CN105071532A - 一种变电站自动化系统 - Google Patents

Abstract

变电站自动化系统将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与控制中心通信等综合性自动化功能。

Description

一种变电站自动化系统

技术领域

本发明涉及一种电力电网系统变电站控制的技术领域，具体的来说，是一种变电站自动化系统。

背景技术

变电站是输配电系统的重要环节，传统的变电站二次回路部分是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测距、直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的．它们各自采用独立的装置来完成自身的功能且均自成系统，由此不可避免地产生各类装置之间功能相互覆盖，部件重复配置，耗用大量的连接线和电缆。同时维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平；不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。无法满足降低变电站造价和提高其安全与经济运行的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种变电站自动化系统，变电站自动化系统将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与控制中心通信等综合性自动化功能。

将变电站自动化系统按功能和逻辑通信抽象为3层体系结构：变电站层、间隔层、过程层。

过程层是一次设备与二次设备的结合面，过程层的主要功能分为三类：

(1)实时运行电气量检测。主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得到。通过数字量的采集来采集模拟信号，动态性能好，抗干扰性能强；

(2)运行设备状态检测。变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统等。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据；

(3)操作控制命令执行。操作控制命令的执行包括变压器分接头调节控制、电容、电抗器投切控制、断路器、隔离开关分合控制以及直流电源冲放电控制等；

间隔层的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备的保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别控制；执行数据的承上启下通信传输功能，同时高速完成与过程层及变电站层的网络通信功能。

变电站层的主要功能是：通过网络汇总全站的实时数据信息，刷新实时数据库，更新历史数据库；将有关数据信息送往电网调度或控制中心：接收电网调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控、人机交互功能；具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能等。

变电站总线用于变电站层和间隔层间通信，过程总线用于间隔层和过程层间通信，采用过程总线的采样值传输基于以太网方式。采样值传输可分为两种类型：客户端／服务器服务和采样值服务。客户端／服务器服务实现对采样值控制块的操作，属于对采样值进行处理后的数据传输，时间要求相对较低，通过SCSM映射到应用层为MMS的TCP／IP以太网。采样值服务实现对分组广播采样值类模型和单播采样值类模型的操作，属于原始数据传输，对传输时间要求严格，由ASDU直接映射到以太网链路层。

通用变电站时间类模型包括通用面向对象变电站事件和通用变电站状态事件两个控制类。通用面向对象变电站事件用于支持由数据集组织的大范围内公共数据交换。由于通用面向对象变电站事件中包含状态量改变信息，以及最后一次状态量改变的时间，因此通用面向对象变电站事件需要较快的传输速度，传输过程中通用面向对象变电站事件直接映射到链路层协议数据单元。通用变电站状态事件模型与通用面向对象变电站事件模型相似，只是信息交换的类型不同，通用变电站状态事件用于传送简单的状态信息列表。通用变电站状态事件采用其特有的协议栈，应用层映射到MMS，下层采用无连接网络协议，采取广播或分组广播的传输模式进行数据传输。

变电站自动化系统网络通信中包括：使用MMS作为网络应用层协议进行的实时数据交换。通过http、xml、网络浏览器进行的非实时数据交换。采用单点到多点的单向传输以太网的实时数据交换。

变电站综合自动化系统的主要功能包括：

(1)微机保护功能

包括线路保护，馈线保护(带一次或多次重合闸功能)、母线保护、变压器保护、电

容器保护，备用电源自投、低周减载等。

(2)数据采集

采集状态量、模拟量和脉冲量等；

①状态量采集

包括断路器状态、隔离开关状态、接地刀闸状态，变压器分接头位置等，这些信号大部分采用光电隔离方式的开关量中断输入。对重要的状态量(如断路器位置)采用双位置接点进行采集，以保证正确无误地反映断路器位置，防止继电器触点的失效与抖动而引起的状态误报；

②模拟量采集

采样各段母线电压、各进出线回路的电流和功率值；电网频率与相位等电量参数以及变压器的温度、压力等非电量参数。电量参数在自动化系统中采用交流采样，直接采集由电流互感器与电压互感器提供的交流参数，对非电量参数的采集采用变送器和A／D变换方式；

