淺析數(shù)字化技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉本慧

【摘 要】電力系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和根本所在，變電站自動(dòng)化的發(fā)展情況說明了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況。我國對電力系統(tǒng)的發(fā)展一直非常重視，并且取得了巨大的成就：西部大開發(fā)和東部經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的"西電東送"， 三峽工程建設(shè)的初步完成。在變電站自動(dòng)化領(lǐng)域中，由于智能化開關(guān)、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測，光電式電流，電壓互感器、變電站運(yùn)行等操作的不斷使用和日趨成熟，并且計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中不斷地開發(fā)和應(yīng)用，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展已經(jīng)成為今后發(fā)展的主流。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；智能化開關(guān)；光電式電流

在當(dāng)今的信息化時(shí)代中，數(shù)字化也越來越為人們所重視。數(shù)字化技術(shù)主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面的特性：首先，數(shù)字化是數(shù)字計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，并且數(shù)字化是軟件技術(shù)的基礎(chǔ)，是智能技術(shù)的基礎(chǔ)；其次，數(shù)字化是多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)，它為信息社會(huì)提供了基礎(chǔ)。數(shù)字化變電站就是使變電站的所有信息采集，傳輸，處理，輸出過程由過去的模擬信息全部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。它的基本特征體現(xiàn)在設(shè)備智能化，通信網(wǎng)絡(luò)化模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化，運(yùn)行管理自動(dòng)化等方面。我國首座數(shù)字化變電站-翠峰變電站位于1998年3月3日建成投產(chǎn)， 并于2006年3月27日改造為全數(shù)字化變電站正式投入運(yùn)行。經(jīng)過7個(gè)月的投產(chǎn)運(yùn)行.各種數(shù)據(jù)采集、傳輸準(zhǔn)確無誤.運(yùn)行平穩(wěn)、安全、可靠.在全國處于領(lǐng)先地位.并達(dá)到國際先進(jìn)水平。

1.數(shù)字化變電站的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用

1.1一次設(shè)備的智能化

一次設(shè)備中被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路都采用微處理器和光電技術(shù)的設(shè)計(jì)，這使常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)簡化了，傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接被數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)所取代?？删幊炭刂破鞔媪俗冸娬径位芈分谐Ｒ?guī)的繼電器和其邏輯回路，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

1.2二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化

變電站中常規(guī)的二次設(shè)備：故障錄波裝置、繼電保護(hù)裝置、電壓無功控制、量控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、同期操作裝置、在線狀態(tài)檢測裝置等，都是基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)技術(shù)而設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的通信連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)，二次設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)真正地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、資源的共享。

1.3自動(dòng)運(yùn)行的管理系統(tǒng)

變電站運(yùn)行管理系統(tǒng)的自動(dòng)化包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化、自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，并且能夠及時(shí)地提供故障分析報(bào)告，指出故障原因及相應(yīng)的處理意見；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告。

要想在變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備與二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。在一、二次設(shè)備之間同樣實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通信，如果變電站內(nèi)智能裝置的數(shù)量急劇增加，全站智能裝置必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，才能實(shí)現(xiàn)互操作性。

2.數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次備。在邏輯結(jié)構(gòu)上分為三個(gè)層次："過程層"、"間隔層"、"站控層"。各層次內(nèi)部和層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。

過程層的典型設(shè)備有遠(yuǎn)方I/O、智能傳感器和執(zhí)行器，主要完成開關(guān)量和模擬量的采集以及控制命令的發(fā)送等與一次設(shè)備相關(guān)的功能。間隔層設(shè)備的主要功能包括匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能，實(shí)施本間隔操作閉鎖功能。實(shí)施操作同期及其他控制功能。站控層的主要功能包括通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，按時(shí)登錄歷史數(shù)據(jù)庫、按既定協(xié)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度或控制中心、接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行。

過程層與間隔層之間基于交換式以太網(wǎng)的串行通信方式在標(biāo)準(zhǔn)中稱為過程總線通信，間隔層與變電站層之間串行通信方式稱為站級總線通信。

3.數(shù)字化變電站技術(shù)中存在的問題

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究目前尚處于起步階段，大部分精力集中在過程層方面，例如智能化開關(guān)設(shè)備 ，光電互感器、狀態(tài)檢測等技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)。目前存在著許多問題：首先，研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng)， 比如智能化電器的研究至少存在機(jī)、電、光三個(gè)專業(yè)協(xié)同攻關(guān)。其次，材料器件方面的缺陷及改進(jìn)。并且試驗(yàn)設(shè)備、測試方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，特別是電磁干擾與兼容控制與試驗(yàn)還是薄弱環(huán)節(jié)。

4.數(shù)字化變電站的未來發(fā)展

數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展將會(huì)是個(gè)長期的過程，需要考慮與目前常規(guī)變電站技術(shù)的兼容性。

4.1過程層常規(guī)設(shè)備接入方案

過程層常規(guī)設(shè)備主要指互感器和斷路器設(shè)備，具體應(yīng)用就是采取非常規(guī)互感器技術(shù)和智能斷路器技術(shù)，或智能斷路器控制器技術(shù)，常規(guī)設(shè)備的接入方式主要有三種基本模式：常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器；常規(guī)互感器和智能斷路器；非常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器。

4.2過程總線方案

在第二階段中前面控制和測量數(shù)據(jù)的分離通信系統(tǒng)將合并到一起，控制和測量數(shù)據(jù)的合并減少了間隔接線的復(fù)雜性，但間隔層IED設(shè)備需要兩個(gè)以太網(wǎng)口分別與過程總線和變電站總線連接。由于傳送了來自合并單元的數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)的瞬時(shí)值，此種通信方式比第一階段中的通信方式更快。出于這個(gè)原因?qū)⑹褂?00 Mbit/s以太網(wǎng)，通過過程總線保護(hù)裝置的跳閘命令被發(fā)送到斷路器。

4.3過程總線和站總線合并方案

由于第一 ，第二階段中過程總線和變電站總線都使用了基于MMS應(yīng)用層通信堆棧的以太網(wǎng)，和以太網(wǎng)的不斷發(fā)展，使得變電總線聯(lián)接構(gòu)成一個(gè)通信網(wǎng)。并且不會(huì)影響變電站內(nèi)部站的通信。

5.結(jié)束語

文章論述了數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其發(fā)展。數(shù)字化變電站自動(dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)全部數(shù)字化變電站自動(dòng)化的功能，還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決，基于智能斷路器技術(shù)的成熟度實(shí)現(xiàn)信息采集、處理、傳輸、從交流量的采集到斷路器操作的全數(shù)字化應(yīng)用；通過變電站總線與過程層總線的集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站集成型自動(dòng)化的應(yīng)用。

數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展過程中可以實(shí)現(xiàn)對常規(guī)變電站技術(shù)的兼容，這意味著數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展可以建立在現(xiàn)有變電站自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用上的平穩(wěn)發(fā)展和逐步突破，使新技術(shù)的應(yīng)用能有機(jī)地結(jié)合電網(wǎng)的發(fā)展，未來在數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上將標(biāo)志著新代數(shù)字化電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。

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