數字化變電站自動(dòng)化系統發(fā)展趨勢

目前，我國數字化變電站系統已經(jīng)投運電網(wǎng)、核電、煤炭等領(lǐng)域的25 個(gè)科技試點(diǎn)或工程建設重點(diǎn)項目?，F從數字化變電站、數字化變電站自動(dòng)化系統的特點(diǎn)、結構、網(wǎng)絡(luò )選型、主要問(wèn)題以及數字化變電站自動(dòng)化系統發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行了探討分析。

1.數字化變電站

數字化變電站是由智能化一次設備(電子式互感器、智能化開(kāi)關(guān)等)和網(wǎng)絡(luò )化二次設備分層(過(guò)程層、間隔層、站控層)構建，建立在IEC61850通信規范基礎上，能夠實(shí)現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。數字化變電站的優(yōu)點(diǎn)：

1.1 性能高

(1)通信網(wǎng)絡(luò )統一采用IEC61850規范，無(wú)需進(jìn)行轉化，能使通信速度有所加快，系統的復雜性以及維護難度都有所降低，由此通信系統的性能提高。(2)數字信號采用光纜進(jìn)行傳輸，傳輸過(guò)程中沒(méi)有信號的衰減和失真。(3)電子互感器無(wú)磁飽和，精度高。

1.2 安全性高

(1) 電子互感器的應用在很大程度上減少了運行維護的工作量，同時(shí)提高了安全性。(2)電子互感器使得電流互感器二次開(kāi)路、電壓互感器二次短路可能危及人身安全等問(wèn)題已經(jīng)全部消失，很大程度上提高了安全性。

1.3 可靠性高

合并器如果收不到數據，就會(huì )判斷通訊故障(互感器故障)而發(fā)出警告，因此設備自檢功能強，提高了運行的可靠性以及減輕了運行人員的工作量。

1.4 經(jīng)濟性高

(1)實(shí)現了信息共享，兼容性高，變電站成本減少;(2)解決了電子互感器滲漏問(wèn)題，由此減少了檢修成本;(3)技術(shù)含量高，具有環(huán)保、節能、節約社會(huì )資源的多重功效。

2.數字化變電站自動(dòng)化系統的特點(diǎn)

2.1 智能化的一次設備

一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動(dòng)回路采用微處理器和光電技術(shù)設計，簡(jiǎn)化了常規機電式繼電器及控制回路的結構，數字程控器及數字公共信號網(wǎng)絡(luò )取代傳統的導線(xiàn)連接。換言之，變電站二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。

2.2 網(wǎng)絡(luò )化的二次設備

變電站內常規的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無(wú)功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線(xiàn)狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò )通信，二次設備不再出現常規功能裝置重復的I/O現場(chǎng)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )真正實(shí)現數據共享、資源共享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

2.3 自動(dòng)化的運行管理系統

變電站自動(dòng)化運行管理系統應包括電力生產(chǎn)運行數據、狀態(tài)記錄統計無(wú)紙化;數據信息分層、分流交換自動(dòng)化;變電站運行發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)提供故障分析報告、指出故障原因、提出故障處理意見(jiàn);系統能自動(dòng)發(fā)出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備“定期檢修”改變?yōu)?ldquo;狀態(tài)檢修”。

3.數字化變電站自動(dòng)化系統的結構

數字化變電站自動(dòng)化系統的結構在物理上可分為智能化的一次設備和網(wǎng)絡(luò )化的二次設備;在邏輯結構上可分為過(guò)程層、間隔層以及變電站層。

3.1 過(guò)程層

(1)運行設備在線(xiàn)監測參數包括：壓力、溫度、密度、絕緣、機械特性等數據。(2)電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測就是電力運行的實(shí)時(shí)電氣量檢測，其他電氣量可通過(guò)間隔層的設備運算得出。(3)電容、電抗器投切控制、變壓器分接頭調節控制、直流電源充放電控制以及刀閘合分控制是操作控制的執行和驅動(dòng)的主要內容。在執行控制命令時(shí)能對即將進(jìn)行的動(dòng)作精度進(jìn)行控制、能判別命令的真偽及其合理性，能使斷路器定相合閘、選相分閘，要求操作時(shí)間限制在規定的參數內以實(shí)現斷路器的關(guān)合和開(kāi)斷等。

3.2 間隔層

實(shí)施對一次設備保護控制功能;匯總本間隔過(guò)程層實(shí)時(shí)數據信息;實(shí)施本間隔操作閉鎖功能;優(yōu)先控制對數據采集、統計運算以及控制命令的發(fā)出;實(shí)施操作同期及其他控制功能;同時(shí)高速完成與站控層和過(guò)程層的網(wǎng)絡(luò )通信功能。

3.3 變電站層

(1)根據既定規約，將相關(guān)數據送往調度中心。(2)利用兩級高速網(wǎng)絡(luò )對全站的實(shí)時(shí)數據信息進(jìn)行匯總，對實(shí)時(shí)數據不斷進(jìn)行刷新，歷史數據庫要按時(shí)登錄。(3)接收調度中心的相關(guān)控制命令，轉到間隔層、過(guò)程層進(jìn)行執行。(4)具有站內當地監控、人際聯(lián)系功能，在線(xiàn)可編程的全站操作閉鎖控制功能，變電站故障自動(dòng)分析和操作培訓功能，對間隔層、過(guò)程層諸設備的在線(xiàn)維護、在線(xiàn)組態(tài)、在線(xiàn)修改參數的功能。