③电能采集

包括有功电能和无功电能数据，并能实现分时累加、电能平衡等功能；

(3)事件记录及故障录波

事件记录包括保护动作序列记录，开关跳合记录，当出现电网故障时(如接地短路故障)，能记录故障前后一段时间的波形，以供分析。

(4)远方整定保护定值

对各保护装置，可在当地或远方设置一组或多组保护定值，并可在当地或远方显示、切换整定值。

(5)控制和操作

可对断路器，隔离开关的分、合进行操作，对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行换切。

控制和操作可在远方的调度中心或变电站内的后台监控系统的显示器及键盘上发命令完成，也可在装置面板上进行操作，以保证系统的更高的使用灵活性。控制和操作还应包括闭锁和防误功能。

(6)电压自动调节、电容器自动投切和备用电源自投

按系统电压与功率因数变化自动调节变压器分接头位置或投切电容器。当主供电源失效后，备用电源自动投入。

(7)与远方调度中心通信

实现远动装置的常规的遥测、遥信、遥控和遥调四遥功能，即将采集的数字量和状态量实时地送往调度中心，并接受上级调度中心的控制和调节操作命令。若有事故发生，如开关变位等事故发生或数字量越限时则插入优先发送，及时向调度中心报警。此外还将故障录波和其他继电保护信息送往调度中心，同时接受调度中心发来的修改继电保护整定值的命令等。传送通道可以是电力载波、微波、光纤或专用通道。

(8)数据处理和统计记录

系统将采集来的状态量、数字量和脉冲量按规定的要求进行处理，送往当地监控系统的后台机和上级调度中心。这些数据包括：输电线的电流、有功功率，无功功率、母线电压等；断路器动作次数等。

(9)人机交互功能

操作人员的人机交互界面是显示器屏幕与键盘或鼠标器，可实现下列主要功能：屏幕上可显示各种画面、数据和表格，包括主接线图、开关状态、潮流信息、报警画面、事故记录、负荷曲线，系统的配置和工作情况、保护整定值、日运行报表等，并可将显示画面和表格拷贝打印记录下来。

实施远方控制和操作，保护装置的投入和退出、断路器以及隔离开关的操作、变压器分接头位置控制等。

输入或修改数据，远方操作的密码、操作人员的代码、保护定值的设置和修改、报警值设置和修改、远方／当地操作的设置等。显示系统各设备的诊断自检结果。

(10)系统的自诊断检测功能

系统的各装置如保护装置、数据采集装置、控制装置等都具有自诊断功能，诊断结果周期性地送当地监控系统的后台机和远方调度中心。

变电站包括十个数据接口：

接口一用于间隔层和变电站层之间交换保护数据，接口六用于间隔层和变电站层之间交换控制数据，间隔层和变电站层的通信包括：a．测量及状态信息。正常和事故情况下的测量值和计算值，断路器、隔离开关、主变压器分接开关位置、各间隔层运行状态、保护动作信息等。b．操作信息。断路器和隔离开关的分、合命令，主变压器分接头位置的调节，自动装置的投入与退出等。c．参数信息。微机保护和自动装置的整定值等。

接口二用于间隔层和远方保护之间交换保护数据，在当地和远方站继电保护单元之间的模拟信号或二进制信号的数据流。

接口三用于间隔层内交换数据，间隔层的设备有控制测量单元和/或继电保护单元，间隔层内的通信即是在继电保护和控制、监视、测量之间的数据流，或是两个或多个继电保护功能／设备间的数据流。包括测量数据、断路器状态、器件的运行状态、同步采样信息等。

接口四用于过程层和间隔层之间电流和电压瞬时数据交换，接口五用于过程层和间隔层之间交换控制数据，在间隔层和高压一次设备的智能传感器和执行器之间的数据流。间隔层的设备大多数需要从过程层的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息，这些信息包括：断路器和隔离开关位置、主变压器分接头位置，变压器、互感器、避雷器的诊断信息以及断路器操作信息。

