變電站數(shù)字化改造問題研究

1、數(shù)字化變電站相比傳統(tǒng)變電站的差異
變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化能夠直接反映出其自動化技術(shù)的發(fā)展水平。傳統(tǒng)變電站大都為集中式到分層分布式，而數(shù)字化變電站在充分發(fā)揮分層分布式變電站結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，有效應(yīng)用了光電式互感器、智能一次設(shè)備，使其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較常規(guī)變電站發(fā)生了較大變化，展現(xiàn)出了其在技術(shù)特點(diǎn)上的新優(yōu)越。
與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站的不同之處在于：應(yīng)用了光電式互感器；使用了網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備以及數(shù)字式微機(jī)保護(hù)；應(yīng)用了全新的IEC61850通信規(guī)約；能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)等一次設(shè)備的智能控制。
2、數(shù)字化變電站的技術(shù)特點(diǎn)
(1)先進(jìn)的光電式互感器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸；(2)先進(jìn)的GOOSE報文機(jī)制，能夠保證重要信息按優(yōu)先級傳遞，能夠有效提高系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)響應(yīng)速度，進(jìn)一步提高保護(hù)功能的靈敏度以及可靠性。(3)使用100-Mbit／s冗余光纖以太網(wǎng)以及全新的IEC61850的光以太網(wǎng)交換機(jī)，能夠?qū)LAN有效劃分，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，減少網(wǎng)絡(luò)流量，保證網(wǎng)絡(luò)能夠安全隔離，使通信效率明顯提高。(4)使用網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備以及支持GOOSE事件模型的新型數(shù)字式微機(jī)保護(hù)，能夠保證高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸以及快速執(zhí)行命令。(5)全新的IEC61850通信協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化變電站的結(jié)構(gòu)分層，即：過程層、間隔層和站控層。(6)智能終端加傳統(tǒng)開關(guān)模式的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)一次設(shè)備智能化，有效節(jié)約成本，節(jié)省改造時間。
3、數(shù)字化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
我市110kV數(shù)字化變電站改造的目的是在保證一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上，應(yīng)用全新的IEC61850通信協(xié)議技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站的分層構(gòu)建，最終使得設(shè)備之間能夠信息共享以及互操作。
3.1過程層
作為一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的數(shù)據(jù)層，過程層的數(shù)據(jù)包括三類：其一是一次設(shè)備的實(shí)時電氣量監(jiān)測數(shù)據(jù)，例如電流、電壓幅值和相位等；其二是一次設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括對變壓器、隔離開關(guān)、斷路器、母線等的狀態(tài)監(jiān)測等；其三是一次設(shè)備的操作控制數(shù)據(jù)，包括對斷路器、隔離開關(guān)、變壓器、電容器的操作控制等。
在過程層中包括的設(shè)備有兩類：其一是光電＼電子式互感器，其主要功能是提供一次設(shè)備的實(shí)時電氣量監(jiān)測數(shù)據(jù)；其二是智能終端以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)，其主要功能是提供和傳輸一次設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及一次設(shè)備的操作控制數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。GOOSE是指在IEC61850的通用變電站事件模型的基礎(chǔ)上的控制類事件。GOOSE網(wǎng)絡(luò)能夠保證數(shù)據(jù)在系統(tǒng)范圍內(nèi)快速、可靠的輸入、輸出，其提供的高效方法能夠?qū)崿F(xiàn)多路廣播服務(wù)面向不同物理設(shè)備同時傳輸相同的變電站事件信息。期間一旦數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化，裝置會立即刷新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時按照設(shè)定重發(fā)時間重發(fā)數(shù)據(jù)，通過配置數(shù)據(jù)“訂閱者”信息能夠及時更新緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時性。
3.2間隔層
先進(jìn)的數(shù)字式微機(jī)保護(hù)、測控裝置以及數(shù)字式計(jì)量電能表的應(yīng)用，能夠保證同數(shù)字化過程層的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無縫聯(lián)接。
過程層設(shè)備實(shí)現(xiàn)了高度數(shù)字化，變革了傳統(tǒng)意義上的二次設(shè)備保護(hù)裝置，多模光纖以其細(xì)小、簡單和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)取代了傳統(tǒng)的粗大、繁雜和功能簡單的二次電纜，并成為二次信息的有效傳輸載體。與此同時，簡單方便的單根多模光纖輸入取代了傳統(tǒng)計(jì)量電能表復(fù)雜的三相四線接法輸入。
3.3站控層
使用100-Mbit／s冗余光纖以太網(wǎng)，能夠通過高速網(wǎng)絡(luò)適時匯總?cè)緮?shù)據(jù)信息，實(shí)時更新數(shù)據(jù)庫，根據(jù)既定規(guī)約及時將數(shù)據(jù)信息傳送給遠(yuǎn)動主站和調(diào)度端；同時接收來自遠(yuǎn)動主站和調(diào)度端的控制命令，并及時下傳給間隔層、過程層進(jìn)行執(zhí)行；能夠?qū)崿F(xiàn)后臺VQC電壓無功調(diào)節(jié)，以及在線可編程的全站操作閉鎖控制；能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)隨時隨地監(jiān)控、查詢事件，波形報告的打印等；能夠?qū)崿F(xiàn)在線維護(hù)、在線修改間隔層、過程層設(shè)備的定值參數(shù)等。此外，SNTP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)對時方案的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對時方式的革新。其對二次系統(tǒng)設(shè)置同一時鐘，能夠保證全站設(shè)備時鐘同步，所有設(shè)備按照同一時間基準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)延時進(jìn)行對時，改變了過去的硬接線對時方式。
3.4應(yīng)用全新的IEC61850通信規(guī)約
傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)使用的IEC60870-5-103規(guī)約，僅為變電站內(nèi)部傳輸規(guī)約，無法描述變電站系統(tǒng)模型和二次功能模型，也無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用和通信技術(shù)的分層處理功能。而全新的IEC61850規(guī)約將變電站通信體系劃分為了變電站層、間隔層、過程層三個層次，變電站層與間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)，使用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)、傳輸控制協(xié)議／網(wǎng)際協(xié)議(TCP／IP)以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。間隔層與過程層之間的網(wǎng)絡(luò)，使用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED，測控單元和繼電保護(hù))均使用統(tǒng)一協(xié)議，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換。其具備面向?qū)ο蠼＃怀橄笸ㄐ欧?wù)接口；面向?qū)崟r服務(wù)；配置語言；電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模等特點(diǎn)。
IEC61850建模了諸多公共實(shí)際設(shè)備以及設(shè)備組件，其作為制定電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動無縫通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，能夠最大程度地改善信息技術(shù)與自動化技術(shù)的設(shè)備數(shù)據(jù)集成，有效降低工程量、驗(yàn)收、運(yùn)行、監(jiān)視、診斷以及維護(hù)等相關(guān)費(fèi)用，節(jié)省了時間，提高了自動化系統(tǒng)的使用靈活性，并有效解決了變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)品的互操作以及協(xié)議轉(zhuǎn)換等問題。
4、結(jié)語
本文結(jié)合實(shí)際研究了變電站數(shù)字化改造的設(shè)備情況和技術(shù)特點(diǎn)，希望對于未來電網(wǎng)改造以及現(xiàn)代科技的應(yīng)用與發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)價值和意義。