專利名稱：一種基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，尤其涉及一種基于全冗余高速通信網(wǎng) 的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)。屬于電力自動化技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)過了 3個階段的發(fā)展歷程 第1個階段是一對一的控制方式，即設(shè)置發(fā)電機廠用電控制屏，通過測量 儀表、光字牌和指示燈進行監(jiān)測，控制開關(guān)釆用一對一的強電控制方式，也是 發(fā)電廠設(shè)計原始的控制系統(tǒng)，此方式的控制系統(tǒng)特點是設(shè)備監(jiān)控簡捷明了，自 動化程度低。第2個階段是電廠電氣監(jiān)控管理功能納入電廠集散控制系統(tǒng)(DCS)。隨著計 算機信息技術(shù)的發(fā)展和分散控制技術(shù)在自動控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為提高發(fā)電機 組的電、熱負(fù)荷適應(yīng)能力和自動化水平，DCS已經(jīng)在電廠自動控制領(lǐng)域得到廣泛 應(yīng)用，并逐步從較為簡單的數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)功能， 逐漸發(fā)展到機電一體化控制系統(tǒng)。在這個階段，廠用電監(jiān)控納入DCS主要是指 發(fā)電機變壓器組由DCS進行測量與控制；直流系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)(UPS)、廠 用電快切等由DCS實現(xiàn)數(shù)據(jù)釆集；6kV廠用電保護、400V電動機控制裝置、400V 配電控制裝置等各自獨立，測控功能由DCS直接進行。但主要存在以下問題通 信能力比較弱、可靠性不高(串口鏈路本身是沒有通信可靠性保證的，只能在通 信規(guī)約中增加確認(rèn)一重發(fā)機制來保證可靠性，但這是以降低通信效率為代價 的)，對DCS下發(fā)的控制命令無法快速響應(yīng)，也無法快速地把相關(guān)電氣量傳給DCS，不能滿足DCS對參與順序控制的電氣量迸行快速數(shù)據(jù)釆集的要求。所以常規(guī)做 法是對這些要參與DCS順序控制的電氣量專門鋪設(shè)二次電纜和加裝變送器，由 DCS直接進行數(shù)據(jù)釆集和控制操作，鋪設(shè)電纜的工作量很大，投資也很高，而廠 用電保護裝置或電機控制中心(MCC)、動力中心(PC)控制裝置本身所具有的釆集和控制功能沒有得至充分利用。第3個階段是全數(shù)字化的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，并為DCS提供所需信息接口和控制接口。廠用電保護裝置和MCC、 PC控制裝置已能滿足保護、測控和高速通信一體化的要求，通過工業(yè)現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)將廠用電氣系統(tǒng)組成局域 網(wǎng)，構(gòu)建成專用的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)完全數(shù)字化的電氣信息量監(jiān)控，同時為DCS提供高速實時的數(shù)字化通信接口。這時DCS對參與順序控制的電氣 量的釆集和控制完全是以通信軟報文的方式進行，不需要二次電纜硬接線(簡化 了設(shè)計和施工的工作量，節(jié)省大量成本)。從以上論述看出，新一代的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)中，對通信層的可靠性 提出了非常高的要求，整體通信層網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計要在挖掘其通信速率潛力的 基礎(chǔ)上，充分保證通信層的可靠性。目前的通信層的瓶頸主要集中在與400V MCC及PC子系統(tǒng)的廠用低壓裝置 的通信環(huán)節(jié)，廠用低壓裝置數(shù)量眾多， 一般的60萬千瓦機組需配置700臺左右， 但是普遍釆用低速的單一通信網(wǎng)，面對大數(shù)據(jù)量的傳輸及通信網(wǎng)故障時，數(shù)據(jù) 的實時性和正確性都無法得到保證，影響了電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，導(dǎo)致該系統(tǒng)可用性較差。Profibus是德國標(biāo)準(zhǔn)(DIN19245 )和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN50170 )的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)， 由Profibus-DP、 Profibus-FMS、 Profibus-PA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高 速數(shù)據(jù)傳輸，適用于自動化領(lǐng)域，支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合 系統(tǒng)等幾種傳輸方式。Prof ibus-DP傳輸速率為9. 6K bps至12M bps,其最大 傳輸距離在9. 6K bps下為1200m,在bps下為200m，可釆用中繼器延長至 lOkrn，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可桂接127個站點。