接口七用于变电站层和远方工程师站之间交换数据。

接口八用于间隔层之间交换数据，不同间隔层之间的数据交换有：主、后备继电保护工作状态、互锁，相关保护动作闭锁，电压无功综合控制装置等信息。

接口九用于变电站层之间交换数据，变电站层的不同设备之间的通信，根据设备的任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作命令等。

接口十用于变电站层和远方工程师站之间交换控制数据，远方中心是一个具有固定的链路连接的网络控制中心，或具有通过公共网络的拨号链路的维修中心。事件由一个外部时钟或集成到系统中的时钟和变电站同步。

变电站自动化通信网络传输的报文包括：

(1)快速报文

该类型报文一般是些简单二进制编码，包含数据、命令或简单报文等，如跳闸、合闸、重合、启动、停止、闭锁、解锁、触发、解除、状态变化。接收IED在正常情况下接收到该报文后，由接收该类型报文的相关功能以某种方式立即响应；

面向变电站事件的通用对象报文属于快速报文。面向变电站事件的通用对象报文包括间隔设备发给过程设备的保护出口动作信息、跳闸、合闸、闭锁等命令以及过程设备向间隔设备发出的开关分合、设备投退、分接头调整、档位切换等信息；

(2)中速报文

报文中包含一个发送方设置的时标，正常情况下，经过内部时间延迟，接收方作出响应，依据报文中的时标进行计算。包括监控主机轮询或间隔设备周期上送的遥测、遥信报文，间隔设备向监控主机主动上送的事件报告或设备状态报文；

(3)低速报文

包括需要时标的复杂报文，用于传输事件记录、读取或改变设定点的值、慢速自动控制及一些系统数据的一般显示。正常报警／事件处理的带时标的报警和事件、温度之类的非电气测量等报文属于该类型；

(4)原始数据报文

该报文类型包含数字化传感器和数字互感器的输出数据，数据由来自每个IED的连续的同步数据流构成；

采样值传输报文为原始数据报文。采样值传输报文将电流、电压互感器二次输出的模拟值进行A／D转换后形成的数字量，是保护、测控等功能的基础。采样值传输报文周期性的传送；

(5)文件传输报文

报文用于传输记录、信息用途数据、定值等大型数据文件；

(6)时间同步报文

报文用于同步变电站自动化系统内IED的内部时钟。根据事件时标或原始数据采样精度而要求不同级别的时间同步精度。服务器通过接收GPS信号或自带的原子钟作为系统的时间基准，客户机通过定期访问服务器提供的时间服务获得准确的时间信息，调整自己的系统时钟，达到网络时间同步的目的；

(7)访问控制命令报文

报文用于传输控制命令，控制命令由要求较高安全性的本地或远程人机接口功能发出；

监控系统面对变电站内的运行人员，使运行人员通过对计算机的操作实现整个电站的监视、测量和遥控等作业，提高变电站运行的可靠性、经济性和易维护性，使值班人员和系统调度人员把握安全控制、事故处理的主动性，减少和避免误操作、误判断等。监控系统包括；

(1)实时数据采集与处理

该功能包括：采集变电站内各个保护测量单元的模拟量、开关量、电度量、保护动作等信息，以及其它一些多功能仪表的信息，并保证不断的得到快速更新，使系统对各种事件进行快速响应；对数据信息进行一些必要的预处理，如对通信协议的解析、数据信息分类、更新数据库等；

(2)在线监视

在线监视主要是对站内各种电气设备的运行状态进行实时的监视，在系统一次主接线图上实时显示各电气设备的电压、电流、频率和开关状态等各种状态数据，就是将采集的数据信息以友好的界面表现给运行人员；

监视内容包括：

1)显示变电站电气主接线图、实时采集和计算的实时电气参数。电气主接线图上断路器和隔离刀闸的位置要与实时状态相对应。系统实时采集和计算出来的电压、电流、有功电能、无功电能、功率因数、频率以及各种过程层智能设备的在线状态参数等，在显示器上实时显示出来；

