電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備的研發(fā)探討

摘 要：隨著電力資源在社會經(jīng)濟發(fā)展中的地位和作用的不斷提升，如何保障電網(wǎng)安全運行就成為電力企業(yè)經(jīng)營管理當(dāng)中面臨的一個重要問題，電力系統(tǒng)自動化智能保護(hù)測控設(shè)備是一個重要的研究方向，該設(shè)備能夠?qū)﹄娋W(wǎng)運行提供可靠的安全保障，能夠自動識別、排除故障，自動控制電網(wǎng)的運行，避免大范圍停電現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)有的研究資料，論述電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備方案設(shè)計及系統(tǒng)已經(jīng)具備的模塊，希望能夠?qū)﹄娏ψ詣踊到y(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備研發(fā)工作提供一些幫助和啟示。

關(guān)鍵詞：自動化系統(tǒng) 測控設(shè)備 電網(wǎng)安全

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）011-095-02

隨著電力資源在社會經(jīng)濟發(fā)展中地位和作用的提升，電網(wǎng)安全已經(jīng)成為電力企業(yè)和社會關(guān)注的一個熱點問題，尤其是在我國，電網(wǎng)長期處在高負(fù)荷運行的狀態(tài)，一旦觸電安全事故勢必會對供電及國民經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生重要影響。而最近幾年，北美電網(wǎng)連續(xù)發(fā)生的幾次大規(guī)模的停電事故更是對我國電網(wǎng)安全運行敲響了警鐘。在這種情況下，一些學(xué)者開始探討電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備的研發(fā)，將電網(wǎng)的保護(hù)、測量、控制和通訊功能融為一體，提高電網(wǎng)運行安全保障能力。

1 電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備方案設(shè)計

電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備是一種將保護(hù)、測量、控制和通訊功能為一體的智能安全控制設(shè)備，具體功能包括以下幾個方面：（1）保護(hù)功能，通過繼電保護(hù)保護(hù)電力設(shè)備的安全運行，當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障和不正?，F(xiàn)象的時候，系統(tǒng)能夠迅速的做出判斷發(fā)出跳閘命令經(jīng)事故切除并發(fā)出警報，避免停電范圍的擴大和電氣設(shè)備的損壞。（2）測量功能，利用末端測量設(shè)備對電力節(jié)點進(jìn)行實時測量，一旦空中中心發(fā)出測量指令，設(shè)備能夠迅速的將電量數(shù)據(jù)上傳到控制中心，為電力資源調(diào)配提供合理的、準(zhǔn)確的依據(jù)。（3）通訊功能，該功能是智能保護(hù)測控這杯與整個電力自動化系統(tǒng)之間的橋梁，通訊功能必須符合國際電力自動化標(biāo)準(zhǔn)，主要作用是將電量測量數(shù)據(jù)、保護(hù)信息等傳送給控制中線。（4）控制功能是在上述功能的基礎(chǔ)上，利用遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等技術(shù)，對電網(wǎng)當(dāng)中的設(shè)備進(jìn)行控制和管理。這四個功能是電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備應(yīng)該具備的基本功能。

2 電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備在設(shè)計上必須配置靈活，并滿足功能拓展和系統(tǒng)升級的需要，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上最好采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。筆者認(rèn)為一個完整的電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備應(yīng)該包括以下幾個模塊：主控模塊、開入開出模塊、電量轉(zhuǎn)換模塊、人際對話模塊和通訊模塊等等。每塊模塊都是一個獨立的插件，通過母版與電氣聯(lián)系，將各個模塊的功能整合起來，形成一個完整的電力自動化系統(tǒng)。

2.1 主控模塊

主控模塊是電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備的核心部分，主要由ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）、保護(hù)和測量CPU和EEPROM等組成，主控模塊主要負(fù)責(zé)對電量轉(zhuǎn)換模塊送來的電流進(jìn)行AD采樣，得到電流的原始數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)處理功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到設(shè)備功率、能量和頻率等參數(shù)，并將其保存在寄存器當(dāng)中。CPU對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在與參考值進(jìn)行比較分析，并判斷設(shè)備的云翔狀況，達(dá)到設(shè)置動作值以后發(fā)出保護(hù)命令。主控模塊除了應(yīng)該具備數(shù)據(jù)處理和命令發(fā)布等功能之外，還要具備一定的通訊和人機對話功能，當(dāng)接收到通訊模塊發(fā)出的信息以后，CPU對其進(jìn)行處理和分析，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄓ嵞K實現(xiàn)設(shè)備的通訊功能。

2.2 電量轉(zhuǎn)換模塊

電量轉(zhuǎn)換模塊主要報包括電流互感器、電器互感器、濾波電路等等，這些設(shè)備的主要作用是采集流經(jīng)電能的電流和電壓，并將其轉(zhuǎn)化為模擬量傳送到主控模塊，并轉(zhuǎn)為可以處理的數(shù)據(jù)，在主控模塊當(dāng)中完成對這些數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理！測量計算或保護(hù)運算等。電量轉(zhuǎn)換模塊是對于安全控制具有重要意義，其測量的準(zhǔn)確性直接決定著該系統(tǒng)的可靠性，因此必須保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

