智能變電站設(shè)備模型的原理與調(diào)試

朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 殷 剛

普通變電站系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)備間缺乏緊密聯(lián)系、互操作性差，智能變電站系統(tǒng)的出現(xiàn)有效彌補(bǔ)上述缺陷，具有更明顯的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。如能通過(guò)數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間交互與信息共享。伴隨IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的普及與應(yīng)用，智能化變電站設(shè)備功能集成不再停留在理論層面，變電站二次設(shè)備結(jié)構(gòu)也因此變得更加緊湊、功能更加豐富、操作更加友好，簡(jiǎn)化了智能變電站運(yùn)行、維護(hù)難度。

1 智能變電站系統(tǒng)的特點(diǎn)

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的智能變電站系統(tǒng)可分為三個(gè)層次：過(guò)程層。以一次設(shè)備為主，并配置有很多智能組件，還包含了一些智能終端。在整個(gè)系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)電能的分配、傳輸?shù)裙ぷ?，同時(shí)還負(fù)責(zé)電能的計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、保護(hù)等。從國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)范來(lái)看，針對(duì)單間隔保護(hù)，通常會(huì)采取直接跳閘的方式。很多電力設(shè)備中配置了很多智能組件，從而更有利于實(shí)現(xiàn)電能的自動(dòng)化控制、監(jiān)測(cè)、測(cè)量等；間隔層。以電力二次設(shè)備為主，如常見(jiàn)的有繼電保護(hù)裝置等；站控層。在智能變電站系統(tǒng)中站控層包含很多子系統(tǒng)，如通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等，從而能對(duì)一次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測(cè)、測(cè)量與控制。與普通的變電站相比，智能變電站系統(tǒng)還有著以下優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

在信號(hào)傳輸方面有著更高的效率。在智能變電站系統(tǒng)中，針對(duì)信號(hào)的傳輸不再采用傳統(tǒng)的電纜，而是采用更加先進(jìn)的光纖傳輸，不僅更有利于信號(hào)傳輸，且整個(gè)變電站系統(tǒng)的二次接線復(fù)雜性也得到了有效降低。得益于光纖強(qiáng)大的傳輸能力，在信號(hào)傳輸方面還有著更強(qiáng)的兼容性，顯著提高了信號(hào)傳輸質(zhì)量[1]。在智能變電站系統(tǒng)中，采用光纖傳輸還有效提高了信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠性，能支持長(zhǎng)距離信號(hào)高效穩(wěn)定傳輸，解決了在傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)中采用電纜長(zhǎng)距離傳輸、斷路器經(jīng)常偷跳故障問(wèn)題。

在系統(tǒng)裝置設(shè)備應(yīng)用方面更加先進(jìn)。如在當(dāng)前的智能變電站系統(tǒng)中采用了電子互感器，與普通互感器相比體積更精巧、功能更強(qiáng)大，性能發(fā)揮也更穩(wěn)定，無(wú)需擔(dān)心絕緣問(wèn)題。在互感器發(fā)揮作用時(shí)自身不會(huì)出現(xiàn)飽和狀態(tài)，即使是在二次開(kāi)路中進(jìn)行運(yùn)行電子互感器也不會(huì)有尖峰電壓產(chǎn)生。同時(shí)電子互感器本身有著非常高的測(cè)量精度，因此在實(shí)際運(yùn)行時(shí)不會(huì)影響一次系統(tǒng)引發(fā)諧振問(wèn)題，這使得智能變電站系統(tǒng)在整體運(yùn)行方面會(huì)變得更加穩(wěn)定。

