智能變電站合并單元現(xiàn)狀及發(fā)展方向

陳俊峰

摘 要：文章智能變電站合并單元發(fā)展現(xiàn)狀，從合并單元的生產(chǎn)設(shè)備廠家、合并單元的同步問題、智能變電站中的實際運行情況等方面，分析了智能變電站合并單元的發(fā)展現(xiàn)狀，并從接口規(guī)范完善、時鐘同步功能等方面，對合并單元的發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞：智能變電站；合并單元；現(xiàn)狀

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0089-02

近年來，隨著建設(shè)堅強智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的深入實施，數(shù)字化變電站的數(shù)量不斷增多，合并單元作為智能變電站的核心設(shè)備其重要性日益凸顯。伴隨智能化變電站技術(shù)的發(fā)展，“直采網(wǎng)跳”和“直采直跳”等方式的出現(xiàn)，也給智能化變電站合并單元發(fā)展帶來新的方向。下文將就此展開分析和討論。

1 合并單元及其主要功能分析

MU是合并單元的簡稱，合并單元屬于智能變電站中的數(shù)據(jù)采集、傳輸、數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備，是智能變電站的核心設(shè)備，通過合并單元能夠?qū)崿F(xiàn)電流、電壓的信息數(shù)據(jù)采集，并且對采集的數(shù)據(jù)信息進行處理，通過 IEC61850標準將信息數(shù)據(jù)傳遞給保護設(shè)備及后臺監(jiān)控系統(tǒng)，保護設(shè)備根據(jù)數(shù)據(jù)信息正確動作，保護變電站一次設(shè)備及電力系統(tǒng)安全運行。

當前MU可接入互感器的類型眾多，既有電子互感器、光電互感器，也有傳統(tǒng)互感器，能夠通過多種方式實現(xiàn)信息的采集轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)模擬量數(shù)字轉(zhuǎn)換，對數(shù)據(jù)能夠進行全方位的分析、整理。通常情況下，MU中含有12個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，每一個數(shù)據(jù)采集單位都是一個相對獨立的系統(tǒng)，能夠?qū)γ恳唤M數(shù)據(jù)信息進行收集、整理，比如，一個110 kV線路間隔的電流互感器二次繞組含有三相保護繞組、測量繞組和計量繞組，共有9位數(shù)據(jù)信息，及單相的電壓互感器，可以通過一臺MU合并單元實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。

與此同時，MU接口還提供有數(shù)據(jù)保護功能，能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息傳輸以及接送的有效保護。MU能夠通過相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳遞，對開關(guān)進行信息指令的傳遞，當電壓不穩(wěn)或電流過大時能夠及時的對相關(guān)系統(tǒng)下達指令，對異常數(shù)據(jù)及時糾錯，做出正確的數(shù)據(jù)處理，確保變電站可靠運行。在具體的操作流程中，MU會根據(jù)會通過傳感器對信息數(shù)據(jù)進行及時的收集，并且將數(shù)據(jù)信息進行打包上傳，相關(guān)數(shù)據(jù)會組成SV報告，保護設(shè)備會根據(jù)此數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，然后根據(jù)數(shù)據(jù)情況以及設(shè)定的標準對當前的電壓、電流進行評估，一旦滿足保護條件，就會發(fā)送GOOSE跳閘報告，智能開關(guān)一旦受到命令就會實行跳閘。

另外，MU能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集的及時性以及同步性，能夠?qū)?shù)據(jù)第一時間傳送給保護系統(tǒng)，并由保護系統(tǒng)做出及時的分析整理，這樣保護系統(tǒng)能夠及時的將數(shù)據(jù)結(jié)果傳遞給各個保護裝置，實現(xiàn)設(shè)備的有效保護。在同步的過程中，不僅需要不同間隔之間電流的同步，而且也需要同一模擬量之間的同步，這樣能夠有效的實現(xiàn)差動保護，有效的計算出阻抗和功率。

