智能變電站數據通信網關機處理優化

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隨著智能變電站的發展，數據通信網關機在常規遠動四遙信息的基礎上，增加了順序控制、時鐘監測等功能，并將原有圖形網關機、保護信息子站、故障錄波器等的調度通信接口也集于一身。功能的擴充，導致數據通信網關機提供的服務內容越來越多，數據量越來越大，系統架構也因此變得復雜。但遙測數據依然是數據通信網關機處理最多的數據，作為基礎自動化數據，遙測也是穩態監控的主要數據來源，其準確性、穩定性直接影響使用穩態數據的其他應用，如狀態估計、自動電壓控制(AVC)、自動發電控制(AGC)等。數據通信網關機在實際應用中，經常會出現遙測數據跳變的問題，遙測數據跳變導致電網調度控制系統數據異常，進而影響電網安全穩定運行。通過對數據通信網關機遙測處理流程進行優化，可以解決遙測數據跳變的問題，提高數據通信網關機采集、轉發遙測數據的準確率。

1數據通信網關機組態模型

1.1數據通信網關機網絡結構

數據通信網關機在智能變電站的網絡結構如圖1所示。智能變電站為典型“三層兩網”結構，數據通信網關機作為站控層設備，是變電站與調度主站之間的信息接口，為主站系統實現變電站監視控制、信息查詢和遠程瀏覽等功能提供數據、模型和圖形的傳輸服務。

1.2數據通信網關機組態模型

數據通信網關機作為智能變電站和調度主站之間的一個網關裝置，采集變電站信息向調度數據網進行轉發，并接收主站下發命令轉發給站內IED裝置。從組態模型分析，數據通信網關機分為站控層IEC61850接入模塊、站內IED信息模型、邏輯合成計算模塊和轉發模型，如圖2所示。站控層IEC61850接入模塊：利用站控層網絡與站內支持IEC61850協議的IED設備進行通信。IED信息模型：包括接入的IED裝置和遙測、遙信、遙控、遙調和遙脈信息。合成計算模塊：包括取反、合并信號等邏輯運算的信息。轉發模塊：包括數據通信網關機向調度數據網轉發的IEC101通道、IEC104通道。

2遙測異常過程及分析

2.1遙測數據跳零現象

冀北某500kV智能變電站自投運后多次發生有功值跳零現象，如表1所示統計，影響了電網的正常監控和安全穩定運行。

2.2跳變節點判斷

通過對跳變期間的報文分析，可以判斷出跳變產生的節點是數據通信網關機、測控裝置、合并單元、交換機還是其他。本文針對05月16日跳變現象進行分析，15:18:47主站接收到該站發送的#2主變中壓側有功(信息體地址為0x4106)跳變報文0MW(浮點值62580200)。跳變前為-283.53MW(f6c48dc3)，15:18:50后跳變恢復至-291.29MW(36a691c3)，主站接收到的報文如圖3所示。利用工具抓取的同時段MMS報文顯示，報文序號分別為13832、16267和17240，報文值分別為-283.53、-285.78和-291.29。其中遙測值-283.53和-291.29正確轉發主站，即跳變前后的有功值；中間遙測值-285.78丟失而未轉發主站；跳變的中間遙測值0MW未出現在MMS包中。從跳變報文的解讀和分析，可以判斷遙測值跳零節點為數據通信網關機。

2.3跳變原因分析

由于跳變產生時機具有隨機性，為了捕捉跳變時刻的信息，采取輸出跳變日志的方式，分析數據通信網關機數據處理流程，可以進一步判斷是IEC61850接入模塊的原因還是轉發模塊的原因導致的跳變。因此在數據通信網關機中增加跳變日志輸出程序，分別輸出日志到m61850.log和iec104.log文件中，來偵測具體哪個環節導致的跳變。隨后，通道一和通道二的IEC104模塊遙測跳變邏輯在6月25日16時55分及17時15分監測到遙測跳變。信息體地址為16877(十六進制為0x41ED)的3號電抗油面溫度由-59.76(注：3號電抗未投運，故油面溫度采集正常值為負值)跳變為0；信息體地址為16797(十六進制為0x419D)的220kV亭金一線Uc由133.4跳變為0。同時，IEC61850接入模塊跳變監測邏輯并未輸出日志。根據上述跳變監測邏輯日志定位原因，兩個通道收到相同的遙測跳變則表明跳變數據來自共同源(IEC61850模塊)，此時IEC61850跳變日志邏輯并未輸出跳變日志，說明遙測跳變數據不是來自于變電站間隔層裝置，因跳變日志邏輯在IEC61850模塊發出遙測消息前一刻，則可定位為IEC61850發出遙測消息異常。

3遙測處理優化及驗證

3.1優化前遙測處理流程

分析數據通信網關機現有遙測處理機制，如圖4所示，發現IEC61850接入模塊接收遙測或遙脈報文后，按序存入遙測及遙脈緩存且數量加1。當遙測大數據量時收到遙脈報文，遙脈緊跟在遙測消息后，由于遙脈參與計算，使變化遙測總數與當前突變數據總數不一致，導致發出數量越限的遙測消息。此時越限遙測消息中全局索引值為隨機值，數值為遙脈數據(值為0，因為遙脈未采集數據)，當全局索引值剛好等于某個遙測值的全局索引值時，則該遙測跳變為零值。因為主變遙測數值變化更快，故主變功率值受影響次數較多。3.2遙測處理流程優化通過區分遙測和遙脈數據來對處理流程進行優化，優化后的遙測處理流程如圖5所示。IEC61850接入模塊接收遙測或遙脈報文后，首先判斷是否遙測消息，若為遙測，則進入遙測獨立流程；反之，進入遙脈獨立流程。遙測及遙脈數據流程的突變數據單獨計數，變化遙測或遙脈的計數與當前突變數據總數始終保持一致，則遙測消息最大個數不再越限，即不再超過12。

3.3遙測處理優化效果

對數據通信網關機遙測處理優化后，持續觀察該智能變電站遙測數據，沒有再發生遙測值跳變的故障，如圖6所示。對冀北地區各智能變電站進行排查，對同型號數據通信網關機進行相關升級優化，整體提高冀北地區遙測數據上送質量。

4結語

本文首先分析了智能變電站數據通信網關機的網絡結構和組態模型，然后對一起500kV智能變電站中主變有功值頻繁跳零的異常現象進行分析，通過對報文的分析確定跳變節點，通過增加跳變日志輸出輔助問題的判斷，發現了數據通信網關機遙測處理流程的缺陷，通過對處理流程進行優化，解決了遙測數據異常的問題，然后對冀北地區各智能變電站進行排查，對相關數據通信網關機進行升級優化，確保了數據通信網關機上送遙測的準確性和電網的安全穩定運行。

作者：李世群 顧穎 郭飛 康瑩 單位：國網冀北電力有限公司檢修分公司