自主可控安全可靠新一代变电站二次系统研究

自主可控安全可靠新一代变电站二次系统研究

刘宇丽

呼和浩特供电公司 调度管理处  内蒙古 呼和浩特 010020 

摘要：以“自主可控、安全可靠、先进适用、集约高效”为总体原则，继承和发展现有智能变电站设计、建设及运行等成果经验，全面开展自主可控新一代变电站二次系统建设。构建二次系统优化四大支撑体系，规划二次系统业务功能定位，优化二次系统整体架构，开展数据采集与传输、模型及业务功能优化、设备可靠性、安全防护、二次系统运行状态评价等方面的核心技术研究。

关键词：自主可控、主辅一体监控、安全防护、二次系统

1. 研究背景

    目前电力二次系统所使用设备的芯片大量依靠进口，国际形势严重影响二次设备核心芯片供应链安全。存在核心技术“卡脖子”问题。     随着电网发展对二次系统精益化管理要求不断提高，为适应变电站无人值班和设备远方集中监控业务需求，对变电站设备信息采集广度、设备感知能力深度，设备运维管理细度提出了更高要求。同时电网发展和生产体系变革对变电站二次系统也提出更高要求。

2. 变电站二次系统技术现状及存在问题

（1）设备监控的广度和深度不足

站控层包含多专业独立系统，缺少整体协调，采集信息冗余或不全，监控界面分散杂乱，主辅设备一体化监控能力不足。

（2）对远方监控的支撑能力不足

上送的实时数据不能完全满足远方监控需求，上送方式以单向原始数据上传为主，信息含量不高，智能分析和服务化支撑能力不足。

（3）站控系统软件架构封闭

站控系统缺乏共享开放的基础平台，服务厂商缺乏充分竞争，不利于智能化水平提升。

（4）辅控系统标准化程度低、设备繁杂、全面感知能力不足

辅控系统接入设备众多，运维工作量大；主、辅设备监控未有效整合，不利于运维人员统一监控。

（5）数据采集方式不统一；设备重复配置、共享度低。

（6）合并单元故障影响范围大；过程层网络复杂，运维难度大。

（7）系统防御能力不足，

3、自主可控安全可靠新一代变电站二次系统的优势

（1）全面自主可控

元器件优化筛选。按照全产业链自主可控的要求，对国产芯片进行全面筛选和论证，确保满足完全自主可控要求。针对自主可控芯片性能，采取三方面优化措施：

架构方案优化。取消过程层网络，采取“直采直跳”方案，减少网络流量，降低50%FPGA芯片资源开销，性能裕度提升1倍，设备可靠性大幅提升。

平台协议优化。站控系统”平台+APP“架构，消除数据重复采集，降低装置通信负载；自主可控通信协议，报文长度减少30~50%，通信效率提升，降低对芯片性能要求。

装置设计优化。FPGA替代光PHY，提高通信带宽能力，解决国产芯片短板；软件精度补偿、低功耗设计和芯片冗余设计等技术，提高装置精度和可靠性；采样和跳闸光口合一，光口数量减少50%，功耗及发热显著降低。   

（2）系统功能优化

--数据采集优化

采用采集执行单元将合并单元和智能终端功能整合，实现了采样和跳闸光口合一，显著减少设备数量及光口数量，装置功耗及元器件发热显著降低。数据发送采用报文优先级控制和时隙预判技术，在SV报文发送间隔内插入GOOSE报文，解决了报文共口传输的冲突问题，既保证了SV报文等间隔发送要求，又实现了SV和GOOSE报文的共口传输。

---设备功能优化

间隔层二次设备类似功能合并优化，提高同源技术集成度，避免数据重复采集，减少设备数量及站内数据传输。

设备采用点对点光纤通信方式，取消了过程层网络，交换机总体数量减少66%以上。

站控层网络设计标准化规范化，交换机配置固化，在出厂前全部完成，现场实现即插即用。

（3）设备全面监控

---优化整合硬件设备

整合系统主机。将监控主机、数据服务器优化整合为主辅一体化监控主机，将综合应用服务器、辅助监控主机优化整合为综合应用主机。将视频监控主机、机器人主机优化整合为智能巡视主机，大幅减少主机数量。

整合网关机。将Ⅰ区网关机、PMU集中器等优化整合为实时网关机，将Ⅱ区网关机、保信子站、辅控网关机、电能量采集终端等优化整合为服务网关机。网关机采用刀片式多板卡设计方案，设备性能大幅提升，具备多主站和多协议通信支撑能力。

---构建开放的基础平台

将站控系统平台与应用分离，形成“平台+APP”软件架构，打破站控系统单一厂商提供的限制。

---开展数据统一规划

明确站内的采集数据。明确变电站内数据采集的范围、内容、频度和通信协议，采集数据带北斗时标。

明确变电站到调度主站和集控站的上送数据。明确变电站到调度主站和集控站数据上送的范围、内容、频度和通信协议。

明确变电站为调度主站和集控站提供数据服务。不需要主站实时监视的数据存储于变电站本地，变电站提供相应的数据服务接口，供调度主站和集控站按需调取。

---实现主辅一体监控

消除监控盲点。全面接入消防、安防、动环、交直流电源等辅控设备数据，消除监控盲区，优化一二次设备状态监测、时钟监测、网络监测功能，实现从主设备监控到主辅一体化监控的升级。

优化监控界面。开展主辅设备监控界面一体化设计，实现主辅设备信息同页面展示，增强多维度、多层次展示能力，确保异常信息快速定位。

完善智能防误与联动控制。综合应用一键式顺控、防误双校核、智能联动等技术手段，提高主辅一体化操作控制效率，防止误操作事故发生，保障人身、电网和设备安全。

---实现主站全面支撑

统一建模和源端维护。完善辅助设备和一二次拓扑模型，规范变电站、调度主站、集控站的模型，实现变电站源端配置、主站全面共享。强化站端数据分析。强化变电站端分析能力，将设备异常和故障的分析结果上传主站，减少大量原始数据远传，减轻主站压力，提升远方监控效率。强化站端对主站的支撑能力。在站端对事件化告警、顺控操作、远程浏览等功能进行服务化封装，支撑主站方便的远程调用和分布式应用。

 (4)安全防护有效

强化变电站边界防护。在纵向和横向边界部署相应的网络安全设备基础上，新增无线设备的安全接入防护措施。

强化站内通信安全防护。国产DL/T860通信协议(CMS)替代MMS，采用双向认证和报文数据加密传输，建立系统及设备安全信任的互联互通机制。

强化设备本体安全防护。设备硬件及基础组件完全自主可控，通过登录和通信身份认证、数据保密、源码安全、关闭端口和不必要的服务、修复系统漏洞、记录审计等安全措施强化二次设备本体安全。

内嵌网络安全监测及分析功能。网络安全监测分析功能内嵌于综合应用主机，作为标配，完成变电站网络安全信息采集和安全评估，上送网络安全管理平台，实现全面网络安全在线监测分析和统一管控。

作者简介 刘宇丽 女 工程硕士 高级工程师 从事调度自动化专业