2)实时报警显示。如显示保护动作、越限事件，包括报警事件和内容等；

3)事件顺序记录显示。按顺序显示事件所发生的内容及时间；

4)保护定值和测控装置的设定值显示；

5)各种历史数据曲线趋势显示。如显示母线电压曲线、交压器负荷曲线等；

6)其他数据显示。包括报表、故障记录、设备运行状况等；

(3)运行控制；

提供便捷友好的控制界面，运行人员可以通过键盘或鼠标对站内备保护及测量单元进行校时、下发保护定值以及分合断路器、调节变压器分接头、对电容器进行投切控制等操作。同时能接受遥控操作命令，进行远方操作；

(4)历史数据记录与查询

将采集的各个保护测量单元的模拟量、开关量、电度量，以及系统运行期间的信息，如时间顺序记录、故障录波、运行人员的操作记录等，定期保存到历史数据库中。并对其进行分类索引，以方便查询；

(5)与上级调度通讯

把站内的各种装置所提供的数据信息，按照需要归整成通讯报文．在上级调度需要时进行上传，对上级调度下发的命令接受、解析并完成。

附图说明

图1是本发明一种变电站自动化系统的结构框架图。

具体实施方式

如图1所示，一种变电站自动化系统，变电站自动化系统将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与控制中心通信等综合性自动化功能。

将变电站自动化系统按功能和逻辑通信抽象为3层体系结构：变电站层、间隔层、过程层。

过程层是一次设备与二次设备的结合面，过程层的主要功能分为三类：

(1)实时运行电气量检测。主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得到。通过数字量的采集来采集模拟信号，动态性能好，抗干扰性能强；

(2)运行设备状态检测。变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统等。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据；

(3)操作控制命令执行。操作控制命令的执行包括变压器分接头调节控制、电容、电抗器投切控制、断路器、隔离开关分合控制以及直流电源冲放电控制等；

间隔层的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备的保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别控制；执行数据的承上启下通信传输功能，同时高速完成与过程层及变电站层的网络通信功能。

变电站层的主要功能是：通过网络汇总全站的实时数据信息，刷新实时数据库，更新历史数据库；将有关数据信息送往电网调度或控制中心：接收电网调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控、人机交互功能；具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能等。

变电站总线用于变电站层和间隔层间通信，过程总线用于间隔层和过程层间通信，采用过程总线的采样值传输基于以太网方式。采样值传输可分为两种类型：客户端／服务器服务和采样值服务。客户端／服务器服务实现对采样值控制块的操作，属于对采样值进行处理后的数据传输，时间要求相对较低，通过SCSM映射到应用层为MMS的TCP／IP以太网。采样值服务实现对分组广播采样值类模型和单播采样值类模型的操作，属于原始数据传输，对传输时间要求严格，由ASDU直接映射到以太网链路层。

通用变电站时间类模型包括通用面向对象变电站事件和通用变电站状态事件两个控制类。通用面向对象变电站事件用于支持由数据集组织的大范围内公共数据交换。由于通用面向对象变电站事件中包含状态量改变信息，以及最后一次状态量改变的时间，因此通用面向对象变电站事件需要较快的传输速度，传输过程中通用面向对象变电站事件直接映射到链路层协议数据单元。通用变电站状态事件模型与通用面向对象变电站事件模型相似，只是信息交换的类型不同，通用变电站状态事件用于传送简单的状态信息列表。通用变电站状态事件采用其特有的协议栈，应用层映射到MMS，下层采用无连接网络协议，采取广播或分组广播的传输模式进行数据传输。

变电站自动化系统网络通信中包括：使用MMS作为网络应用层协议进行的实时数据交换。通过http、xml、网络浏览器进行的非实时数据交换。采用单点到多点的单向传输以太网的实时数据交换。

变电站综合自动化系统的主要功能包括：

(1)微机保护功能

包括线路保护，馈线保护(带一次或多次重合闸功能)、母线保护、变压器保护、电

容器保护，备用电源自投、低周减载等；

(2)数据采集

采集状态量、模拟量和脉冲量等；

①状态量采集

包括断路器状态、隔离开关状态、接地刀闸状态，变压器分接头位置等，这些信号大部分采用光电隔离方式的开关量中断输入。对重要的状态量(如断路器位置)采用双位置接点进行采集，以保证正确无误地反映断路器位置，防止继电器触点的失效与抖动而引起的状态误报；

