2020年6月11日，世界首個±500kV三端直流輸電工程——南方電網(wǎng)公司云貴互聯(lián)通道工程順利竣工投產(chǎn)，并一次性實現(xiàn)三端雙極解鎖。該工程是國家重點輸變電項目，是南方電網(wǎng)公司貫徹國家綠色發(fā)展理念，落實新基建決策部署，助力粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的標志性工程。

新建云南祿勸換流站和1回聯(lián)接高肇直流送端高坡?lián)Q流站的391km長的直流線路，改造貴州高坡?lián)Q流站和廣東肇慶換流站，形成祿勸—高坡—肇慶三端直流，直流額定容量300萬kW。該工程在世界上首次實現(xiàn)將兩端直流改造為三端直流，實現(xiàn)多端直流靈活送電。該工程的正式投產(chǎn)對于大規(guī)模電能外送、受端多點分散接入、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、進一步提高受端電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平具有重大意義。

本文在充分研究DL/T 634.5104—2002、DL/T 634.5101—2002遠動傳輸規(guī)約、特高壓和柔性多端直流輸電工程控制保護系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合該工程實際建設(shè)介紹祿高肇三端直流輸電工程遠動通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)。

1 遠動通信系統(tǒng)介紹

云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)裝置采用GWS—1型高壓直流輸電（high voltage direct current, HVDC）專用遠動裝置，系統(tǒng)設(shè)計首次實現(xiàn)采用全Linux操作系統(tǒng)平臺，代替原有直流輸電工程遠動服務端部署于Linux/UNIX系統(tǒng)，客戶端部署于Windows系統(tǒng)的架構(gòu)模式。

Linux系統(tǒng)因其穩(wěn)定、開源、免費、安全、高效和降低了網(wǎng)絡(luò)攻擊風險等特點，被電力系統(tǒng)內(nèi)部作為當前主流操作系統(tǒng)應用。因此，本工程遠動系統(tǒng)采用全Linux系統(tǒng)平臺設(shè)計，既能充分保證整個遠動通信系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性及強大的處理能力，又能給運維人員提供簡捷易用的操作接口，是一種綜合性能優(yōu)、安全性能高的系統(tǒng)配置方式。

遠動通信系統(tǒng)完成換流站交/直流站控系統(tǒng)、極控系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)、直流保護系統(tǒng)等和各級調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)交換任務，屬于運行人員控制級的組成部分，通過站內(nèi)冗余數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（supervisory control and data acquisition, SCADA）系統(tǒng)局域網(wǎng)（local area network, LAN）與上述控制保護系統(tǒng)進行通信，并通過遠動通信鏈路與各級調(diào)度中心通信。

遠動通信系統(tǒng)需要向各級調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)換流站的運行狀態(tài)信息，包括遙信、遙測和事件順序記錄（sequence of event, SOE）等，同時承擔著將調(diào)度中心下發(fā)的控制命令正確轉(zhuǎn)發(fā)至控制系統(tǒng)（極控/閥控、交/直流站控）、將總調(diào)度中心下發(fā)的功率計劃值曲線正確轉(zhuǎn)發(fā)至運行人員監(jiān)控系統(tǒng)工作站等任務。遠動通信系統(tǒng)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要組成部分。它對接收到的本地和調(diào)度中心下發(fā)的控制命令等數(shù)據(jù)進行預處理，提供內(nèi)部和外部通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)描述。

2 遠動通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

遠動系統(tǒng)配置冗余的GWS—1裝置。換流站的控制和監(jiān)測元件之間的通信是通過LAN來管理。冗余的LAN1、LAN2為主監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)段，稱之為站SCADA LAN，連接運行人員監(jiān)控系統(tǒng)、控制和保護系統(tǒng)等，LAN3是輔助監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)段，連接打印機、遠程訪問、診斷和管理工具一類系統(tǒng)。

遠動裝置在站內(nèi)對下只通過以太網(wǎng)接口和站SCADA LAN1/LAN2通信，采集控制保護相關(guān)數(shù)據(jù)；對上通過以太網(wǎng)接口和串行接口分別與雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接口設(shè)備和光纖配線架設(shè)備相連，采用南方電力的光纖復合架空地線（optical fiber composite overhead ground wire, OPGW）光纖通信電路及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成換流站至各級調(diào)度中心的通信系統(tǒng)。

