变电站智能化监控系统中通信设备自动化配置方法研究

2024-05-17邓胜恩

通信电源技术 2024年6期

关键词：变电站智能化自动

邓胜恩

（国网湖南省电力有限公司湘西供电分公司，湖南湘西 416000）

0 引言

随着电力系统持续不断的发展，变电站作为电网的核心组成部分，其智能化监控系统已经成为确保电网安全稳定运行的关键[1]。在这样的背景下，实现通信设备自动化配置的方法就显得尤为关键，因为只有如此才能有效提升变电站智能化监控系统的效率。

1 变电站智能化监控系统概述

1.1 系统定义

变电站智能化监控系统是一种集物联网、大数据、人工智能等先进技术于一体的电力系统智能化解决方案，该系统通过部署大量高性能传感器，实现对变电站设备运行状态、环境数据以及安全隐患的实时监测，具体结构如图1 所示[2]。

图1 变电站智能化监控系统的结构

1.2 系统组成

以Cronet CC-5428-NS为代表的千兆交换机为例，将其用于变电站智能监控。变电站智能化监控系统支持多个千兆电口和扩展槽，此类交换机应具备丰富的2 层功能，以满足变电站内部复杂的网络需求。通过交换机的多个端口，连接并采集变电站内各种设备（如传感器、智能仪表等）的数据。交换机通过简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）等协议与网安监测设备对接，实现被动轮询和主动上报2 种方式的数据交互。通过这种方式，监控中心可以实时掌握变电站网络的安全状态，及时发现并处理潜在的安全风险。

1.3 系统缺陷

变电站智能化监控系统存在的问题包括监控孤岛、无法联动预防事故、缺失消防事件远程监控、缺乏环境监控、不能远程干预电气设备偷盗、机械门锁安全性低及实时监控管理不足等。常规变电站缺乏自诊断、故障记录分析和资源共享能力，难以检测二次系统故障和全面记录分析运行参数与故障信息。虽然在线感知系统能监测设备参数，但存在反馈不及时、无法提前判断异常和处理故障等问题。

2 通信设备自动化配置方法

2.1 通信设备自动化配置的概念

通信设备自动化配置为了保证数据可靠传输，往往需要制定固定格式的通信数据帧。通信双方需要按照制定好的格式组织和解析数据[3]。通过配网自动化终端设备实现自动化网络配置，提高网络管理效率，减少成本，并实现实时监控和控制。自动化网络技术能够实现自动发现、自动化配置、自动排错、自动管理以及自动优化等功能。

2.2 通信设备自动化配置的流程

准备通信参数配置信息，商定通信数据帧的格式，选择合适的数据帧校验算法，说明通信方式。例如，网口进行传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）通信时，需要说明设备是服务端还是客户端。制定控制命令，根据设备控制情况，制定具体的控制指令值，并给出指令用途与指令数据域的详细内容。在某些情况下，还需要根据具体需求选择配置模板或用户模板进行配置。

2.3 通信设备自动化配置的关键技术

首先，自动化配置系统须自动协商和设置参数，确保设备间通信顺畅。通过自动协商机制，系统根据设备通信能力和需求，确定最佳通信参数配置，实现设备互操作性和数据交换一致性，并根据通信环境和数据特性优化调整。其次，自动化配置系统须动态生成并执行控制命令，如开启/关闭设备、设置参数、查询状态等。最后，系统应根据设备实际情况和控制要求，自动构建相应命令并通过通信网络发送给设备执行。为了实现对全变电站主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及调度通信等综合性自动化功能，系统须根据设备的实际情况和控制要求自动构建相应的命令，并通过通信网络发送给设备执行。通过系统的智能化和自动化功能，变电站能够实现设备管理的精细化，提高运行效率，保障供电安全。系统不仅可以根据预设的参数和逻辑来判断设备的工作状态，还可以实时监测数据。

自动化配置系统与调度中心实现了无缝对接，能够实时上传变电站的运行数据和设备状态，接收调度中心的控制指令，并根据指令动态调整设备的运行状态。这种自动化的通信方式大大提高了变电站的响应速度和运行效率。

3 变电站智能化监控系统中通信设备自动化配置方法研究

3.1 需求分析

变电站智能辅助监控平台需要向变电站监控系统传输实时数据、实时告警数据以及视频联动，实现与变电站视频监控设备之间的实时视频调用、历史视频调用、云镜控制等功能[4]。根据《智能变电站技术导则》的定义，智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳以及环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成现场的需求采集。

3.2 自动化配置方法的设计与实现

为规范智能变电站的建设，满足大运行和调控一体化要求，按照“三统一”原则，明确子系统功能、组网方案、关键指标、部署建议以及设备选型。系统根据变电站设备配置和通信需求，自动调整配置参数，支持多种通信协议和数据格式，实现设备间无缝对接。一旦发现错误，系统立即启动纠正机制，记录关键信息和结果，赋予常规变电站自诊断能力，优化在线感知系统，实现设备参数实时反馈和异常预警。采用IEC 61850系列标准，方便系统集成，降低工程费用[5]。因此，可以快速解除异常，使系统尽快恢复正常状态。

3.3 自动化配置方法的性能评估

监控主机的多功能标准接口能够接入不同厂家的各种探测器、传感器以及安防、消防设备，具有良好的兼容性。变电站智能化监控系统应满足国家电网的“四统一”要求，包括统一监控、调度、配置及报表，满足信息数字化、功能集成化、结构紧凑化并状态可视化的要求。通过整合原有的分散系统，如计算机监控、保护信息子站、五防子站、电能计量及在线监控等，智能变电站优化了系统结构。自动化配置的性能评估结果如表1 所示。

表1 自动化配置的性能评估结果

设备的吞吐量达到了100 Mb/s，延迟为10 ms，相对较低，丢包率为0.1%，在可接受的范围内。转发速度为50 000 pps，表现出良好的数据转发能力。网络节点的可达性为100%，说明网络连接非常稳定。信道利用率为70%，信道容量为1 Gb/s，还有一定的提升空间以应对未来的数据传输需求。带宽利用率为60%，说明当前网络带宽的使用相对合理。平均传输延迟为15 ms，延迟抖动为±5 ms，都在可接受的范围内。系统的可靠性为98.99%，可用性为高，最大并发连接数为1 000，响应延迟为5 ms，每秒处理请求数为500 req/s，数据库大小为1 TB，具备较大的存储容量。最大并发事务处理能力为200，最大连接数为500，吞吐量为500 Mb/s，响应时间为8 ms，资源利用率为75%，整体表现良好。