②模拟量采集

采样各段母线电压、各进出线回路的电流和功率值；电网频率与相位等电量参数以及变压器的温度、压力等非电量参数。电量参数在自动化系统中采用交流采样，直接采集由电流互感器与电压互感器提供的交流参数，对非电量参数的采集采用变送器和A／D变换方式；

③电能采集

包括有功电能和无功电能数据，并能实现分时累加、电能平衡等功能；

(3)事件记录及故障录波

事件记录包括保护动作序列记录，开关跳合记录，当出现电网故障时(如接地短路故障)，能记录故障前后一段时间的波形，以供分析；

(4)远方整定保护定值

对各保护装置，可在当地或远方设置一组或多组保护定值，并可在当地或远方显示、切换整定值；

(5)控制和操作

可对断路器，隔离开关的分、合进行操作，对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行换切；

控制和操作可在远方的调度中心或变电站内的后台监控系统的显示器及键盘上发命令完成，也可在装置面板上进行操作，以保证系统的更高的使用灵活性。控制和操作还应包括闭锁和防误功能；

(6)电压自动调节、电容器自动投切和备用电源自投；

按系统电压与功率因数变化自动调节变压器分接头位置或投切电容器。当主供电源失效后，备用电源自动投入；

(7)与远方调度中心通信

实现远动装置的常规的遥测、遥信、遥控和遥调四遥功能，即将采集的数字量和状态量实时地送往调度中心，并接受上级调度中心的控制和调节操作命令。若有事故发生，如开关变位等事故发生或数字量越限时则插入优先发送，及时向调度中心报警。此外还将故障录波和其他继电保护信息送往调度中心，同时接受调度中心发来的修改继电保护整定值的命令等。传送通道可以是电力载波、微波、光纤或专用通道；

(8)数据处理和统计记录

系统将采集来的状态量、数字量和脉冲量按规定的要求进行处理，送往当地监控系统的后台机和上级调度中心。这些数据包括：输电线的电流、有功功率，无功功率、母线电压等；断路器动作次数等；

(9)人机交互功能

操作人员的人机交互界面是显示器屏幕与键盘或鼠标器，可实现下列主要功能：屏幕上可显示各种画面、数据和表格，包括主接线图、开关状态、潮流信息、报警画面、事故记录、负荷曲线，系统的配置和工作情况、保护整定值、日运行报表等，并可将显示画面和表格拷贝打印记录下来；

实施远方控制和操作，保护装置的投入和退出、断路器以及隔离开关的操作、变压器分接头位置控制等；

输入或修改数据，远方操作的密码、操作人员的代码、保护定值的设置和修改、报警值设置和修改、远方／当地操作的设置等。显示系统各设备的诊断自检结果；

(10)系统的自诊断检测功能

系统的各装置如保护装置、数据采集装置、控制装置等都具有自诊断功能，诊断结果周期性地送当地监控系统的后台机和远方调度中心；

变电站包括十个数据接口

接口一用于间隔层和变电站层之间交换保护数据，接口六用于间隔层和变电站层之间交换控制数据，间隔层和变电站层的通信包括：a．测量及状态信息。正常和事故情况下的测量值和计算值，断路器、隔离开关、主变压器分接开关位置、各间隔层运行状态、保护动作信息等。b．操作信息。断路器和隔离开关的分、合命令，主变压器分接头位置的调节，自动装置的投入与退出等。c．参数信息。微机保护和自动装置的整定值等。

接口二用于间隔层和远方保护之间交换保护数据，在当地和远方站继电保护单元之间的模拟信号或二进制信号的数据流。

接口三用于间隔层内交换数据，间隔层的设备有控制测量单元和/或继电保护单元，间隔层内的通信即是在继电保护和控制、监视、测量之间的数据流，或是两个或多个继电保护功能／设备间的数据流。包括测量数据、断路器状态、器件的运行状态、同步采样信息等。

接口四用于过程层和间隔层之间电流和电压瞬时数据交换，接口五用于过程层和间隔层之间交换控制数据，在间隔层和高压一次设备的智能传感器和执行器之间的数据流。间隔层的设备大多数需要从过程层的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息，这些信息包括：断路器和隔离开关位置、主变压器分接头位置，变压器、互感器、避雷器的诊断信息以及断路器操作信息。