2.3 人機對話模塊

人機對話是自動化設(shè)備當(dāng)中不可缺少的一部分，一般來說人機對話模塊主要包括液晶顯示、鍵盤及LED指示燈三部分電路，當(dāng)然隨著技術(shù)的進(jìn)步全屏控制已經(jīng)成為可能。在運用的過程中主要是通過鍵盤將操作人員的命令輸入電腦當(dāng)中，主控模塊根據(jù)輸入的信息返回液晶控制和及數(shù)據(jù)信息，液晶顯示器上顯示的主要是當(dāng)時的 電量信息、警報信息和保護(hù)動作信息等等，當(dāng)然也包括各種菜單選項，包括保護(hù)配置、保護(hù)定值、歷史記錄等等，指示模塊發(fā)出的指示電源、保護(hù)動作或告警狀態(tài)編委信息在LED指示燈中顯示出來，或者采用語言提示的方式，提醒操作人員注意。

2.4 開關(guān)輸入模塊

該模塊主要可以分為兩部分，也就是開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出。開關(guān)量輸入部門主要是實現(xiàn)設(shè)備的“遙信”控制功能，主要是通過采集現(xiàn)場的狀態(tài)量，如開關(guān)的分合、儲能開關(guān)的儲能狀態(tài)等信息，并將收集到的狀態(tài)量傳遞給主控模塊。開關(guān)量輸出部分主要是為了實現(xiàn)設(shè)備的“遙控”控制功能，將主控模塊發(fā)出保護(hù)命令，傳遞到終端控制器控制跳合閘回路，控制線路開關(guān)的分合。

2.5 通訊模塊

在通訊模塊當(dāng)中主要是為了解決現(xiàn)場總線接口的問題，目前在自動化技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的就是RS485總線接口，這種接口具有標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、使用方便的優(yōu)點，在電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備的設(shè)計當(dāng)中也可以采用該接口，以便于能夠與現(xiàn)在的電網(wǎng)自動化協(xié)調(diào)起來。

3 電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備設(shè)計應(yīng)遵循的原則和問題

3.1 電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備設(shè)計原則

電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備在設(shè)計的過程中要想達(dá)到預(yù)期的設(shè)計要求和性能要求，必須遵循一定的原則和要求：

（1）技術(shù)可靠性原則。

要吸取以往的電力自動化設(shè)備硬件系統(tǒng)的成功經(jīng)驗，借助于先進(jìn)、可靠的技術(shù)手段，保證在設(shè)計的過程中技術(shù)的可靠性。電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備對于技術(shù)的成熟度有很高的要求，技術(shù)上如果本身就不成熟，可能會給該設(shè)備的應(yīng)用留下安全隱患，不但不能保證電網(wǎng)的安全運行，甚至?xí)绊懙降碾娋W(wǎng)的安全運行。

（2）通用性的原則。

在電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備設(shè)計的過程中，所使用的測控保護(hù)設(shè)備的硬件平臺必須具有通用性的原則，在通用的平臺之中不同的原理的保護(hù)可以由完全相同的硬件系統(tǒng)實現(xiàn)，要想改進(jìn)和完善設(shè)備的功能和特性只需要改變保護(hù)軟件即可。同時，這樣能夠便捷的對設(shè)備進(jìn)行升級和改進(jìn)，提高設(shè)備的使用年限，減少使用成本。

3.2 電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備設(shè)計中應(yīng)該注意的問題

在設(shè)備設(shè)計當(dāng)中CPU的性能對是整個設(shè)計的核心部分，隨著電網(wǎng)自動化的快速發(fā)展，單一CPU已經(jīng)不能滿足電網(wǎng)自動化的需要。在電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備設(shè)計的過程中，為了與電力自動化設(shè)備協(xié)調(diào)起來，在硬件結(jié)構(gòu)上可以采用多CPU模式。比如說現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的ABB公司的智能型控制單元，這種結(jié)構(gòu)就是采用了四核設(shè)計模式，四個CPU分別負(fù)責(zé)控制、計算、傳感器接入和通信，大大降低了CPU的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)工作效率。當(dāng)然，在設(shè)計的過程中必須解決各個CPU之間的系統(tǒng)穩(wěn)定運行的問題，只有這樣不同CPU之間的數(shù)據(jù)才能簡單快速的傳遞。

總之，隨著電網(wǎng)地位和作用提升，保證電網(wǎng)的安全已經(jīng)成為電力企業(yè)經(jīng)營管理中的難題，電力自動化系統(tǒng)智能保護(hù)測控設(shè)備設(shè)計正是順應(yīng)這種需求產(chǎn)生的，開發(fā)這種設(shè)備對于提高電網(wǎng)運行的安全性具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] IEC.IEC61850：Conununieation networks and systems in substations[S].Geneva：IEC，2003.

[2] 及洪泉.基于OCT的線路差動保護(hù)及變電站自動化系統(tǒng)研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2007.

[3] 蘇昊，夏勇軍，胡剛，等.IEC 61850及其在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].湖北電力，2007（10）：l-3.