主方式為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信方式。采用RJ45 10M/ 100M/1 000M網(wǎng)口，遠動裝置通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)A、B平面兩臺交換機接入南方電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，實現(xiàn)各級調(diào)度中心的電能管理系統(tǒng)（energy management system, EMS）通信，采用DL/T 634.5104—2002（南網(wǎng)）通信規(guī)約。

本通信方式采用雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入方式，是由于當前國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司為了確保廠站端到調(diào)度端的骨干網(wǎng)可靠穩(wěn)定，故而采用基于冗余的外部網(wǎng)絡(luò)通道進行通信，將上述冗余的外部骨干網(wǎng)通道稱為雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。

備用方式為點對點遠動通道，遠動裝置配置RS 232串行口連接通道切換裝置MSCR504和調(diào)制解調(diào)器，通道速率設(shè)置為2MByte/s和1200Byte/s，與省級調(diào)度通信。另外，又采用以太網(wǎng)口接入南網(wǎng)總調(diào)的多業(yè)務傳送平臺（multi-service transport platform, MSTP）2M專線網(wǎng)，采用路由器將以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換為2M接口，再經(jīng)同軸電纜至配線架與相關(guān)中調(diào)實現(xiàn)點對點通信。E1接口轉(zhuǎn)換是通過路由器來實現(xiàn)的，采用華為路由器AR1220E—S，模塊卡AR0MSDE12A00實現(xiàn)將網(wǎng)口轉(zhuǎn)為2M口。點對點通信采用DL/T 634.5104— 2002（南網(wǎng)）和DL/T 634.5101—2002通信規(guī)約。

云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 遠動通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3 硬件描述

GWS—1型HVDC專用遠動裝置采用整機無風扇、無硬盤結(jié)構(gòu)的嵌入式工控硬件平臺，緊湊型金屬機箱，整機符合電力4級認證，具備運行穩(wěn)定和免維護的特點，能夠很好地適應高壓直流輸電工程現(xiàn)場強烈的電磁干擾及其他惡劣環(huán)境，杜絕了高溫下服務器容易宕機的隱患。

該裝置可以在-25℃～+55℃環(huán)境下正常作業(yè)。當出現(xiàn)裝置掉電現(xiàn)象時，在恢復電源的情況下，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動重啟，同時遠動相關(guān)服務程序自動啟動，極大提高了遠動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和健壯性。

另外，GWS—1型HVDC專用遠動裝置提高了多通道連接能力。裝置具有10個串行接口（RS 232/ 422/485）和8個千兆LAN端口的硬件配置，完全滿足換流站遠動通信系統(tǒng)與各級調(diào)度中心采用104網(wǎng)絡(luò)通信和101串口通信的需求。

該裝置的設(shè)計省去了原有直流輸電工程采用101串口通信時需要服務器擴充串口的終端服務器，不再需要人工手動配置終端服務器相關(guān)參數(shù)和調(diào)試工作等，在一定程度上節(jié)省了人力、財力的同時給遠動設(shè)備的日常運維帶來了很多便利。另外，通過GWS—1型專用遠動裝置前面板指示燈可清晰觀測對應網(wǎng)口及串口的數(shù)據(jù)收發(fā)情況。

?4 遠動通信系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

遠動通信系統(tǒng)軟件設(shè)計采用面向?qū)ο蟮腎CE（interact communication engine）中間件的引用，簡化了分布式應用系統(tǒng)的開發(fā)過程，構(gòu)成了模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)。同時，分布式軟件體系結(jié)構(gòu)使得人機界面可以遠程連接至服務程序，在換流站主控室工作站即可進行配置操作和運行維護，方便工程應用。

模塊化的設(shè)計，使其具備良好的擴展性，預留數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程擴展接口，便于新的軟件、組件的開發(fā)和融合，能夠適應新的站內(nèi)通信方式及調(diào)度中心通信的個性化需求。

圖2為遠動系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，顯示了其中最主要的各個設(shè)計模塊及數(shù)據(jù)的流向。圖2中各功能模塊簡述如下。

前置模塊：通過冗余的站SCADA LAN與交/直流站控系統(tǒng)、極控系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)、直流保護系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換，同時與規(guī)約處理模塊完成數(shù)據(jù)交換。