在通信方面，智能變電站系統(tǒng)同樣進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)。在通信標(biāo)準(zhǔn)上采用了全新的EC61850通信標(biāo)準(zhǔn)，因此整體通信性能與穩(wěn)定性會(huì)得到質(zhì)的提升。不僅如此，在智能變電站系統(tǒng)之中，由于自身有著非常高的信息化水平，同時(shí)還專門配置有專業(yè)的信息平臺(tái)終端，從而成功將變電站內(nèi)系統(tǒng)不同裝置連接在一起，顯著增進(jìn)了站內(nèi)設(shè)備的互操作性，一方面能有效避免設(shè)備重復(fù)投入問(wèn)題的出現(xiàn)，另一方面還能讓變電站設(shè)備功能發(fā)揮變得更加穩(wěn)定，不同設(shè)備不同的發(fā)揮通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信控制還能實(shí)現(xiàn)功能聯(lián)動(dòng)，促使智能變電站發(fā)揮出更強(qiáng)大的功能；在信息傳輸通道方面，由于在智能變電站系統(tǒng)中采用了很多先進(jìn)的信息技術(shù)，因此也使得信息通道功能更加強(qiáng)大。如智能變電站系統(tǒng)的信息通道能進(jìn)行自我檢查，顯著提升了信息傳輸穩(wěn)定可靠性，從而為智能變電站自動(dòng)化管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在變電站整體結(jié)構(gòu)方面智能變電站系統(tǒng)組成層次更加清晰，功能分布更加合理。在過(guò)程層和間隔層之間，針對(duì)相關(guān)設(shè)備裝置也進(jìn)行了升級(jí)處理。尤其是針對(duì)一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)的一些關(guān)鍵設(shè)備，均采用了數(shù)字化處理方式，從而能實(shí)現(xiàn)過(guò)程層設(shè)備與間隔層設(shè)備的高效率通信。在智能變電站系統(tǒng)的間隔層中保護(hù)裝置的運(yùn)行，不再由TA、TV輸出的交流模擬信號(hào)控制[2]。上述這些信號(hào)本身穩(wěn)定性較差，難以滿足實(shí)際通信控制要求。當(dāng)前在智能變電站系統(tǒng)采用了新的通信標(biāo)準(zhǔn)之下，相應(yīng)裝置只需接收SV（或GOOSE）網(wǎng)絡(luò)輸出數(shù)字信號(hào)，這種數(shù)字化信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定，因此更有利于推動(dòng)智能變電站系統(tǒng)功能能穩(wěn)定的發(fā)揮。

2 智能變電站設(shè)備模型的原理

2.1 智能變電站設(shè)備模型結(jié)構(gòu)

在對(duì)象模型之中一般包含有多個(gè)對(duì)象元素，比如邏輯設(shè)備（可用 表示）、邏輯節(jié)點(diǎn)(可用 表示)、數(shù)據(jù)對(duì)象（可用 表示）等，除此之外，還包括一些數(shù)據(jù)類與數(shù)據(jù)屬性，可用 來(lái)表示。一個(gè)完整的邏輯設(shè)備，一般由兩部分內(nèi)容組成，一是邏輯節(jié)點(diǎn)，二是附加服務(wù)。該邏輯設(shè)備的主要功能價(jià)值在于產(chǎn)生一些特定功能組信息與抽象實(shí)體，便于設(shè)備使用；在數(shù)據(jù)功能交換中，邏輯節(jié)點(diǎn)屬于最小的組成部分，主要由數(shù)據(jù)和方法所定義的對(duì)象組成，并且不同的節(jié)點(diǎn)包含的特定應(yīng)用功能也有一定差異性。對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象而言，在產(chǎn)生數(shù)據(jù)對(duì)象值后，將會(huì)給予其相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)。從本質(zhì)上來(lái)看，數(shù)據(jù)對(duì)象是一種實(shí)例化的數(shù)據(jù)，主要由數(shù)據(jù)類加以確定，并定義數(shù)據(jù)存在的意義。

在數(shù)據(jù)對(duì)象中本身還有著一定的數(shù)據(jù)屬性，這種數(shù)據(jù)屬性是其所繼承數(shù)據(jù)類后自然分配的屬性元素。在這些元素內(nèi)容組成上，可由一些特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成。在上文提到的對(duì)象模型中的多個(gè)對(duì)象元素，可以描述先后順序?yàn)橐罁?jù)進(jìn)行逐級(jí)的包容。以某110kV智能變電站系統(tǒng)母差保護(hù)出口跳段分段文本為例，在某個(gè)名為PI-PROC邏輯設(shè)備中一共包含有35個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，在某個(gè)名為BusPTRC1邏輯節(jié)點(diǎn)中共包含有15個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。而在每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象中又包含了一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)屬性實(shí)例，并且不同的數(shù)據(jù)對(duì)象均對(duì)應(yīng)有各自的數(shù)據(jù)屬性。同數(shù)據(jù)屬性實(shí)例一樣，數(shù)據(jù)屬性也有一個(gè)或者多個(gè)對(duì)應(yīng)。

