電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置的研究

楊 恒 付東旭

（遼陽(yáng)供電公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

變電站測(cè)控裝置是電力系統(tǒng)中極其重要的一部分，起著承上啟下的作用，既要把變電站的各種數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心供調(diào)度中心進(jìn)行處理決策，也要把調(diào)度中心的各種信息和命令傳達(dá)給變電站的各種設(shè)備。對(duì)于220kV以上高電壓等級(jí)變電站來(lái)說(shuō)，由于其重要性，因此其各種設(shè)備的自動(dòng)化裝置要求獨(dú)立而互不干擾，象保護(hù)、測(cè)控、五防、消防、電能計(jì)量等都各自有自己的獨(dú)立系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間也不是完全孤立的，它們之間也有通信聯(lián)系，也可以息共享，這樣做的好處也是顯而易見(jiàn)的，各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，其中一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響到其它的系統(tǒng)，既提高了可靠性，又提高了可維護(hù)性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，其在電力建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛和深入，尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了大量高集成度的各種采集芯片和新型電力一二次設(shè)備，也使電力測(cè)控裝置有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。目前，變電站測(cè)控裝置在這一領(lǐng)域的應(yīng)用已走在了前沿。

1 自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀

電力自動(dòng)化技術(shù)也由模擬技術(shù)的初級(jí)階段發(fā)展到數(shù)字技術(shù)時(shí)代，同時(shí)微處理器技術(shù)和各種新型的一二次設(shè)備的應(yīng)用，使各個(gè)子系統(tǒng)形成管理系統(tǒng)成為可能。此后，每次計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)以及控制技術(shù)的進(jìn)步，便帶動(dòng)電力自動(dòng)化技術(shù)的一次進(jìn)步。

現(xiàn)在的測(cè)控裝置采用分布式結(jié)構(gòu)、集中/分布混合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，它們各具特點(diǎn)，不但豐富了自動(dòng)化系統(tǒng)集成方案，同時(shí)也取得了比傳統(tǒng)方式好的效益。分布式結(jié)構(gòu)是與集中式結(jié)構(gòu)相對(duì)的一種結(jié)構(gòu)，其拋棄了集中式結(jié)構(gòu)中所有計(jì)算和住處處理都由主機(jī)完成的模式，把系統(tǒng)功能分成多個(gè)部分，分散到系統(tǒng)中不同位置的主機(jī)進(jìn)行處理，各個(gè)主機(jī)各司其職獨(dú)立工作，這樣就大大的提高了系統(tǒng)的吞吐量，同時(shí)可以用軟件和硬件冗余的方法實(shí)現(xiàn)互為備用。提高了系統(tǒng)的魯棒性，這種結(jié)構(gòu)擴(kuò)展起來(lái)也比較容易。集中/混合結(jié)構(gòu)是結(jié)合兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，把部分功能分散化的一種結(jié)構(gòu)。人工智能技術(shù)、通訊技術(shù)、信息處理技術(shù)使得電力自動(dòng)化進(jìn)入到一個(gè)新的階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、功率電子技術(shù)和控制技術(shù)的日新月異標(biāo)志著電力自動(dòng)化度過(guò)了個(gè)新的時(shí)期，這些新技術(shù)逐漸地由理論和實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)電力自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生了巨大的沖擊作用，一些新的觀點(diǎn)和理論應(yīng)運(yùn)而生，解決了電力工業(yè)許多一直沒(méi)有解決的問(wèn)題。GPS相量測(cè)量裝置與常規(guī)RTU相結(jié)合，使調(diào)度中心的 EMS功能從穩(wěn)態(tài)向動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變，也使電力系統(tǒng)的全局穩(wěn)定和恢復(fù)控制成為可能。

2 電力自動(dòng)化的重要性

對(duì)于220kV以上高電壓等級(jí)變電站來(lái)說(shuō)，由于其重要性，因此其各種設(shè)備的自動(dòng)化裝置要求獨(dú)立而互不干擾，象保護(hù)、測(cè)控、五防、消防、電能計(jì)量等都各自有自己的獨(dú)立系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間也不是完全孤立的，它們之間也有通信聯(lián)系，也可以信息共享，這樣做的好處也是顯而易見(jiàn)的，各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，其中一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響到其它的系統(tǒng)，既提高了可靠性，又提高了可維護(hù)性。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，其在電力建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛和深入，尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了大量高功能和可靠性方面的逐漸完善和提高，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按間隔設(shè)計(jì)，擴(kuò)充性好，安裝比較方便，各種控制電纜直接到繼電保護(hù)小室，小室內(nèi)I/O單元通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接，并與站控層通過(guò)光纖連接，抗干擾能力強(qiáng)，大大地減少了控制電纜的使用和敷設(shè)數(shù)量。20世紀(jì)90年代中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，采用按間隔為對(duì)象設(shè)計(jì)測(cè)控單元，采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成真正意義上的分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。