IEC 104 規(guī)約服務：采用標準的DL/T 634.5104— 2002協(xié)議設(shè)計規(guī)約服務程序；IEC 101 規(guī)約服務：采用標準的DL/T 634.5101— 2002協(xié)議設(shè)計規(guī)約服務程序；主/從模塊：主/從角色控制模塊，確定自身角色，同時也可設(shè)置為雙機值班模式，兩臺遠動機同時提供服務，實現(xiàn)負載均衡。

前置模塊中的遠動接口部分：進行數(shù)據(jù)預處理，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也用于人機界面；前置接口：規(guī)約服務程序中與前置模塊負責進行數(shù)據(jù)交換的接口部分；過程數(shù)據(jù)庫：存儲轉(zhuǎn)發(fā)到控制中心的所有數(shù)據(jù)點的當前值，如遙信、遙測、SOE信息；配置信息數(shù)據(jù)庫：提供每個數(shù)據(jù)點的信息，選擇轉(zhuǎn)發(fā)至哪個遠動通信鏈路（調(diào)度中心），包括每個鏈路相關(guān)的遠程終端單元（remote terminal unit, RTU）地址、數(shù)據(jù)傳輸類型、是否接受調(diào)度中心控制等信息配置；

協(xié)議棧：每一個遠動通信鏈路均有一個協(xié)議棧，負責與調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)；人機界面接口：規(guī)約服務程序中提供給遠動通信系統(tǒng)人機界面程序的接口；界面：集數(shù)據(jù)配置、調(diào)試和運行工況監(jiān)視等各項功能于一體。

圖2 遠動系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

??5 功率計劃曲線的實現(xiàn)

功率計劃曲線的實施應用屬于堅強智能電網(wǎng)建設(shè)中智能調(diào)度的核心組成部分，計劃曲線準確、及時下發(fā)，現(xiàn)場正確執(zhí)行，對電網(wǎng)的安全性和可靠性至關(guān)重要。云貴互聯(lián)通道工程調(diào)度計劃曲線的接收模式利用遠動通道接收。當廠站端的遠動機接收到計劃曲線后，再由遠動機轉(zhuǎn)發(fā)至廠站內(nèi)運行人員監(jiān)控系統(tǒng)（HMI）自動導入執(zhí)行。

云貴互聯(lián)通道工程采用DL/T 634.5104—2002規(guī)約下發(fā)曲線，該規(guī)約基本標準中沒有定義計劃曲線的數(shù)據(jù)格式，需要通過擴展標準來實現(xiàn)。南方電網(wǎng)擴展出帶長時標的多點設(shè)點命令，應用服務數(shù)據(jù)單元（application service data unit, ASDU）137，來下發(fā)計劃曲線。每條曲線分配289個地址，起始地址從26 369開始，該地址代表整條曲線地址，曲線按5min一個點從00:00開始到23:55，對應余下288個點的地址。計劃值傳輸流程如圖3所示。

圖3 計劃值傳輸流程

遠動機收到計劃值曲線后將發(fā)出告警聲音提示監(jiān)盤人員接收新的曲線，并將計劃值曲線轉(zhuǎn)發(fā)到HMI工作站并存儲為文本格式，隨后遠動服務程序立即返回鏡像報文至南網(wǎng)總調(diào)，用以確認應用系統(tǒng)成功接收到計劃曲線。運行人員可將文本格式的計劃值曲線文件手動或自動導入SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)將按設(shè)定的時間下發(fā)功率與速率參考值到直流站控系統(tǒng)，實現(xiàn)直流輸電工程自動功率控制。日功率計劃曲線的實時傳輸和自動功率控制功能的實現(xiàn)設(shè)計流程如圖4所示。

圖4

?6 結(jié)論

本文結(jié)合實際介紹了云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)的整體架構(gòu)、功能設(shè)計及軟硬件實現(xiàn)，完成了該工程遠動通信系統(tǒng)的現(xiàn)場部署及應用，從功能性試驗到動態(tài)性試驗及其工程應用，證實該系統(tǒng)的總體設(shè)計具備較高的穩(wěn)定性和可靠性，對進一步豐富不同電壓等級的多端直流輸電工程、背靠背直流輸電工程及柔性直流輸電工程等遠動通信系統(tǒng)設(shè)計，提高電網(wǎng)安全運行水平均有相應的參考意義。

本文編自2021年第9期《電氣技術(shù)》，論文標題為“云貴互聯(lián)通道工程遠動通信系統(tǒng)設(shè)計”，作者為李鳳龍、賈帥鋒 等。