2.2 數(shù)據(jù)類原理

在給定邏輯節(jié)點(diǎn)中，數(shù)據(jù)對(duì)象的語(yǔ)義被稱之為數(shù)據(jù)類。在數(shù)據(jù)類中，主要由兩部分內(nèi)容構(gòu)成，一是屬性、二是服務(wù)。與此同時(shí)，在智能變電站系統(tǒng)采用的EC61850通信標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)公共數(shù)據(jù)類與兼容數(shù)據(jù)類同樣也進(jìn)行了定義。而對(duì)數(shù)據(jù)類、公共數(shù)據(jù)類與兼容數(shù)據(jù)類來(lái)說(shuō)，三者本身具有一定的內(nèi)在聯(lián)系。對(duì)公共數(shù)據(jù)類而言，主要由具有公共結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類組成，且是數(shù)據(jù)類的子類。而對(duì)兼容數(shù)據(jù)類而言，本身具有特定的語(yǔ)義，因此在公共數(shù)據(jù)類中可將其視為一種特殊的數(shù)據(jù)類。在數(shù)據(jù)類中，代表數(shù)據(jù)屬性的類型同樣也是一個(gè)類，在具體定義上，主要以原始組件和合成組件作為主要的定義內(nèi)容。對(duì)原始組件而言，一般會(huì)對(duì)一些基本類型進(jìn)行直接繼承，而一個(gè)合成組件則可以由多個(gè)原始組件構(gòu)成。

仍以某110kV智能變電站系統(tǒng)母差保護(hù)出口跳段分段文本為例，從母差保護(hù)中數(shù)據(jù)模型文本摘要內(nèi)容來(lái)看，針對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)PTRC，它的一個(gè)數(shù)據(jù)屬性為Tr，也可將該數(shù)據(jù)屬性視為一個(gè)兼容數(shù)據(jù)類，它表示的意思是“無(wú)方向跳閘”，隸屬于公共數(shù)據(jù)類“ACT”。Tr實(shí)際上是ACT的特定實(shí)例。對(duì)于PTRC的數(shù)據(jù)屬性Tr，實(shí)際上直接繼承成了ACT類的屬性與結(jié)構(gòu)。而ACT的數(shù)據(jù)屬性“general”則代表的是“跳閘總狀態(tài)”，該數(shù)據(jù)屬性基本類型為“BOOLEEAN”型。根據(jù)數(shù)據(jù)變化，觸發(fā)（dchg=1）；ACT的數(shù)據(jù)屬性“q”，則代表的是“Tr”的品質(zhì)。在具體的類型變化上，主要由Quality合成組件直接派生而來(lái)。在此基礎(chǔ)上，按照相應(yīng)的品質(zhì)變化觸發(fā)（因qchg=true）。而對(duì)“Quality”而言則是一種公共的合成組成，主要由公共數(shù)據(jù)類品質(zhì)類型進(jìn)行規(guī)定。

關(guān)于對(duì)象引用，可將其理解為在數(shù)據(jù)實(shí)例類中一種絕對(duì)的路徑。通過(guò)進(jìn)行對(duì)象引用，還能對(duì)對(duì)象名進(jìn)行相應(yīng)的約束，并且這種約束是唯一的，不存在其他約束。在不同的對(duì)象中，如邏輯節(jié)點(diǎn)、邏輯設(shè)備、數(shù)據(jù)屬性等，每個(gè)均有專屬于自己的對(duì)象名。不僅如此，在上述諸多對(duì)象中各自還具有一個(gè)絕對(duì)的路徑名[3]。而在進(jìn)行對(duì)象名引用時(shí)，可采用專門的對(duì)象分隔符，比如“/”，或者“.”,然后將不同對(duì)象名串連在一起，順利完成對(duì)象的引用。

例如在上文提出的案例中，ACT的特定實(shí)例“Tr”在對(duì)象引用方面，便是采用了以下引用名：“PI_PROC/BusPTRC1.Tr”，實(shí)際上代表的是母差保護(hù)動(dòng)作跳分段的出口信息。同理，針對(duì)ACT的數(shù)據(jù)屬性“q”的對(duì)象引用則是PI_PROC/BusPTRC1.Tr.q，實(shí)際上代表的意思是母差保護(hù)動(dòng)作跳分段跳閘信息的品質(zhì)。

2.3 數(shù)據(jù)集

針對(duì)數(shù)據(jù)集可將其理解為一種有序排列的數(shù)據(jù)，或者是一種數(shù)據(jù)屬性的對(duì)象引用集合。而之所以要進(jìn)行數(shù)據(jù)集的建立，主要目的是便于后續(xù)按照相應(yīng)的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分類，最終為后續(xù)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)於▓?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不僅如此，還能使得智能變電站系統(tǒng)發(fā)揮出相應(yīng)的功能，如傳送保護(hù)功能、錄波功能、告警等狀態(tài)信息功能等。

