常規(guī)變電站數(shù)字化改造的關(guān)鍵技術(shù)分析

許杰

摘要：當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在常規(guī)變電站中得到了一定的應(yīng)用，常規(guī)變電站的數(shù)字化改造勢(shì)在必行。常規(guī)變電站的數(shù)字化改造就是將信息采集、信息傳輸、信息處理，以及信息的輸出等過(guò)程轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，建立起通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的變電站，即數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站具有其突出的特點(diǎn)，即設(shè)備智能化、網(wǎng)絡(luò)化，以及自動(dòng)化。本篇文章就常規(guī)變電站數(shù)字化改造的關(guān)鍵技術(shù)作了進(jìn)一步的分析與研究。

關(guān)鍵詞：常規(guī)變電站 數(shù)字化改造 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0115-01

隨著科學(xué)技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)變電站的數(shù)字化改造已經(jīng)由理論研究階段走進(jìn)了實(shí)踐階段。常規(guī)變電站的數(shù)字化改造是在常規(guī)變電站的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的搭建，不僅兼容了一次系統(tǒng)，而且對(duì)于變電站通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也更加方便。當(dāng)前，在數(shù)字化變電站應(yīng)用與發(fā)展的同時(shí)，也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，對(duì)變電站與電網(wǎng)的運(yùn)行有著嚴(yán)重的影響。因此，加強(qiáng)常規(guī)變電站數(shù)字化改造的關(guān)鍵技術(shù)的分析與研究是很有必要的。

1 數(shù)字化變電站的構(gòu)架

常規(guī)變電站的數(shù)字化改造是根據(jù)設(shè)備智能化和網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)思路，以IEC61850為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，變電站被分為過(guò)程層、間隔層，以及站控層。過(guò)程層是由模擬量收集的終端合并單元，以及開(kāi)關(guān)輸入、輸出等智能單元構(gòu)成的。間隔層是由變電站的保護(hù)裝置，以及測(cè)控裝置等構(gòu)成的。站控層是由監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，以及故障信息子系統(tǒng)構(gòu)成的。

2 常規(guī)變電站過(guò)程層的數(shù)字化改造

2.1合并單元

常規(guī)變電站互感器的數(shù)據(jù)合并單元通常都是就地安裝，通過(guò)交流頭來(lái)電纜的傳送模擬信號(hào)就地采樣，而且要將采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理以后，在通過(guò)IEC61850-9-1、IEC60044-8等協(xié)議，然后借助光纖通道，將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中，最后再由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)給需要進(jìn)行模擬量保護(hù)和數(shù)據(jù)共享的裝置。常規(guī)互感器和合并單元的連接如下如所示，每一臺(tái)合并單元通常能夠完成12路的模擬量采集工作，其中五路作為保護(hù)電流，三路作為策略電流，四路作為測(cè)量電壓。

2.2智能單元

由于受到傳統(tǒng)的變壓器制造的局限，變壓器的本體是通過(guò)電纜連接來(lái)完成非電氣量保護(hù)和信號(hào)傳輸?shù)模ㄟ^(guò)驅(qū)動(dòng)繼電器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在常規(guī)變電站的數(shù)字化改造中，數(shù)字變電站的過(guò)程層與間隔層地通過(guò)光纖組網(wǎng)來(lái)進(jìn)行信息的交換的，根據(jù)非電氣量獨(dú)立的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)智能單元的采用，實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓、測(cè)控，以及非電氣量保護(hù)等的一體化。本體的智能單元是通過(guò)常規(guī)變電站的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)控與非電量保護(hù)功能的，通過(guò)對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)的借助來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的傳輸與裝置的共享。

2.3智能操作箱

智能操作箱是數(shù)字化變電站的智能終端，其有效地解決了一次設(shè)備與數(shù)字化的接口問(wèn)題，將一次設(shè)備和測(cè)控裝置等通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行連接，進(jìn)而完成刀閘與斷路器的分合操作。當(dāng)操作斷路器時(shí)，要將分合閘的輸出接點(diǎn)與智能操作箱的回路插件相連接，在通過(guò)這個(gè)插件來(lái)完成斷路器的防跳閘、電流保持等功能。

3 常規(guī)變電站間隔層的數(shù)字化改造

常規(guī)變電站的間隔層數(shù)字化改造采用的測(cè)控和保護(hù)裝置是IEC61850中的goose標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)變電站的間隔層之間是通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)聯(lián)系的，而且是雙重化的以太網(wǎng)，每一個(gè)間隔層要想實(shí)現(xiàn)動(dòng)作邏輯與間隔之間的閉鎖，就必須要對(duì)網(wǎng)絡(luò)共享的模擬量和開(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，而開(kāi)關(guān)量和模擬量采用IEC61850中的SMV和GOOSE來(lái)完成。

