饋驗證機制，使智能變電站一鍵程序化操作能夠進行全面、自動的外部綜合信息驗證及結果反饋。

智能變電；程序化操作；綜合反饋驗證；駕駛艙

0 前言

隨著電網規模逐步擴大，其運行機制和特性日趨復雜，生產運行管理難度加大，而國內變電站自動化系統經過多年的發展已達到了較高的技術水平，有必要在技術上采取切實有效的措施，實現一鍵式程序化操作，保證操作安全，提高操作效率[1-2]。電力企業必須建立電力安全分區，在保證物理安全的同時也形成了數據通信和共享的壁壘，使得現階段智能變電站一鍵式程序化操作所涉及的設備無法進行外部信息驗證或所驗證的信息不完全、信息關聯性弱、需要運行人員參與驗證過程[3-6]。因此，面對日趨復雜的電力系統，在遵循安全分區原則的基礎上，打通數據壁壘，實現信息的自動化關聯綜合驗證的智能化變電運行控制顯得尤為重要。

基于全景數據綜合驗證的跨安全分區變電運行控制平臺利用光敏電阻控制技術，通過使用變電站安全分區隔離技術、變電運行設備智能遠控技術、變電運行設備智能監測技術、變電設備外環境驗證技術、變電站應用規約解析及組合技術等，使智能變電站一鍵程序化操作能夠進行全面、自動的外部綜合信息驗證及運用光敏控制技術進行驗證結果的反饋，充分滿足了一鍵程序化操作要求，減少設備操控過程中事故發生的可能性。

1 變電站智能程序化操作現狀

隨著科學技術的快速發展，電網的智能化程度越來越高，變電智能設備逐漸應用到變電站生產中，其中一鍵式程序化操作是智能變電站發展的重要內容和目標。現階段智能程序化操作過程中站控層、間隔層已具備完備的五防動態邏輯驗證功能，并具備五防聯動模擬操作功能，保證了設備操作的可靠性。但這種模式的一鍵式程序化操作驗證只能保證設備操作的可靠性而無法保證設備操作的綜合安全性，而安全性才是變電運行過程中最關鍵的因素。為了讓智能變電站一鍵式程序化操作也具備對設備綜合安全性的驗證，就必須將變電運行過程中的相關的信息傳入變電站控制系統中，但目前變電站工作票信息、技術監督分析數據、設備缺陷信息等用于驗證設備安全性的數據均處在變電安全III區中無法直接傳回變電安全I區提供給控制系統進行驗證。因為根據電網電力二次系統安全防護的總體原則 “安全分區、網絡專用、橫向認證、縱向隔離”的要求，變電控制處于變電安全I區，設備綜合信息一般處于變電安全III區，I區數據傳入III區必須經過正向物理隔離裝置，III區數據只能通過反向物理隔離裝置以文本文件形式傳到I區。

為了實現對所要操作的變電一次設備進行綜合安全性驗證，很多系統采用將部分綜合信息以文本的方式傳回安全I區，在控制系統中進行驗證；或者是采用在變電安全III區也部署一個用于外部信息驗證的系統，但是這些方式都存在問題，例如所驗證的信息不夠完全、信息關聯性弱、需要運行人員參與驗證過程等等，因此均達不到理想的一鍵程序化操作要求。

2 跨安全分區變電運行控制平臺

基于全景數據綜合驗證的跨安全分區變電運行控制平臺利用光敏電阻控制技術，通過使用變電站安全分區隔離技術、變電運行設備智能遠控技術、變電運行設備智能監測技術、變電設備外環境驗證技術、變電站應用規約解析及組合技術等，使智能變電站一鍵程序化操作能夠進行全面、自動的外部綜合信息驗證及運用光敏控制技術進行驗證結果的反饋。

2.1 平臺架構與技術原理

平臺總體由駕駛艙監控控制平臺分別連接電力規約解析裝置和正向物理隔離裝置構成；其中駕駛艙監控控制平臺由驗證反饋模塊分別連接駕駛艙控制模塊、駕駛艙監視模塊以及與駕駛艙監視模塊連接的全景信息平臺組成；平臺總體架構如圖1所示：

圖1 平臺總體架構圖

如圖1所示，駕駛艙控制模塊部署在變電站安全I區；在變電站安全I區與安全III區之間安裝正向物理隔離裝置；外部環境驗證模塊及全景信息平臺部署在變電站安全III區；

驗證反饋模塊由信號燈控制器連接信號燈、光敏電阻回路組成；

驗證反饋模塊通過光敏電阻回路與駕駛艙控制模塊連接；驗證反饋模塊通過信號燈控制器與駕駛艙監視模塊連接。

平臺利用光敏電阻控制技術、變電站安全分區隔離技術、變電運行設備智能遠控技術、變電運行設備智能監測技術、變電設備外環境驗證技術、變電站應用規約解析及組合技術等進行整合，通過在變電站安全I區部署駕駛艙控制模塊進行控制操作、在變電站安全I區與安全III區之間安裝正向物理隔離裝置進行安全I區到安全III區的單向數據傳輸、在變電站安全III區部署外部環境驗證模塊及全景信息平臺對設備綜合安全性進行綜合驗證，運用驗證反饋模塊將變電站安全III區的驗證結果間接反饋給變電站安全I區的控制模塊。

2.2 平臺功能及特點

2.2.1 變電全景信息的融合

全景信息平臺將各類數據集合統一建模、統一處理、統一分窗口展示，并統一上送。標準規范的龐大數據量為高級應用創造了必要基礎條件，改變了變電站各個子系統數據采用不同編碼規則、不同數據庫平臺所形成的若干信息孤島，將原來獨立設置的各類子系統功能，經過整理全部融合，在統一平臺上進行必要的數據結構重構，提高了數據利用率和互動性，提高系統的可靠性、集成性及維護性。

