數(shù)字化技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉國徽 毛 焱

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

現(xiàn)在社會已經(jīng)進(jìn)入了信息化時代，數(shù)字化受到了人們越來越大的重視，在信息社會中以數(shù)字化技術(shù)作為基礎(chǔ)。數(shù)字化變電站的基本原理是變電站通過對所有信息進(jìn)行采集、傳輸以及處理，在輸出過程中以數(shù)字信息全部代替了以往的模擬信息，同時建立了一個適應(yīng)于它的通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)。設(shè)備智能化作為數(shù)字化變電站的基本特征所在，它實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)化模型與通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動化等目標(biāo)。經(jīng)過多年的發(fā)展，變電站自動化技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，同時光電式電流電壓傳感器、智能控制開關(guān)和一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測等這類技術(shù)也越來越成熟，還有高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也逐漸應(yīng)用于實(shí)時系統(tǒng)中，在變電站中數(shù)字化技術(shù)對自動化系統(tǒng)運(yùn)行起到了越來越重要的作用。

一、數(shù)字化變電站自動化技術(shù)的特征

數(shù)字化變電站這個概念是由于數(shù)字式過程層設(shè)備的出現(xiàn)而有的。在以信息共享化以及過程層數(shù)字化為基礎(chǔ)，數(shù)字化變電站重視SAS整體的信息化、站內(nèi)EID之間與統(tǒng)一模型化、變電站和控制中心之間集成應(yīng)用、協(xié)同操作的能力[1]。SAS在不久的未來將以輸配電系統(tǒng)的統(tǒng)一信息源與自動化功能、執(zhí)行終端的協(xié)調(diào)和集成作為目標(biāo)，在建設(shè)過程中逐漸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。典型的數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)字化變電站在目前雖然還沒有嚴(yán)格意義上的定義，但對于數(shù)字化變電站它的形態(tài)特征大致有以下幾個方面：

1 變電站具有層次化

在功能的差異上，可以將變電站根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)劃分為變電站層、過程層以及間隔層，如圖2所示。變電站層所起到的作用是通過對全站數(shù)據(jù)的利用，對一次設(shè)備進(jìn)行不間斷的實(shí)時監(jiān)視與控制，同時對遠(yuǎn)方控制中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換；過程層所起到的作用是對一次設(shè)備接口相關(guān)的功能進(jìn)行一一實(shí)現(xiàn)，例如開出開入量以及模擬量采樣等，過程層它還對常規(guī)變電站間隔層的部分功能進(jìn)行分擔(dān)，它所起到作用是無可代替的，是為數(shù)字式過程層設(shè)備特地設(shè)置的；間隔層所起到的作用是對本間隔的數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，從而對本間隔的一次設(shè)備進(jìn)行控制與保護(hù)。

2 間隔層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

圖1 數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)圖

在變電站中間隔層設(shè)備是遠(yuǎn)動、測控、繼電保護(hù)、故障錄波、防誤閉鎖、電壓無功調(diào)節(jié)等裝置，這些裝置都是由數(shù)字式微處理器設(shè)計(jì)制造的，設(shè)備在與變電站層、過程層之間進(jìn)行交換信息都要通過高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫^程層設(shè)備數(shù)字化，在常規(guī)間隔層往往都要用外部接口來代替通信接口設(shè)備的模擬量輸入、輸出等。

3 一次設(shè)備的智能化

在設(shè)計(jì)一次設(shè)備中被控制的操作驅(qū)動回路和被檢測的信號回路中，均通過光電技術(shù)與微處理器來實(shí)現(xiàn)，這既大大簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器以及控制回路的結(jié)構(gòu)，同時又用數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字程控器替換了傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。由光電數(shù)字以及光纖取代了常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號以及控制電纜，而在變電站二次回路中的常規(guī)繼電器以及邏輯回路被可編程控制器所取代。

4 運(yùn)行管理自動化

在變電站中逐漸對電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及運(yùn)行狀態(tài)的記錄統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無紙化；在信息的分層、分流交換也實(shí)現(xiàn)了自動化；變電站在運(yùn)行過程中一旦有故障發(fā)生能馬上得到故障分析報告，及時對故障原因進(jìn)行分析并給出處理意見；能過自動化系統(tǒng)可以及時提供設(shè)備檢修報告，這把以往的變電站設(shè)備“定期檢修”由“狀態(tài)檢修”所取代。