4.數字化變電站自動(dòng)化系統中的網(wǎng)絡(luò )選型

網(wǎng)絡(luò )系統的可靠性和信息化傳輸的快速性決定了系統的可用性，它是數字化變電站自動(dòng)化系統的命脈。數字化系統中網(wǎng)絡(luò )上多個(gè)CPU協(xié)同完成全信息的采樣、保護算法與控制命令的形成。網(wǎng)絡(luò )的適應性是控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出的最基本的條件，網(wǎng)絡(luò )通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定是控制好采樣的同步和保護命令快速輸出的關(guān)鍵技術(shù)。數字化變電站自動(dòng)化系統的兩級網(wǎng)絡(luò )全部采用100 MHz以太網(wǎng)技術(shù)。

5.數字化變電站自動(dòng)化系統中的數據建模

變電站化系統及相關(guān)設備、功能和數據進(jìn)行建模是通過(guò)采用面向變電站對象建模的方法，其采用統一建模語(yǔ)言UML來(lái)進(jìn)行描述，并將這些模型在變電站層的計算機上、間隔層的IED上以及過(guò)程層的ECT/EVT和智能終端上軟件實(shí)現，以完成過(guò)程層、間隔層IED之間及IED與變電站層計算機之間的通信。以下幾個(gè)步驟分別是實(shí)際IED的數據建模的過(guò)程。

5.1 功能建模

數字化變壓器保護裝置的每個(gè)功能都定義為相應邏輯節點(diǎn)類(lèi)的一個(gè)實(shí)例，如差動(dòng)保護、瞬時(shí)過(guò)流保護、諧波制動(dòng)功能分別用邏輯節點(diǎn)PDIF、PIOC、PHAR來(lái)表示;測量功能用MMXU表示;就地設定和手動(dòng)操作功能用IHMI來(lái)表示;擾動(dòng)紀錄功能用RADR來(lái)表示;斷路器控制功能用CSWI來(lái)表示;斷路器用XCBR來(lái)表示;電流電壓互感器用TCTR、TVTR來(lái)表示。然后根據實(shí)際情況，在不同的物理裝置內分配LN。

5.2 設備建模

設備建模主要是對IED的Server、LD、LN、DO及DA進(jìn)行依次建模。一個(gè)IED可能包含一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器，服務(wù)器是物理設備中的一個(gè)通信實(shí)體，是物理設備的外部通信接口，包含從通信網(wǎng)絡(luò )可視和可訪(fǎng)問(wèn)的內容。

5.3 信息交換服務(wù)建模

根據實(shí)際需要信息交換服務(wù)建模完成設置組控制塊(SGCB)、報告控制塊(BRCB和URCB)、紀錄控制塊(LCB)、通用變電站事件控制塊(GOCB和GSCB)、采樣值傳輸控制塊(MSVCB和USVCB)和DATE-SET、文件、關(guān)聯(lián)等的建模。

6.數字化變電站自動(dòng)化系統發(fā)展中的主要問(wèn)題

在過(guò)程層、間隔層、變電站層這3個(gè)層中，數字化變電站自動(dòng)化系統的研究正在自下而上逐步發(fā)展。過(guò)程層是目前主要集中研究的內容。在國外，已經(jīng)對過(guò)程層有了較成熟的經(jīng)驗;在國內，許多大專(zhuān)院校、研究院等都對其進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究，并且在某些方面還取得了較滿(mǎn)意的成績(jì)。我國目前在數字化變電站自動(dòng)化系統的研究中還存在一定的問(wèn)題，首先，需加強研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中專(zhuān)業(yè)協(xié)作;其次，改進(jìn)材料器件方面的缺陷;再次，實(shí)驗控制、檢驗標準、測試方法還處于弱勢;最后，一體化的通信協(xié)議。

7.數字化變電站自動(dòng)化系統發(fā)展趨勢

數字化變電站對電氣設備行業(yè)影響巨大，將導致二次設備行業(yè)、互感器行業(yè)甚至開(kāi)關(guān)行業(yè)的洗牌，并且以IEC61850為紐帶將促進(jìn)一次設備和二次設備企業(yè)的相互合作與滲透。未來(lái)數字化變電站將實(shí)現一次設備的智能化和二次設備的信息化，通過(guò)在變電站的站控層、間隔層以及過(guò)程層采用全面的標準IEC61850通信協(xié)議，避免設備的重復投入。在站控層方面，除了繼承傳統的監控系統外，應配置遠動(dòng)工作站，目的是向調度實(shí)現遠程數據傳輸;在間隔層方面，由于多種IED的應用使的數字變電站產(chǎn)生多種不同的框架結構;在過(guò)程層方面，一些高級設備的研發(fā)和應用，例如智能化開(kāi)關(guān)設備等。據行業(yè)內的分析報告顯示，每年都有上千座35 kV及以上等級的新建變電站投入運行，新建變電站基本上都采用自動(dòng)化系統模式，因此預計未來(lái)幾年電力系統變電站自動(dòng)化市場(chǎng)規模每年將保持在50～80億元。隨著(zhù)國家電網(wǎng)公司堅持智能電網(wǎng)計劃的實(shí)施，變電站將向智能變電站發(fā)展，一次設備要升級為智能電力設備，二次設備則成為智能控制單元，這是一個(gè)革命性的變化。

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