云貴互聯通道工程遠動通信系統設計

李鳳龍 賈帥鋒 趙冠華 吳春昇

云貴互聯通道工程遠動通信系統設計

李鳳龍 賈帥鋒 趙冠華 吳春昇

（國家電網許繼集團有限公司，河南 許昌 461000）

本文介紹云貴互聯通道工程的建設狀況，闡述該直流輸電工程遠動通信系統的整體架構、功能設計及軟硬件實現，經過廠內功能性試驗和動態性試驗的驗證，其遠動通信系統能夠完全滿足云貴互聯通道工程的需求。該套遠動通信系統于2020年6月11日正式轉入商業運行。本文對特高壓直流輸電工程、超高壓直流輸電工程、背靠背直流工程及柔性直流輸電工程遠動通信系統的研究與設計具有一定的指導意義。

云貴互聯通道；遠動通信系統；直流工程；多端直流工程；功率計劃曲線

0 引言

2020年6月11日，世界首個±500kV三端直流輸電工程——南方電網公司云貴互聯通道工程順利竣工投產，并一次性實現三端雙極解鎖。該工程是國家重點輸變電項目，是南方電網公司貫徹國家綠色發展理念，落實新基建決策部署，助力粵港澳大灣區建設的標志性工程。新建云南祿勸換流站和1回聯接高肇直流送端高坡換流站的391km長的直流線路，改造貴州高坡換流站和廣東肇慶換流站，形成祿勸—高坡—肇慶三端直流，直流額定容量300萬kW。該工程在世界上首次實現將兩端直流改造為三端直流，實現多端直流靈活送電。該工程的正式投產對于大規模電能外送、受端多點分散接入、電網結構優化、進一步提高受端電網安全穩定運行水平具有重大意義。本文在充分研究DL/T 634.5104—2002、DL/T 634.5101—2002遠動傳輸規約、特高壓和柔性多端直流輸電工程控制保護系統設計的基礎上，結合該工程實際建設介紹祿高肇三端直流輸電工程遠動通信系統的設計與實現技術[1]。

1 遠動通信系統介紹

云貴互聯通道工程遠動通信系統裝置采用GWS—1型高壓直流輸電（high voltage direct current, HVDC）專用遠動裝置，系統設計首次實現采用全Linux操作系統平臺，代替原有直流輸電工程遠動服務端部署于Linux/UNIX系統，客戶端部署于Windows系統的架構模式。Linux系統因其穩定、開源、免費、安全、高效和降低了網絡攻擊風險等特點，被電力系統內部作為當前主流操作系統應用。因此，本工程遠動系統采用全Linux系統平臺設計，既能充分保證整個遠動通信系統的穩定可靠性及強大的處理能力，又能給運維人員提供簡捷易用的操作接口，是一種綜合性能優、安全性能高的系統配置方式。

遠動通信系統完成換流站交/直流站控系統、極控系統、閥控系統、站用電系統、直流保護系統等和各級調度中心之間的數據交換任務，屬于運行人員控制級的組成部分，通過站內冗余數據采集與監控（supervisory control and data acquisition, SCADA）系統局域網（local area network, LAN）與上述控制保護系統進行通信，并通過遠動通信鏈路與各級調度中心通信。

遠動通信系統需要向各級調度中心轉發換流站的運行狀態信息，包括遙信、遙測和事件順序記錄（sequence of event, SOE）等，同時承擔著將調度中心下發的控制命令正確轉發至控制系統（極控/閥控、交/直流站控）、將總調度中心下發的功率計劃值曲線正確轉發至運行人員監控系統工作站等任務。遠動通信系統是保證電網安全穩定運行的重要組成部分。它對接收到的本地和調度中心下發的控制命令等數據進行預處理，提供內部和外部通信協議之間的轉換和數據描述[2-5]。

2 遠動通信系統總體結構

遠動系統配置冗余的GWS—1裝置。換流站的控制和監測元件之間的通信是通過LAN來管理。冗余的LAN1、LAN2為主監控系統的通信網段，稱之為站SCADA LAN，連接運行人員監控系統、控制和保護系統等，LAN3是輔助監控系統通信網段，連接打印機、遠程訪問、診斷和管理工具一類系統。遠動裝置在站內對下只通過以太網接口和站SCADA LAN1/LAN2通信，采集控制保護相關數據；對上通過以太網接口和串行接口分別與雙平面調度數據網接口設備和光纖配線架設備相連，采用南方電力的光纖復合架空地線（optical fiber composite overhead ground wire, OPGW）光纖通信電路及調度數據網絡構成換流站至各級調度中心的通信系統。

主方式為調度數據網通信方式。采用RJ45 10M/ 100M/1 000M網口，遠動裝置通過調度數據網A、B平面兩臺交換機接入南方電力調度數據網，實現各級調度中心的電能管理系統（energy management system, EMS）通信，采用DL/T 634.5104—2002（南網）通信規約[1]。本通信方式采用雙平面調度數據網接入方式，是由于當前國家電網公司和南方電網公司為了確保廠站端到調度端的骨干網可靠穩定，故而采用基于冗余的外部網絡通道進行通信，將上述冗余的外部骨干網通道稱為雙平面調度數據網。