圖2 全景信息平臺結構圖

全景信息平臺作為變電站自動化系統的基礎，通過規范的信息采集渠道，構建覆蓋變電站各個子系統的信息資源共享體系，貫穿變電站的各個環節。平臺融合了自動化系統、狀態檢測、一體化電源、保護、PMU、故障錄波等各個子系統，將反應變電站各子系統以及運行的穩、暫、動態各類數據通過統一的數據接口接入，在站端完成數據集成和數據標準化，對站內高級應用提供來源唯一、全面、標準的信息數據源和統一面向模型的數據接口；對變電站開放標準化的全景信息數據，實現全站應用功能在站控層后臺的一體化配置及可視化展示。

2.2.2 多種電力規約解析的集成

電力規約解析裝置以綜合數據采集、規約解析、數據轉發特征，支持多變電站數據接入，支持供電局對下屬所有變電站的監控以及網公司對下屬所有供電局的監控，以多維數據的方式支持多點配置，以一維、二維、三維等多維數據的形式，在數據層面上對接入點進行劃分。低維向高維發送數據，高維向低維下達命令，形成一種金字塔的數據格式類型及數據流，從而支持網公司到供電局，供電局到變電站的全景數據通訊。

圖3 規約解析裝置原理圖

2.2.3 基于光敏電阻回路反饋驗證機制

光敏電阻的工作原理是基于內光電效應的。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，把兩電極做成梳狀。在黑暗環境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發產生的電子—空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現光電轉換[7]。

當外部信息驗證通過時，信號燈控制器將信號燈置于開啟狀態，信號燈照射到光敏電阻回路中激發電信號分別傳到駕駛艙控制模塊和信號燈控制器，控制模塊中的命令得以下達完成設備的控制操作，而信號燈控制器也再次將信號燈置于關閉狀態，以此完成整個操作的驗證。

2.2.4 一體化監控的變電運行駕駛艙

變電運行駕駛艙具有一鍵式控制、可視化監測、智能巡視、智能告警、分布程序化控制、智能分析決策、全景信息分級共享等特征[8-9]。

圖4 駕駛艙原理圖

通過智能監視、智能操作、智能輔助的高級應用窗口對變電站運行重點關注信息分層聚合、面向對象分類處理信息主動推送，使運行人員在駕駛艙中方便駕馭變電站全貌。精細到設備的區域安全劃分智能運行控制策略，實現多安全任務分區信息貫通，在變電運行駕駛艙全景展現集中式分析邏輯判斷，實現變電運行智能化。

3 結束語

基于全景數據綜合驗證的跨安全分區變電運行控制平臺集規約通訊、數據融合、監視控制、驗證反饋于一體化，在遵循電力二次系統安全防護總體原則的前提下，實現了一鍵式程序化操作及綜合信息驗證，保證了設備操作的可靠性和安全性。

[1] 葉鋒，沈峻，楊世驊，等.程序化操作在變電站自動化系統中的實現 [J].中國高新技術企業，2007，30(5)：79 -79.

[2] 丁泉，朱來強，胡道徐，等.變電站程序化操作及遠動裝置執行 [J].電力自動化設備，2007，27(8)：119-121. [3] 張豐，郭碧媛.變電站智能操作票系統與程序化操作系統結合方式探討 [J].電力自動化設備，2010，30(12)：117-120.

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[5] 張福權，謝志奇.電力二次安全分區后的生產數據安全訪問 [C].中國水力發電工程學會電力系統自動化專委會年會，2013.

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[7] 宋吉江，牛軼霞.光敏電阻的特性及應用 [J].家用電器，2000，(1)：55-57.

[8] 汪際峰，周華鋒，熊衛斌，等.復雜電力系統運行駕駛艙技術研究 [J].電力系統自動化，2014，(9).

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Research and Design on Cross-platform Operation Control Substation Secure Partition Based on Panorama Comprehensive Validation Data

CAO Min1，YIN Furong2，ZHANG Yulong2
(1.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China；2.Kunming ENERSUN technology Co.，Ltd.，Kunming 650051，China)

Aiming at the substation intelligent program operation is not up to the key procedure of the operation ideal requirements，verify that the information is not complete，the information of weak connection，need to run the personnel involved in the verification process and other issues，to research and develop a set of cross panoramic data partition comprehensive verification of substation operation control platform based on the analysis，to explain profound theories in simple language from the realization principle the architecture of the platform，platform integration technology，realizes the panoramic information fusion，the statute of the power analysis，integrated monitoring of substation operation in the cockpit，the use of feedback loop of photosensitive resistance verification mechanism based on the key program of intelligent substation，operation can be external validation and the results of the comprehensive integrated information，automatic feedback.

intelligent substation；programmed operation；comprehensive feedback test；cockpit

TM76

B

1006-7345(2015)05-0008-04

2015-05-14

曹敏 (1961)，男，碩士，教授級高級工程師，云南電網有限責任公司電力科學研究院，從事計量測試技術、電能測量和負載控制設備技術研究工作 (e-mail)cm1961＠sohu.com。

尹福榮，男，昆明能訊科技有限責任公司，從事數字電網技術、電力數據應用技術研究工作 (e-mail)yinfurong＠enersun.com.cn。

張玉龍，男，昆明能訊科技有限責任公司，從事數字電網技術、電力數據應用技術研究工作 (e-mail)zhangyulong＠enersun.com.cn。