3 智能變電站設(shè)備模型的調(diào)試

在實(shí)際進(jìn)行智能變電站設(shè)備模型的調(diào)試時(shí)通常會(huì)遇到一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)為以下幾方面：通用性的問(wèn)題。如在某實(shí)例模型中，定義了5把主閘刀與4把接地閘刀邏輯節(jié)點(diǎn)，該邏輯節(jié)隸屬于為XSWI類，主要的作用價(jià)值是幫助不具備短路遮斷容量的開(kāi)關(guān)完成相應(yīng)的建模工作?；谏鲜銮闆r能明顯的認(rèn)識(shí)到，將這一實(shí)例作為智能終端通用模型難以發(fā)揮其通用性的特點(diǎn)。究其原因在于，在具體實(shí)踐方面，上述模型并不能適應(yīng)具有4把接地刀的變壓器組接線，再加上該接線為220kV線路，因此實(shí)際適應(yīng)難度還會(huì)進(jìn)一步增加。為有效解決這一調(diào)試問(wèn)題，建議在建立智能終端模型的過(guò)程中配置足夠的閘刀，并設(shè)置足夠多的接地閘刀備用節(jié)點(diǎn)，最終促使模型通剛性得到有效的提升。

遙控功能無(wú)法發(fā)揮。通過(guò)定義兩個(gè)不同的遙控?cái)?shù)據(jù)對(duì)象結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)將用于遙控閉鎖的斷路器位置。同時(shí)在遙控命令配置上將其置于兩個(gè)不同的邏輯節(jié)點(diǎn)中，另一個(gè)則配置在同一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)之中。在上述兩個(gè)模型中，在同一個(gè)在一個(gè)站控系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)對(duì)應(yīng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其中一個(gè)的斷路器位置遙控發(fā)生了問(wèn)題、無(wú)法被后臺(tái)解析，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)其的遙控操作。為有效解決這一問(wèn)題，建議注重加強(qiáng)建模方式的統(tǒng)一。

采樣無(wú)法發(fā)揮效果。在分段自切后，通過(guò)開(kāi)展加速試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在自切保護(hù)動(dòng)作合分段后，后加速不出口，經(jīng)過(guò)后續(xù)分析發(fā)現(xiàn)主要原因在于，分段合并單元給自切裝置在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，自身的電流處于無(wú)效狀態(tài)，從該電流SMV報(bào)文中能了解到，品質(zhì)有效性標(biāo)志為“invalid”)。從該保護(hù)邏輯中能了解到，電流在無(wú)效時(shí)、閉鎖后會(huì)起到加速的功能。而在不閉鎖時(shí)將會(huì)把其它功能切斷。上述這一現(xiàn)象，與《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》第6.1.5條款的要求相符合，但在考慮的分析過(guò)程中，針對(duì)加速功能缺失還應(yīng)深入分析，做好后續(xù)的補(bǔ)救措施。

檢修狀態(tài)。針對(duì)線路保護(hù)，在實(shí)際進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程中，將用于保護(hù)的檢修壓板直接投上，然后向保護(hù)輸入故障電流后斷開(kāi)檢修壓板，在這一時(shí)期故障電流依然沒(méi)有消失。該保戶裝置在實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)向外發(fā)送SV報(bào)文。從報(bào)文內(nèi)容中能了解到Test位鎖定為1[4]。由此可表明，電流信息始終保持測(cè)試的狀態(tài)。因此不被其它運(yùn)行的設(shè)備所認(rèn)可。如果此時(shí)進(jìn)行復(fù)歸，后續(xù)需要大量的時(shí)間。由此能表明，該裝置在一些特定的情況下發(fā)出的報(bào)文并不符合實(shí)際，沒(méi)有實(shí)際的意義。因此需要進(jìn)行裝置程序的更改，有效恢復(fù)Test即時(shí)變化，最終順利完成問(wèn)題的解決。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力需求總量的不斷提升，人們對(duì)供電穩(wěn)定性及安全性也提出了更高要求。傳統(tǒng)變電站在實(shí)際運(yùn)作上已經(jīng)難以滿足上述需要。而智能變電站系統(tǒng)的出現(xiàn)則能有效滿足供電安全穩(wěn)定性需要。為促使智能變電站系統(tǒng)發(fā)揮出更大的作用價(jià)值，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)智能化模型的原理及調(diào)試分析，分析其中存在的問(wèn)題，提出一些針對(duì)性解決建議，從而有效提高智能變電站運(yùn)行調(diào)試水平，確保其能穩(wěn)定安全運(yùn)行。