備用方式為點對點遠動通道，遠動裝置配置RS 232串行口連接通道切換裝置MSCR504和調制解調器，通道速率設置為2MByte/s和1 200Byte/s，與省級調度通信。另外，又采用以太網口接入南網總調的多業務傳送平臺（multi-service transport platform, MSTP）2M專線網，采用路由器將以太網口轉換為2M接口，再經同軸電纜至配線架與相關中調實現點對點通信。E1接口轉換是通過路由器來實現的，采用華為路由器AR1220E—S，模塊卡AR0MSDE12A00實現將網口轉為2M口。點對點通信采用DL/T 634.5104— 2002（南網）和DL/T 634.5101—2002通信規約[1]。

云貴互聯通道工程遠動通信系統總體結構如圖1所示。

3 硬件描述

GWS—1型HVDC專用遠動裝置采用整機無風扇、無硬盤結構的嵌入式工控硬件平臺，緊湊型金屬機箱，整機符合電力4級認證，具備運行穩定和免維護的特點，能夠很好地適應高壓直流輸電工程現場強烈的電磁干擾及其他惡劣環境，杜絕了高溫下服務器容易宕機的隱患。該裝置可以在-25℃～+55℃環境下正常作業。當出現裝置掉電現象時，在恢復電源的情況下，系統可實現自動重啟，同時遠動相關服務程序自動啟動，極大提高了遠動系統的穩定性、可靠性和健壯性。

另外，GWS—1型HVDC專用遠動裝置提高了多通道連接能力。裝置具有10個串行接口（RS 232/ 422/485）和8個千兆LAN端口的硬件配置，完全滿足換流站遠動通信系統與各級調度中心采用104網絡通信和101串口通信的需求。該裝置的設計省去了原有直流輸電工程采用101串口通信時需要服務器擴充串口的終端服務器，不再需要人工手動配置終端服務器相關參數和調試工作等，在一定程度上節省了人力、財力的同時給遠動設備的日常運維帶來了很多便利。另外，通過GWS—1型專用遠動裝置前面板指示燈可清晰觀測對應網口及串口的數據收發情況。

圖1 云貴互聯通道工程遠動通信系統總體結構

4 遠動通信系統軟件的實現

遠動通信系統軟件設計采用面向對象的ICE（interact communication engine）中間件的引用，簡化了分布式應用系統的開發過程，構成了模塊化設計的基礎。同時，分布式軟件體系結構使得人機界面可以遠程連接至服務程序，在換流站主控室工作站即可進行配置操作和運行維護，方便工程應用。模塊化的設計，使其具備良好的擴展性，預留數據結構和編程擴展接口，便于新的軟件、組件的開發和融合，能夠適應新的站內通信方式及調度中心通信的個性化需求。

圖2為遠動系統軟件結構，顯示了其中最主要的各個設計模塊及數據的流向。圖2中各功能模塊簡述如下。

前置模塊：通過冗余的站SCADA LAN與交/直流站控系統、極控系統、閥控系統、站用電系統、直流保護系統等進行數據交換，同時與規約處理模塊完成數據交換。

IEC 104 規約服務：采用標準的DL/T 634.5104— 2002協議設計規約服務程序。

IEC 101 規約服務：采用標準的DL/T 634.5101— 2002協議設計規約服務程序。

主/從模塊：主/從角色控制模塊，確定自身角色；同時也可設置為雙機值班模式，兩臺遠動機同時提供服務，實現負載均衡。

前置模塊中的遠動接口部分：進行數據預處理，發送和接收數據，也用于人機界面。

前置接口：規約服務程序中與前置模塊負責進行數據交換的接口部分。

過程數據庫：存儲轉發到控制中心的所有數據點的當前值，如遙信、遙測、SOE信息。

配置信息數據庫：提供每個數據點的信息，選擇轉發至哪個遠動通信鏈路（調度中心），包括每個鏈路相關的遠程終端單元（remote terminal unit, RTU）地址、數據傳輸類型、是否接受調度中心控制等信息配置。

圖2 遠動系統軟件結構

協議棧：每一個遠動通信鏈路均有一個協議棧，負責與調度中心交換數據。

人機界面接口：規約服務程序中提供給遠動通信系統人機界面程序的接口。

界面：集數據配置、調試和運行工況監視等各項功能于一體。

5 功率計劃曲線的實現

功率計劃曲線的實施應用屬于堅強智能電網建設中智能調度的核心組成部分，計劃曲線準確、及時下發，現場正確執行，對電網的安全性和可靠性至關重要。云貴互聯通道工程調度計劃曲線的接收模式利用遠動通道接收。當廠站端的遠動機接收到計劃曲線后，再由遠動機轉發至廠站內運行人員監控系統（HMI）自動導入執行[6-10]。