2 智能變電站合并單元的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 合并單元生產(chǎn)設(shè)備廠家

合并單元最初是包含在電子式互感器中的，但是由于目前合并單元的需求量增加，并且重要性不斷提升，因此為了方便使用，將其進行了單獨分離，因而成為了單獨設(shè)備。目前，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，科技創(chuàng)新速度提升，我國一些大型的變電站廠家開始推出新的合并單元，并且還有部分廠家能夠?qū)?shù)字化變電站提供新穎的解決辦法。

隨著變電站的開發(fā)和運行，對合并單元的要求也在不斷提升，合并單元不僅要能夠輸出滿足需要的接口，而且還要滿足計量、錄波、測控以及繼電保護等需求。另外，還要根據(jù)接入系統(tǒng)傳輸?shù)姆绞教峁?yīng)的網(wǎng)口，滿足不同傳輸方式的不同需求。比如，如果接入系統(tǒng)采用的傳輸方式為對點式，那么合并單元要提供能夠滿足其使用的接口模塊；如果接入系統(tǒng)傳輸方式為采樣值，那么合并單元要提供與其相關(guān)的以太網(wǎng)口。

2.2 合并單元在應(yīng)用中的數(shù)據(jù)質(zhì)量

2.2.1 數(shù)據(jù)采集的準確性

實現(xiàn)高精度采樣同步對數(shù)字化保護功能實現(xiàn)有重要的意義，因此，合并單元的數(shù)據(jù)質(zhì)量至關(guān)重要，首先，合并單元應(yīng)能精確采集現(xiàn)場模擬量數(shù)據(jù)，并經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換傳遞給數(shù)字化保護。其次，合并單元傳遞的模擬量應(yīng)該三相平衡，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，這樣數(shù)字化保護才能準確的計算功率、阻抗等電氣量。此外，不同間隔合并單元間的電流也需要同步，這是差動保護正確動作的前提。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集的同步問題

同步問題是合并單元面臨的一大問題，合并單元對電流的采集一般是分布采集的，這種方式采集電流雖然能夠完成一定的需求，但是容易造成延時的問題，這種狀況的發(fā)生與軟件和硬件之間都有一定的聯(lián)系。如圖1所示。

通過上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，當合并單元與傳統(tǒng)互感器接入的時候，所經(jīng)過的電纜是直接性接入的，這樣他們的延時就相對來說比較固定，并且時間比較短，甚至可以忽略掉。而當其通過光纜與電子互感器接入的時候，在進行一定的轉(zhuǎn)化之后，我們可以發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)處理、信號采用以及信號調(diào)制方面都有了一定的延時，這樣延時的狀況就比較嚴重，并且不同的合并單元也有不同的延時狀況，因此對其延時狀況的確定比較困難。

另外，在交換機中也有一定的延時，包括解包延時、排隊延時和傳輸延時。將這些不同方面的延時組合起來，就成為了一個整體的延時，因為延時的模塊和設(shè)備比較多，因此會影響傳遞結(jié)果。就上圖中的方式來說，電壓互感器的二次電壓通過MU進行數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將電壓傳遞到MU的下一級，然后對二次電流進行采樣，同時同步電壓數(shù)字量，并重新整合為新的數(shù)字量，最終將其送至相關(guān)的設(shè)備。其傳輸延時的結(jié)果如下：

傳輸延時 = 上一級MU延時+ 同步處理延時+ 報文輸出延時。

2.3 合并單元應(yīng)用中的可靠性問題

通過我國相關(guān)的調(diào)查報告可知，在2015年一整年內(nèi)，我國智能變電站的設(shè)備所發(fā)生的缺陷次數(shù)為310次，這是一個非常龐大的數(shù)字。與普通變電站進行對比可知，智能變電站的缺陷率超過了普通變電站，并且智能變電站出現(xiàn)缺陷的主要設(shè)備為合并單元，合并單元的可靠性成本智能變電站發(fā)展的重要問題。