3 測(cè)控裝置設(shè)計(jì)原則

（1）變電站測(cè)控裝置作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的一個(gè)子系統(tǒng)，應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的總體設(shè)計(jì)要求，其配置、功能包括設(shè)備的布置應(yīng)滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及信息分層傳輸、資源共享的原則。

（2）本著提高電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功能有機(jī)集成、相互協(xié)調(diào)、提高自動(dòng)化水平、減少變電站硬件的重復(fù)設(shè)置及投資費(fèi)用，滿足變電站自動(dòng)化及無(wú)人值守的工程需求。

（3）構(gòu)造按超高壓樞紐變電站(500kV～220kV)設(shè)計(jì)，同時(shí)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)模式應(yīng)能使用于中壓變電站(含 220kV終端站和10kV～35kV站)及低壓配電站(35kV、10kV站)的系統(tǒng)構(gòu)造要求，同時(shí)兼顧考慮同保護(hù)配合。

（4）系統(tǒng)用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，測(cè)控裝置設(shè)計(jì)體現(xiàn)面向?qū)ο?，功能有機(jī)集成，系統(tǒng)各部分有機(jī)協(xié)調(diào)的思想。充分考慮工程的實(shí)用化(分散、就地安裝等模式)。分散式配置宜采用能下放的功能盡量下放的原則，凡可以在間隔層就地完成的功能，無(wú)需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及上位機(jī)完成。

（5）采用代表國(guó)際技術(shù)發(fā)展先進(jìn)潮流的、標(biāo)準(zhǔn)而成熟的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。對(duì)于 220kV樞紐站及 330kV、500kV超高壓變電站，其網(wǎng)絡(luò)層及站控層宜采用雙重化、冗余配置，如雙網(wǎng)絡(luò)、光纖雙環(huán)冗余自愈系統(tǒng)等手段。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約協(xié)議，充分考慮網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性、可擴(kuò)充性以及工程化的相關(guān)問(wèn)題。同時(shí)具備雙以太網(wǎng)和雙現(xiàn)場(chǎng)總線，信息傳輸更流暢，組網(wǎng)方式更靈活。

（6）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮同我國(guó)電力通訊網(wǎng)的接口問(wèn)題，系統(tǒng)支撐軟件符合ISO開(kāi)放系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)、通信規(guī)約及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義、格式、編程、地址等與相應(yīng)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)保持一致，以適應(yīng)電力工業(yè)信息化的發(fā)展要求。系統(tǒng)能適應(yīng)電力通訊網(wǎng)的多種通訊方式，還要考慮同電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等的接入問(wèn)題。

（7）站控層應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)全站進(jìn)行監(jiān)視、保護(hù)、控制以及設(shè)備檢測(cè)功能的綜合管理。間隔層IED符合設(shè)計(jì)規(guī)范及技術(shù)指標(biāo)要求，同時(shí)可以適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)接口；采用測(cè)量、控制一體化設(shè)計(jì)。

（8）傳統(tǒng)的變電站測(cè)控裝置采用串形口通信方式，其通信速率和資源共享均受到限制。新系統(tǒng)采用總線型局域網(wǎng)絡(luò)，其通信速率高，傳輸可靠。

（9）變電站內(nèi)，特別是高壓小間內(nèi)存在強(qiáng)大的電磁干擾。應(yīng)充分考慮電磁干擾對(duì)IED(智能電子設(shè)備)裝置要求。另外在通信方式上優(yōu)先采用光纖通信方式，同時(shí)鑒于光纖安裝、維護(hù)復(fù)雜及費(fèi)用較高，在中低壓變電站可選用屏蔽電纜為通信介質(zhì)。同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)合理性及技術(shù)先進(jìn)性。

現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息傳送量成倍增多，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性、可靠性要求也越來(lái)越高。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型的大規(guī)模集成電路將會(huì)進(jìn)一步應(yīng)用在測(cè)控裝置上。這些新器件的應(yīng)用將使測(cè)控裝置的電路板更加小型集成化，裝置通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理能力更強(qiáng)。高集成化系統(tǒng)的發(fā)展，無(wú)疑能降低成本，提高系統(tǒng)可靠性，有利于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)行管理。

4 結(jié)語(yǔ)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)最終向數(shù)字化發(fā)展，如智能開(kāi)關(guān)設(shè)備、智能電子裝置(IED)等的出現(xiàn)，使變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化階段。智能化設(shè)備逐漸取代傳統(tǒng)的設(shè)備，使變電站層、間隔層、過(guò)程層最終用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)?？傊?，變電站自動(dòng)化技術(shù)是伴隨著現(xiàn)代科技技術(shù)發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施應(yīng)用，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)管理，一次設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，基于同步相量測(cè)量裝置的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以及如何融入變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，都是變電站測(cè)控裝置所要研究的課題。另外對(duì)以后的高電壓等級(jí)變電站也有可能將保護(hù)與測(cè)控結(jié)合在一起，這也應(yīng)引起我們足夠的重視，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)和市場(chǎng)調(diào)研，為今后的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)做好準(zhǔn)備。

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