接口七用于变电站层和远方工程师站之间交换数据。

接口八用于间隔层之间交换数据，不同间隔层之间的数据交换有：主、后备继电保护工作状态、互锁，相关保护动作闭锁，电压无功综合控制装置等信息。

接口九用于变电站层之间交换数据，变电站层的不同设备之间的通信，根据设备的任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作命令等。

接口十用于变电站层和远方工程师站之间交换控制数据，远方中心是一个具有固定的链路连接的网络控制中心，或具有通过公共网络的拨号链路的维修中心。事件由一个外部时钟或集成到系统中的时钟和变电站同步。

变电站自动化通信网络传输的报文包括：

(1)快速报文

该类型报文一般是些简单二进制编码，包含数据、命令或简单报文等，如跳闸、合闸、重合、启动、停止、闭锁、解锁、触发、解除、状态变化。接收IED在正常情况下接收到该报文后，由接收该类型报文的相关功能以某种方式立即响应；

面向变电站事件的通用对象报文属于快速报文。面向变电站事件的通用对象报文包括间隔设备发给过程设备的保护出口动作信息、跳闸、合闸、闭锁等命令以及过程设备向间隔设备发出的开关分合、设备投退、分接头调整、档位切换等信息；

(2)中速报文

报文中包含一个发送方设置的时标，正常情况下，经过内部时间延迟，接收方作出响应，依据报文中的时标进行计算。包括监控主机轮询或间隔设备周期上送的遥测、遥信报文，间隔设备向监控主机主动上送的事件报告或设备状态报文；

(3)低速报文

包括需要时标的复杂报文，用于传输事件记录、读取或改变设定点的值、慢速自动控制及一些系统数据的一般显示。正常报警／事件处理的带时标的报警和事件、温度之类的非电气测量等报文属于该类型；

(4)原始数据报文

该报文类型包含数字化传感器和数字互感器的输出数据，数据由来自每个IED的连续的同步数据流构成；

采样值传输报文为原始数据报文。采样值传输报文将电流、电压互感器二次输出的模拟值进行A／D转换后形成的数字量，是保护、测控等功能的基础。采样值传输报文周期性的传送；

(5)文件传输报文

报文用于传输记录、信息用途数据、定值等大型数据文件；

(6)时间同步报文

报文用于同步变电站自动化系统内IED的内部时钟。根据事件时标或原始数据采样精度而要求不同级别的时间同步精度。服务器通过接收GPS信号或自带的原子钟作为系统的时间基准，客户机通过定期访问服务器提供的时间服务获得准确的时间信息，调整自己的系统时钟，达到网络时间同步的目的；

(7)访问控制命令报文

报文用于传输控制命令，控制命令由要求较高安全性的本地或远程人机接口功能发出。

监控系统面对变电站内的运行人员，使运行人员通过对计算机的操作实现整个电站的监视、测量和遥控等作业，提高变电站运行的可靠性、经济性和易维护性，使值班人员和系统调度人员把握安全控制、事故处理的主动性，减少和避免误操作、误判断等。

监控系统包括

(1)实时数据采集与处理

该功能包括：采集变电站内各个保护测量单元的模拟量、开关量、电度量、保护动作等信息，以及其它一些多功能仪表的信息，并保证不断的得到快速更新，使系统对各种事件进行快速响应；对数据信息进行一些必要的预处理，如对通信协议的解析、数据信息分类、更新数据库等；

(2)在线监视

在线监视主要是对站内各种电气设备的运行状态进行实时的监视，在系统一次主接线图上实时显示各电气设备的电压、电流、频率和开关状态等各种状态数据，就是将采集的数据信息以友好的界面表现给运行人员；

监视内容包括：

1)显示变电站电气主接线图、实时采集和计算的实时电气参数。电气主接线图上断路器和隔离刀闸的位置要与实时状态相对应。系统实时采集和计算出来的电压、电流、有功电能、无功电能、功率因数、频率以及各种过程层智能设备的在线状态参数等，在显示器上实时显示出来；