因此應(yīng)加強對合并單元的檢測，尋找能夠解決合并單元問題的方法，并進行問題改正和預(yù)防成為了目前必須要解決的問題。相關(guān)單位要針對合并單元中出現(xiàn)的問題，進行分析和總結(jié)，找出問題的關(guān)鍵原因所在，并進行相應(yīng)的預(yù)防，采取有效的方法對合并單元問題進行解決，保證合并單元的運行質(zhì)量，同時要加強監(jiān)測，做好維護。

3 智能變電站合并單元的發(fā)展方向

3.1 合并單元的精度、速度和系統(tǒng)功能不斷發(fā)展

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，合并單元的組合設(shè)備也在不斷更新，數(shù)據(jù)處理能力逐漸提升，并且模塊處理的速度和數(shù)據(jù)采樣的速度都在提升。同時，其設(shè)備也在不斷完善，設(shè)備的復(fù)雜性程度更加深了，也因此可以進行更深一步的功能拓展，提升合并單元的功能，增加更多有用的功能，可以對其工作狀態(tài)和量值輸出進行檢測。

另外，以上所說的合并單元采樣報文問題、網(wǎng)絡(luò)延時問題以及硬件和軟件設(shè)備問題等隨著目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都已經(jīng)有了妥善的解決辦法，相信不久的將來合并單元會越來越好。

3.2 接口規(guī)范會更加完善

電子互感器和合并單元的信息交互在當前還沒有確切的標準，因此這就造成了互聯(lián)中工作量的提升。目前運用比較多的是IEC60044-8串行數(shù)據(jù)接口標準，但是因為通訊量比較大，對數(shù)據(jù)的需要比較及時，并且需要處理的任務(wù)比較多，電子互感器和合并單元之間基本是采用光纖通道接口。

在合并單元與保護設(shè)備的接口中，不僅可以運用交換機組網(wǎng)方式，還可以使用點對點通信。就當前的狀況來看，IEC 61850-9-2通信方式是最主要的，目前，由于合并單元的現(xiàn)場故障率較高，國網(wǎng)公司提出了“常規(guī)采樣GOOSE跳閘”方式，合并單元的未來發(fā)展方向尚不明晰。

國家科技不斷創(chuàng)新，智能變電站也在不斷發(fā)展，設(shè)備創(chuàng)新的速度越來越快，計算機不斷普及，保護測控裝置通信與合并單元最終的目的是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。同時，合并單元與相關(guān)設(shè)備的接口規(guī)范也在逐步健全，網(wǎng)絡(luò)共享的實現(xiàn)已經(jīng)指日可待。

3.3 同步方式逐漸發(fā)展

當前，合并單元的同步仍然是以變電站主時鐘為主，將GPS發(fā)送的秒脈沖作為基準源，將GPS作為時鐘源，這種方式的優(yōu)點在于所產(chǎn)生的誤差比較小，能夠更準確地同步。但是，在采用這種方式的時候，要在變電站內(nèi)加設(shè)一個光纜或者光纖，這就提升了硬件設(shè)備的復(fù)雜程度，并且如果在設(shè)備運行中一旦出現(xiàn)失去GPS秒脈沖信號的問題，那么合并單元就可以能會暫停同步。

IEEE 1588發(fā)布于2002年，是一種比較精確的時鐘同步協(xié)議，該協(xié)議具有相當精確的同步系統(tǒng)，不僅能夠適用于網(wǎng)絡(luò)化和本地化的系統(tǒng)，而且可以通過以太網(wǎng)進行同步，并且時鐘工作的狀態(tài)有三種：無源時鐘、從時鐘和主時鐘。因為IEEE 1588有比較明顯的優(yōu)點，并且具有高精度，因此它將會是以后同步技術(shù)發(fā)展的主流。當然，在運用該設(shè)備的時候要注意，保護測控單元、合并單元和傳感器等等都必須要能夠支持這種協(xié)議，因此在使用之前要對相關(guān)設(shè)備的支持協(xié)議程度進行驗證。

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