云貴互聯通道工程采用DL/T 634.5104—2002規約下發曲線，該規約基本標準中沒有定義計劃曲線的數據格式，需要通過擴展標準來實現[1]。南方電網擴展出帶長時標的多點設點命令，應用服務數據單元（application service data unit, ASDU）137，來下發計劃曲線。每條曲線分配289個地址，起始地址從26 369開始，該地址代表整條曲線地址，曲線按5min一個點從00:00開始到23:55，對應余下288個點的地址。計劃值傳輸流程如圖3所示。

圖3 計劃值傳輸流程

遠動機收到計劃值曲線后將發出告警聲音提示監盤人員接收新的曲線，并將計劃值曲線轉發到HMI工作站并存儲為文本格式，隨后遠動服務程序立即返回鏡像報文至南網總調，用以確認應用系統成功接收到計劃曲線。運行人員可將文本格式的計劃值曲線文件手動或自動導入SCADA系統，SCADA系統將按設定的時間下發功率與速率參考值到直流站控系統，實現直流輸電工程自動功率控制[11-12]。日功率計劃曲線的實時傳輸和自動功率控制功能的實現設計流程如圖4所示。

6 結論

本文結合實際介紹了云貴互聯通道工程遠動通信系統的整體架構、功能設計及軟硬件實現，完成了該工程遠動通信系統的現場部署及應用，從功能性試驗（functional performance test, FPT）到動態性試驗（dynamic performance test, DPT）及其工程應用，證實該系統的總體設計具備較高的穩定性和可靠性，對進一步豐富不同電壓等級的多端直流輸電工程、背靠背直流輸電工程及柔性直流輸電工程等遠動通信系統設計，提高電網安全運行水平均有相應的參考意義。

圖4 計劃曲線傳輸和自動功率控制實現設計流程

[1] 南方電網DL/T 634.5104—2002遠動協議實施細則: Q/CSG 110006—2012[S]. 2012.

[2] 孟榮, 范曉丹. 關于智能變電站自動化系統及設備的幾點建議[J]. 電氣技術, 2019, 20(9): 123-125.

[3] 許洪強. 調控云架構及應用展望[J]. 電網技術, 2017, 41(10): 3104-3111.

[4] 梁少華, 田杰, 曹冬明, 等. 柔性直流輸電系統控制保護方案[J]. 電力系統自動化, 2013, 37(15): 59-65.

[5] 湯奕, 崔晗, 李峰, 等. 人工智能在電力系統暫態問題中的應用綜述[J]. 中國電機工程學報, 2019, 39(1): 2-13.

[6] 熊家祚, 張能, 翟黨國, 等. 大規模電力電子設備接入的電力系統混合仿真接口技術綜述[J]. 電力系統保護與控制, 2018, 46(10): 152-161.

[7] 譚陽琛, 劉暢, 李程昊, 等. 基于ADPSS 的特高壓直流輸電控制保護系統開放式建模[J]. 電力系統保護與控制, 2018, 46(17): 99-108.

[8] 陸承宇, 阮黎翔, 杜奇偉, 等. 智能變電站遠動信息快速校核方法[J]. 電力系統保護與控制, 2015, 43(11): 128-133.

[9] 劉必晶, 徐海利, 林靜懷, 等. 遠動遙控的雙校驗方法研究[J]. 電力系統保護與控制, 2015, 43(8): 134- 138.

[10] 鄧勇, 馮學敏, 劉堅, 等. 程序化操作在調度自動化系統中的實現[J]. 電氣技術, 2018, 19(10): 87-91.

[11] 楊清波, 李立新, 李宇佳, 等. 智能電網調度控制系統試驗驗證技術[J]. 電力系統自動化, 2015, 39(1): 194-199.

[12] 李明節, 陶洪鑄, 許洪強, 等. 電網調控領域人工智能技術框架與應用展望[J]. 電網技術, 2020, 44(2): 393-400.

Design of remote control interface for Yunnan-Guizhou interconnection channel project

LI Fenglong JIA Shuaifeng ZHAO Guanhua WU Chunsheng

(State Grid XJ Group Co., Ltd, Xuchang, He’nan 461000)

The construction status of Yunnan-Guizhou interconnection channel project is introduced. The overall architecture, function design, software and hardware implementation of the remote control interface (RCI) for the high voltage direct current (HVDC) transmission project are described. After the functional performance test (FPT) and dynamic performance test (DPT) verification, the RCI meets the needs of Yunnan-Guizhou interconnection channel project and has been put into commercial operation on June 11, 2020. This paper has a certain guiding significance for the research and design of RCI for the ultra high voltage direct current (UHVDC) transmission project, HVDC transmission project, back-to-back DC transmission project and flexible DC transmission project.

Yunnan-Guizhou interconnection channel; remote control interface; HVDC project; multi-terminal DC project; power planning curve

2021-02-05

2021-03-17

李鳳龍（1987—），男，甘肅天水人，本科，工程師，主要從事高壓直流輸電遠動通信系統軟件設計。