2)实时报警显示。如显示保护动作、越限事件，包括报警事件和内容等；

3)事件顺序记录显示。按顺序显示事件所发生的内容及时间；

4)保护定值和测控装置的设定值显示；

5)各种历史数据曲线趋势显示。如显示母线电压曲线、交压器负荷曲线等；

6)其他数据显示。包括报表、故障记录、设备运行状况等；

(3)运行控制

提供便捷友好的控制界面，运行人员可以通过键盘或鼠标对站内备保护及测量单元进行校时、下发保护定值以及分合断路器、调节变压器分接头、对电容器进行投切控制等操作。同时能接受遥控操作命令，进行远方操；

(4)历史数据记录与查询

将采集的各个保护测量单元的模拟量、开关量、电度量，以及系统运行期间的信息，如时间顺序记录、故障录波、运行人员的操作记录等，定期保存到历史数据库中。并对其进行分类索引，以方便查询；

(5)与上级调度通讯

把站内的各种装置所提供的数据信息，按照需要归整成通讯报文．在上级调度需要时进行上传，对上级调度下发的命令接受、解析并完成；

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种变电站自动化系统，其特征在于，所述变电站自动化系统包括变电站层、间隔层、过程层。

2.如权利要求1所述的变电站自动化系统，其特征在于，过程层包括实时运行电气量检测，运行设备状态检测，操作控制命令执行；

间隔层的包括汇总间隔层实时数据信息；实施对一次设备的保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别控制；执行数据的承上启下通信传输功能，同完成与过程层及变电站层的网络通信功能；

变电站层包括通过网络汇总全站的实时数据信息，刷新实时数据库，更新历史数据库；将数据信息送往电网调度或控制中心：接收电网调度或控制中心控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控、人机交互功能；具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。

3.如权利要求2所述的变电站自动化系统，其特征在于，所述变电站自动化系统包括：

微机保护功能：包括线路保护，馈线保护、母线保护、变压器保护、电容器保护，备用电源自投、低周减载；

数据采集功能：采集状态量、模拟量和脉冲量；

状态量采集功能：包括断路器状态、隔离开关状态、接地刀闸状态，变压器分接头位置，信号采用光电隔离方式的开关量中断输入，模拟量采集：采样各段母线电压、各进出线回路的电流和功率值；电网频率与相位的电量参数以及变压器的温度、压力的非电量参数，电量参数采用交流采样，非电量参数的采集采用变送器和A／D变换，电能采集：包括有功电能和无功电能数据，并能实现分时累加、电能平衡功能；

事件记录及故障录波：

事件记录包括保护动作序列记录，开关跳合记录；

(4)远方整定保护定值

对各保护装置，在当地或远方设置保护定值，并在当地或远方显示、切换整定值；

(5)控制和操作

对断路器，隔离开关的分、合进行操作，对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行换切；

(6)电压自动调节、电容器自动投切和备用电源自投

按系统电压与功率因数变化自动调节变压器分接头位置或投切电容器，当主供电源失效后，备用电源自动投入；

(7)与远方调度中心通信

实现远动装置的遥测、遥信、遥控和遥调四遥功能，将采集的数字量和状态量实时地送往调度中心，并接受上级调度中心的控制和调节操作命令，有事故发生时，及时向调度中心报警，将故障录波和其他继电保护信息送往调度中心，接受调度中心发来的修改继电保护整定值的命令；

(8)数据处理和统计记录

系统将采集来的状态量、数字量和脉冲量按规定的要求进行处理，送往监控系统的后台机和上级调度中心；

(9)人机交互功能

操作人员的人机交互界面为显示器、键盘和鼠标器，能够实施远方控制和操作，保护装置的投入和退出、断路器以及隔离开关的操作、变压器分接头位置控制，输入或修改数据，远方操作的密码、操作人员的代码、保护定值的设置和修改、报警值设置和修改、远方／当地操作的设置，显示系统各设备的诊断自检结果；