隨著Profibus高速總線通信技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用的不斷發(fā)展，為提高電廠電氣 控制管理系統(tǒng)通信的可靠性提供了新的思路和實現(xiàn)方法。 發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種基于全冗余高速通信 網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計方法，解決電廠電氣控制管理系統(tǒng)中由于通信 問題引起的系統(tǒng)數(shù)據(jù)不完整、實時性不強的問題，提高系統(tǒng)的可用性及可靠性。4為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，根據(jù)上述思想設(shè)計，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括站控層、通信 層和間隔層，其特征在于站控層設(shè)備與通信層設(shè)備之間、通信層設(shè)備與間隔 層設(shè)備之間(機組6kV廠用電子系統(tǒng)、400VMCC及PC子系統(tǒng)、廠用公用子系統(tǒng) 和保護及智能設(shè)備子系統(tǒng))均為冗余的雙通信網(wǎng)，其中任何一個通信網(wǎng)發(fā)生故 障都不會影響系統(tǒng)的正常運行。前述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在于所 述的站控層設(shè)備與通信層設(shè)備之間、通信層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間的通信網(wǎng)均 是高速的通信網(wǎng)，最高通信速度大于10M bps。前述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在于所述 間隔層的廠用低壓裝置與通信層設(shè)備之間通過雙Profibus現(xiàn)場總線進行通信。前述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在于所述 的雙Profibus現(xiàn)場總線的通信接口為既支持與主站通信的方式、也支持以主備 方式與主站通信的通信接口。前述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在于所 述的通信層的通信管理機的通信接口為多種通信接口，所述通信接口支持以太 網(wǎng)電口、以太網(wǎng)光口、 Profibus-DP主站接口和串口，所述通信接口包括支持多 種通信規(guī)約、并且能夠提供各個異種接口之間不同規(guī)約的相互轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)過 濾模塊。本發(fā)明所達到的有益效果是本發(fā)明彌補了傳統(tǒng)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)通 信網(wǎng)的不足，提高了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的實時性，使通過電廠電氣監(jiān)控管理系 統(tǒng)進行電氣設(shè)備的順序化操作具備了條件，降低了運行人員的工作強度和差錯 率；系統(tǒng)通信網(wǎng)具備良好容錯性能，即使系統(tǒng)中任何一個通信設(shè)備發(fā)生故障， 都不會影響到整個系統(tǒng)的正常運行，整體提高了電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的可用 性及可靠性。


圖l為電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)MCC及PC裝置網(wǎng)絡(luò)接入示意圖。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為電廠電氣 監(jiān)控管理系統(tǒng)MCC及PC裝置網(wǎng)絡(luò)接入示意圖，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體的介紹。
根據(jù)圖1給出的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，整個電廠電氣監(jiān) 控管理系統(tǒng)分為三個部分站控層、通信層、間隔層。
站控層釆用100M bps的雙以太網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，根據(jù)運行管理的需要可設(shè)置數(shù) 據(jù)庫服務(wù)器、電氣操作員站、電氣維護工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機、通信主站等， 形成電氣系統(tǒng)監(jiān)控和管理中心，并完成與DCS、監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)、管理信息 系統(tǒng)(MIS)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。
間隔層由數(shù)量眾多的廠用電保護裝置、MCC及PC廠用低壓裝置和其他智能 裝置組成，考慮到電廠物理位置的分散性，間隔層一般先組成以下幾個局部網(wǎng) 絡(luò)6kV廠用電子系統(tǒng)、400V MCC及PC子系統(tǒng)、廠用公用子系統(tǒng)和保護及智能 設(shè)備子系統(tǒng)等。其中400V MCC及PC子系統(tǒng)釆用雙Profibus總線組網(wǎng)，其它的 子系統(tǒng)釆用雙10/100M bps以太網(wǎng)方式組網(wǎng)，各局部網(wǎng)絡(luò)之間再連接起來，形 成完整的間隔層網(wǎng)絡(luò)。
