智能变电站数据通信网关机处理优化

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随着智能变电站的发展，数据通信网关机在常规远动四遥信息的基础上，增加了顺序控制、时钟监测等功能，并将原有图形网关机、保护信息子站、故障录波器等的调度通信接口也集于一身。功能的扩充，导致数据通信网关机提供的服务内容越来越多，数据量越来越大，系统架构也因此变得复杂。但遥测数据依然是数据通信网关机处理最多的数据，作为基础自动化数据，遥测也是稳态监控的主要数据来源，其准确性、稳定性直接影响使用稳态数据的其他应用，如状态估计、自动电压控制(AVC)、自动发电控制(AGC)等。数据通信网关机在实际应用中，经常会出现遥测数据跳变的问题，遥测数据跳变导致电网调度控制系统数据异常，进而影响电网安全稳定运行。通过对数据通信网关机遥测处理流程进行优化，可以解决遥测数据跳变的问题，提高数据通信网关机采集、转发遥测数据的准确率。

1数据通信网关机组态模型

1.1数据通信网关机网络结构

数据通信网关机在智能变电站的网络结构如图1所示。智能变电站为典型“三层两网”结构，数据通信网关机作为站控层设备，是变电站与调度主站之间的信息接口，为主站系统实现变电站监视控制、信息查询和远程浏览等功能提供数据、模型和图形的传输服务。

1.2数据通信网关机组态模型

数据通信网关机作为智能变电站和调度主站之间的一个网关装置，采集变电站信息向调度数据网进行转发，并接收主站下发命令转发给站内IED装置。从组态模型分析，数据通信网关机分为站控层IEC61850接入模块、站内IED信息模型、逻辑合成计算模块和转发模型，如图2所示。站控层IEC61850接入模块：利用站控层网络与站内支持IEC61850协议的IED设备进行通信。IED信息模型：包括接入的IED装置和遥测、遥信、遥控、遥调和遥脉信息。合成计算模块：包括取反、合并信号等逻辑运算的信息。转发模块：包括数据通信网关机向调度数据网转发的IEC101通道、IEC104通道。

2遥测异常过程及分析

2.1遥测数据跳零现象

冀北某500kV智能变电站自投运后多次发生有功值跳零现象，如表1所示统计，影响了电网的正常监控和安全稳定运行。

2.2跳变节点判断

通过对跳变期间的报文分析，可以判断出跳变产生的节点是数据通信网关机、测控装置、合并单元、交换机还是其他。本文针对05月16日跳变现象进行分析，15:18:47主站接收到该站发送的#2主变中压侧有功(信息体地址为0x4106)跳变报文0MW(浮点值62580200)。跳变前为-283.53MW(f6c48dc3)，15:18:50后跳变恢复至-291.29MW(36a691c3)，主站接收到的报文如图3所示。利用工具抓取的同时段MMS报文显示，报文序号分别为13832、16267和17240，报文值分别为-283.53、-285.78和-291.29。其中遥测值-283.53和-291.29正确转发主站，即跳变前后的有功值；中间遥测值-285.78丢失而未转发主站；跳变的中间遥测值0MW未出现在MMS包中。从跳变报文的解读和分析，可以判断遥测值跳零节点为数据通信网关机。

2.3跳变原因分析

由于跳变产生时机具有随机性，为了捕捉跳变时刻的信息，采取输出跳变日志的方式，分析数据通信网关机数据处理流程，可以进一步判断是IEC61850接入模块的原因还是转发模块的原因导致的跳变。因此在数据通信网关机中增加跳变日志输出程序，分别输出日志到m61850.log和iec104.log文件中，来侦测具体哪个环节导致的跳变。随后，通道一和通道二的IEC104模块遥测跳变逻辑在6月25日16时55分及17时15分监测到遥测跳变。信息体地址为16877(十六进制为0x41ED)的3号电抗油面温度由-59.76(注：3号电抗未投运，故油面温度采集正常值为负值)跳变为0；信息体地址为16797(十六进制为0x419D)的220kV亭金一线Uc由133.4跳变为0。同时，IEC61850接入模块跳变监测逻辑并未输出日志。根据上述跳变监测逻辑日志定位原因，两个通道收到相同的遥测跳变则表明跳变数据来自共同源(IEC61850模块)，此时IEC61850跳变日志逻辑并未输出跳变日志，说明遥测跳变数据不是来自于变电站间隔层装置，因跳变日志逻辑在IEC61850模块发出遥测消息前一刻，则可定位为IEC61850发出遥测消息异常。

3遥测处理优化及验证

3.1优化前遥测处理流程

分析数据通信网关机现有遥测处理机制，如图4所示，发现IEC61850接入模块接收遥测或遥脉报文后，按序存入遥测及遥脉缓存且数量加1。当遥测大数据量时收到遥脉报文，遥脉紧跟在遥测消息后，由于遥脉参与计算，使变化遥测总数与当前突变数据总数不一致，导致发出数量越限的遥测消息。此时越限遥测消息中全局索引值为随机值，数值为遥脉数据(值为0，因为遥脉未采集数据)，当全局索引值刚好等于某个遥测值的全局索引值时，则该遥测跳变为零值。因为主变遥测数值变化更快，故主变功率值受影响次数较多。3.2遥测处理流程优化通过区分遥测和遥脉数据来对处理流程进行优化，优化后的遥测处理流程如图5所示。IEC61850接入模块接收遥测或遥脉报文后，首先判断是否遥测消息，若为遥测，则进入遥测独立流程；反之，进入遥脉独立流程。遥测及遥脉数据流程的突变数据单独计数，变化遥测或遥脉的计数与当前突变数据总数始终保持一致，则遥测消息最大个数不再越限，即不再超过12。

3.3遥测处理优化效果

对数据通信网关机遥测处理优化后，持续观察该智能变电站遥测数据，没有再发生遥测值跳变的故障，如图6所示。对冀北地区各智能变电站进行排查，对同型号数据通信网关机进行相关升级优化，整体提高冀北地区遥测数据上送质量。

4结语

本文首先分析了智能变电站数据通信网关机的网络结构和组态模型，然后对一起500kV智能变电站中主变有功值频繁跳零的异常现象进行分析，通过对报文的分析确定跳变节点，通过增加跳变日志输出辅助问题的判断，发现了数据通信网关机遥测处理流程的缺陷，通过对处理流程进行优化，解决了遥测数据异常的问题，然后对冀北地区各智能变电站进行排查，对相关数据通信网关机进行升级优化，确保了数据通信网关机上送遥测的准确性和电网的安全稳定运行。

作者：李世群 顾颖 郭飞 康莹 单位：国网冀北电力有限公司检修分公司