(10)系统的自诊断检测功能

保护装置、数据采集装置、控制装置具有自诊断功能，诊断结果周期性地送当地监控系统的后台机和远方调度中心。

4.如权利要求3所述的变电站自动化系统，其特征在于，所述变电站自动化系统包括十个数据接口：接口一用于间隔层和变电站层之间交换保护数据，接口六用于间隔层和变电站层之间交换控制数据，间隔层和变电站层的通信包括：

a．测量及状态信息：正常和事故情况下的测量值和计算值，断路器、隔离开关、主变压器分接开关位置、间隔层运行状态、保护动作信息；

b．操作信息：断路器和隔离开关的分、合命令，主变压器分接头位置的调节，自动装置的投入与退出；

c．参数信息：微机保护和自动装置的整定值；

接口二用于间隔层和远方保护之间交换保护数据，在当地和远方站继电保护单元之间的模拟信号或二进制信号的数据流；

接口三用于间隔层内交换数据，间隔层的设备有控制测量单元和/或继电保护单元，间隔层内的通信即是在继电保护和控制、监视、测量之间的数据流，包括测量数据、断路器状态、器件的运行状态、同步采样信息；

接口四用于过程层和间隔层之间电流和电压瞬时数据交换，接口五用于过程层和间隔层之间交换控制数据，间隔层的设备从过程层的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息，包括：断路器和隔离开关位置、主变压器分接头位置，变压器、互感器、避雷器的诊断信息以及断路器操作信息；

接口七用于变电站层和远方工程师站之间交换数据；

接口八用于间隔层之间交换数据，不同间隔层之间的数据交换有：主、后备继电保护工作状态、互锁，相关保护动作闭锁，电压无功综合控制装置信息；

接口九用于变电站层之间交换数据，变电站层的不同设备之间的通信，传输所需的测量信息、状态信息和操作命令；

接口十用于变电站层和远方工程师站之间交换控制数据。

5.如权利要求4所述的变电站自动化系统，其特征在于，变电站自动化系统通信网络传输的报文包括：快速报文：包含数据、命令或简单报文，接收IED在正常情况下接收到该报文后，由接收该类型报文的相关功能以某种方式立即响应；

中速报文：报文中包含一个发送方设置的时标，经过内部时间延迟，接收方作出响应，依据报文中的时标进行计算；

低速报文：包括需要时标的复杂报文，用于传输事件记录、读取或改变设定点的值、慢速自动控制及系统数据的一般显示；

原始数据报文：报文包含数字化传感器和数字互感器的输出数据，数据由来自每个IED的连续的同步数据流构成；

文件传输报文：报文用于传输记录、信息用途数据、定值数据；

时间同步报文：报文用于同步变电站自动化系统内IED的内部时钟，服务器通过接收GPS信号或自带的原子钟作为系统的时间基准，客户机通过定期访问服务器提供的时间服务获得准确的时间信息，调整自己的系统时钟，达到网络时间同步的目的；

访问控制命令报文：报文用于传输控制命令。

6.如权利要求5所述的变电站自动化系统，其特征在于，所述变电站自动化系统还包括监控系统，监控系统包括：

实时数据采集与处理，采集变电站内各个保护测量单元的模拟量、开关量、电度量、保护动作信息，以及其它多功能仪表的信息，并快速更新，使系统对各种事件进行快速响应；对数据信息进行预处理；

在线监视，对站内各种电气设备的运行状态进行实时的监视，在系统一次主接线图上实时显示各电气设备的电压、电流、频率和开关状态，监视内容包括：显示变电站电气主接线图、实时采集和计算的实时电气参数，实时报警显示，事件顺序记录显示，保护定值和测控装置的设定值显示，各种历史数据曲线趋势显示；

运行控制，提供便捷友好的控制界面，运行人员可以通过键盘或鼠标对站内备保护及测量单元进行校时、下发保护定值以及分合断路器、调节变压器分接头、对电容器进行投切控制操作，同时能接受遥控操作命令，进行远方操作；

历史数据记录与查询，将采集的各个保护测量单元的模拟量、开关量、电度量，以及系统运行期间的信息，定期保存到历史数据库中，并对其进行分类索引，以方便查询；

与上级调度通讯，把站内的各种装置所提供的数据信息归整成通讯报文．在上级调度需要时进行上传，对上级调度下发的命令接受、解析并完成。