通信層是站控層和間隔層之間的橋梁，主要由多臺通信管理機及相應(yīng)的通 信硬件網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)現(xiàn)場間隔層設(shè)備分布情況，通信管理機釆用分散布置的 方式，方便間隔層設(shè)備的集中接入。間隔層裝置釆集到的數(shù)據(jù)通過通信層上送 到站控層計算機監(jiān)控系統(tǒng)，由計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析和處理，供運行人 員監(jiān)視整個電氣系統(tǒng)的運行狀況；運行人員在站控層下發(fā)的控制命令也可以通 過通信層傳送到間隔層裝置，控制具體電氣設(shè)備正確運行。
圖2為MCC及PC廠用低壓裝置網(wǎng)絡(luò)接入示意圖，通信管理機釆用雙機方式 成組運行，MCC及PC裝置的雙Profibus接口， 一個接入到通信管理機A， 一個 接入到通信管理機B,通信管理機再分別以雙以太網(wǎng)的方式接入站控層。通過這 種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式，既可以保證在任一設(shè)備故障的情況下，都不影響系統(tǒng)的正常 運行，又可以降低現(xiàn)場工程實施及后期維護的復(fù)雜性。上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡釆取等同替換或等效變換的方式所 獲得的技術(shù)設(shè)計方法，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)站控層、通信層和間隔層，其特征在于電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)站控層設(shè)備與通信層設(shè)備之間、通信層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間均為冗余的雙通信網(wǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng), 其特征在于所述站控層設(shè)備與通信層設(shè)備之間、通信層設(shè)備與間隔層設(shè)備之 間的通信網(wǎng)均是高速的通信網(wǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理 系統(tǒng)，其特征在于所述間隔層的廠用低壓裝置與通信層設(shè)備之間通過雙 Profibus現(xiàn)場總線進行通信。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)， 其特征在于所述的雙Profibus現(xiàn)場總線的通信接口為既支持與主站通信的方 式、也支持以主備方式與主站通信的通信接口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在于所述的通信層的通信管理機的通信接口為多通信接口，所 述通信接口支持以太網(wǎng)電口、以太網(wǎng)光口、 Profibus-DP主站接口和串口，所述 通信接口包括支持多種通信規(guī)約、并且能夠提供各個異種接口之間不同規(guī)約的 相互轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)過濾模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)， 其特征在于所述的通信層的通信管理機的通信接口為多通信接口，所述通信 接口支持以太網(wǎng)電口、以太網(wǎng)光口、 Profibus-DP主站接口和串口，所述通信接 口包括支持多種通信規(guī)約、并且能夠提供各個異種接口之間不同規(guī)約的相互轉(zhuǎn) 換以及數(shù)據(jù)過濾模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于全冗余高速通信網(wǎng)的電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)站控層、通信層和間隔層，其特征在于電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)站控層設(shè)備與通信層設(shè)備之間、通信層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間均為冗余的雙通信網(wǎng)。本發(fā)明所達到的有益效果是本發(fā)明彌補了傳統(tǒng)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)通信網(wǎng)的不足，提高了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的實時性，使通過電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)進行電氣設(shè)備的順序化操作具備了條件，降低了運行人員的工作強度和差錯率；系統(tǒng)通信網(wǎng)具備良好容錯性能，即使系統(tǒng)中任何一個通信設(shè)備發(fā)生故障，都不會影響到整個系統(tǒng)的正常運行，整體提高了電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的可用性及可靠性。
文檔編號G05B19/418GK101630160SQ20091018444
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者瑋 季, 康 宋, 李忠明, 楊小凡, 慧 江 申請人:國電南京自動化股份有限公司