3.1SMV

數(shù)字化變電站中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過(guò)電氣模擬量來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集的，GPS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的采樣同步。對(duì)于模擬量的信息是通過(guò)SMV的報(bào)文形式來(lái)進(jìn)行傳送的，SMV為整個(gè)變電站的模擬量來(lái)提供傳輸服務(wù)，比傳統(tǒng)的變電站有著明顯的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化變電站的采樣數(shù)字在經(jīng)過(guò)單元合并以后，使用的是IEC61850-9-2協(xié)議來(lái)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與測(cè)控，以及錄波裝置的共享。

3.2GOOSE

GOOSE的基礎(chǔ)是相對(duì)較為快速的以太網(wǎng)多播報(bào)文，有效替代了傳統(tǒng)的電纜接線的方式。GOOSE主要是用來(lái)進(jìn)行跳閘保護(hù)、聯(lián)鎖信息傳輸?shù)?。GOOSE是基于發(fā)布、訂閱機(jī)制的信息交換，GOOSE中的任何一個(gè)IEC都能夠作為訂閱端來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，當(dāng)然也能夠作為發(fā)布端來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)IEC之間的數(shù)據(jù)增加，使數(shù)據(jù)更改的難度降低。GOOSE報(bào)文采用的是ASN.1語(yǔ)法編碼，采用的機(jī)制是變位報(bào)文與心跳報(bào)文相結(jié)合的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在以太網(wǎng)鏈路層的直接傳輸，實(shí)現(xiàn)了GOOSE服務(wù)的靈活性和可靠性。

4 常規(guī)變電站站控層的數(shù)字化改造

常規(guī)變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)連接的，網(wǎng)絡(luò)通常采用的雙重化的網(wǎng)絡(luò)配置，在間隔層和站控層之間，要根據(jù)報(bào)文規(guī)范來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的監(jiān)控。MMS是一套相對(duì)獨(dú)立的國(guó)際化的報(bào)文規(guī)范，能夠通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的開(kāi)發(fā)與維護(hù)實(shí)現(xiàn)IED與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)和信息的交換與監(jiān)控。MMS具有以下功能：

4.1上送信號(hào)和測(cè)量功能

諸如開(kāi)入、報(bào)警等信號(hào)數(shù)據(jù)的上送功能是通過(guò)無(wú)緩沖報(bào)告來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且要將其映射到讀寫(xiě)和報(bào)告服務(wù)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遙信的變化、周期的上送，以及總召和事件的緩存。遙測(cè)、保護(hù)等測(cè)量數(shù)據(jù)的上送能夠是通過(guò)有緩沖報(bào)告來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且映射到報(bào)告和讀寫(xiě)服務(wù)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)的變化、周期的上送，以及總召等。

4.2控制功能

控制功能包括遙控和搖調(diào)等，是通過(guò)IEC61850的相關(guān)控制數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)也能夠影身到報(bào)告與讀寫(xiě)服務(wù)中去。IEC61850能夠提供各種控制類型，諸如PCS系列裝置具有SBOW功能和直接控制功能，同時(shí)還支持檢無(wú)壓、同期，以及閉鎖邏輯檢測(cè)等功能。

4.3報(bào)告故障功能

報(bào)告故障的功能是通過(guò)邏輯點(diǎn)的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)映射到文件操作與報(bào)告的服務(wù)中。當(dāng)產(chǎn)生了錄波文件時(shí)，能夠通過(guò)報(bào)告將其送到后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)告功能的充分發(fā)揮。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，以及數(shù)字化技術(shù)在變電站中的應(yīng)用，數(shù)字化變電站得到了前所未有的發(fā)展。常規(guī)變電站的數(shù)字化改造不僅具有常規(guī)變電站的功能，而且搭建起了網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，數(shù)字化變電站與電網(wǎng)達(dá)到了有效結(jié)合。由于常規(guī)變電站的數(shù)字化改造還沒(méi)有達(dá)到一次設(shè)備智能化的要求，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、場(chǎng)地發(fā)熱等問(wèn)題需要得到進(jìn)一步的解決，因此加強(qiáng)對(duì)常規(guī)變電站數(shù)字化改造的技術(shù)的研究仍然有著一定的迫切性。

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