变电站分布集中式综合自动化系统

    针对集中式结构的缺点，随着单片机技术和通信技术的发展，出现了分层分布式结构，即纵向分层，横向分布。

    所谓分布式，是指将变电站综合自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。这种结构采用主从CPU协同工作方式，各CPU之间采用网络通信或串行方式来实现数据通信。早期的分布式系统，按功能进行分布，但由于通信技术比较落后，各功能装置常通过串行通信(RS232、RS485)连接，通过前置机统一进行通信管理。随着通信技术和计算机技术的发展，综合自动化系统出现了更先进的分层分布式结构。所谓分层是指根据变电站生产管理的层次和变电站各一次设备相对独立的特点，将变电站的信息采集和控制分为变电站层和间隔层，分层进行处理，每一层由不同的设备或不同的子系统组成并完成不同的功能。其中，间隔层是变电站层的基础，变电站层功能的实现要依赖于间隔层。

    间隔层又称单元层，它通常按断路器的间隔划分，由各种不同的功能装置组成，包括测量、监视、控制和保护等部件。测量、监视、控制部件完成该间隔单元的测量、监视、操作控制、闭锁及事件顺序记录等功能，保护部件完成该间隔单元的保护、故障录波、测距等功能。这些独立的功能装置通过通信与变电站层交换数据，将本间隔层的信息上报变电站层并接收执行变电站层发送的命令。也可设置保护管理机和数据采集控制机等来管理各设备的保护和数据采集等工作。凡是可以在间隔层完成的功能，尽量由间隔层设备就地处理，使其有一定的独立性，在变电站层有故障的情况下，仍能独立地完成各项监测、控制、保护功能。目前，一次设备通常还是通过电压互感器和电流互感器将测量值传送给间隔层，随着技术的发展，一次设备将带有智能传感器和执行器，可以方便地将电压、电流、监测和诊断信息等传递给间隔层。

    变电站层不直接面对现场设备，由多台计算机组成，包括监控主机、工程师站、通信控制机等。它通过总线等方式与间隔层进行通信，从间隔层获取各电气设备信息，并下发命令给间隔层各设备，完成数据统计分析处理、运行工况监视、控制操作、报表打印、人机接口、报警、历史数据查询、事故分析、校时以及必要的运行管理等高级功能，并提供给运行和维护人员对自动化系统进行监控和干预的手段，是整个变电站监视、测量、控制和管理的中心。另外，它还要按既定规约将有关数据信息送往调度或集控中心，接收调度或集控中心有关的控制命令并下传到间隔层执行。

    由于不同时期的通信技术和计算机技术等的发展状况不同，因此不同时期研制的变电站综合自动化系统的间隔层设备的结构和安装条件也不相同。在20世纪90年代中、前期，限于当时的技术条件，分层分布式综合自动化系统多采用集中组屏方式。

    分层分布式系统集中组屏的结构是把整套综合自动化系统按其不同的功能组装成多个屏并集中安装在主控室中，例如主变压器保护屏、线路保护屏、数据采集屏等。这种结构形式常简称为分布集中式结构。由于各屏安放在控制室内，因而工作环境较好，电磁干扰比放于设备附近小，便于管理和维护。图7-2所示为一大型变电站的分层分布式集中组屏综合自动化系统结构图。

    图7-2    大型变电站分层分布式集中组屏综合自动化系统结构框图

    分布集中式结构的综合自动化系统将功能分给多个单片机完成，提高了处理并行事件的能力，减轻了监控主机的负担，信息采集、处理、控制的执行速度比集中式快，提高了实时性；各单元既相互联系又相互独立，可扩展性和灵活性较高；由于每个间隔单元具有独立的功能，间隔单元内的局部故障不影响其他单元的正常运行，而且采用分层方式进行管理，间隔层在变电站层有故障的情况下，仍能独立地完成各项监测、控制、保护功能，可靠性较高；各功能模块都是面向对象设计的，软件结构比较简单，便于调试。