二、數(shù)字化變電站中自動化技術(shù)應(yīng)用的好處

1 變電站各種信息可以真正的實(shí)現(xiàn)互通共享

對數(shù)字化變電站的建設(shè)是按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的，通過一系列自動化設(shè)備的投入使用，實(shí)現(xiàn)了在同一個網(wǎng)絡(luò)中接收來自變電站計(jì)量、監(jiān)控以及保護(hù)等系統(tǒng)中的電壓電流以及變電站運(yùn)行狀態(tài)等信息。此外，變電站的控制信息不需要進(jìn)行信息采集，可以通過同一個網(wǎng)絡(luò)來接收。這就實(shí)現(xiàn)了變電站的資源共享，這也大大提高了變電站系統(tǒng)的互操作性，同時由于資源實(shí)現(xiàn)共享減少了許多原本所需要的設(shè)備，為變電站建設(shè)的投資起到了節(jié)約生產(chǎn)成本的作用。

2 可以擴(kuò)展變電站的規(guī)模與功能

在數(shù)字化變電站中以網(wǎng)絡(luò)為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備之間以及設(shè)備與變電站之間進(jìn)行的信息輸送，在通信網(wǎng)絡(luò)中一旦有新的設(shè)備接入來，變電站新的功能隨之可以實(shí)現(xiàn)，而不需要對原有設(shè)備進(jìn)行更換，這便可大大減少建設(shè)成本，同時也讓變化站的工作變得更加方便，工作效率也得到很大提高。

3 有效地提高變電站的測量精度

以往對設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時是通過變電站的互感器中模擬信號來進(jìn)行的，這樣往往會產(chǎn)生較大的誤差。而數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)采集是以電子式互感器作為基礎(chǔ)，精確度非常高，因此得到的測量結(jié)果也更加精確，這也大大地提高了變電站的工作效率和質(zhì)量。此外，數(shù)字化的測量系統(tǒng)還有著重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以在變電站開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)智能集成的形成，從而很好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

三、數(shù)字化變電站的實(shí)現(xiàn)過程展望

數(shù)字化技術(shù)在變電站的發(fā)展不會是一個短期過程，一定還會經(jīng)過一個長期的發(fā)展，因此要充分對其與目前常規(guī)變電站技術(shù)的兼容性進(jìn)行考慮。

1 過程層常規(guī)設(shè)備的接入

對于過程層的常規(guī)設(shè)備主要有兩種，即是指斷路器設(shè)備和互感器設(shè)備，對其應(yīng)用一般體現(xiàn)在采取智能斷路器技術(shù)和非常規(guī)互感器技術(shù)，還有就是智能斷路器控制器技術(shù)，接入常規(guī)設(shè)備的主要方式有三種：一是常規(guī)互感器和智能斷路器；二是常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器；三是非常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器。

2 過程總線方案

到了第二階段時，前面控制將與測量數(shù)據(jù)的分離通信系統(tǒng)合并起來，同時，控制與測量數(shù)據(jù)在合并過程中可以省去間隔接線這個步驟，但對于間隔層IED設(shè)備在與變電站總線和過程總線進(jìn)行連接時需要依靠兩個以太網(wǎng)口來完成，因?yàn)閷碜院喜卧臄?shù)字化電氣量測系統(tǒng)的瞬時值進(jìn)行傳送，采用這種通信方式對比于第一階段中的通信方式要快得多。因此，要借用于100 Mbit/s以太網(wǎng)，依靠過程總線保護(hù)裝置的跳閘命令最后送達(dá)斷路器。

3 過程總線與站總線的合并

在第一 ，第二階段中過程總線和變電站總線中都對以太網(wǎng)進(jìn)行了使用，加上以太網(wǎng)的還在繼續(xù)發(fā)展，因此，變電站總線聯(lián)接從此開成了一個通信網(wǎng)，而且又不會對變電站內(nèi)部站的通信造成影響。

結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用日益成熟，對電網(wǎng)自動化技術(shù)的發(fā)展有了極大的推動作用。未來在數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)更加成熟的基礎(chǔ)上，將推動新時代數(shù)字化電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，這對于提高變電站的安全穩(wěn)定和可靠運(yùn)行有著重大意義。

[1]高翔，張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006（23）.

[2]何世恩，劉峻.IEC61850數(shù)字化變電站對繼電保護(hù)專業(yè)的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009（03）.

[3]李蘭欣，苗培青，王俊芳.基于IEC 61850的數(shù)字化變電站系統(tǒng)解決方案的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006（23）.