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1、变电站电力系统的自动化智能掌握技术争论2 云南建投机械制造安装工程 云南 昆明 6501023 中移铁通楚雄分公司 云南 昆明 650102摘要 通过多年的进展，变电站电力系统的自动化掌握技术经受了重大的变化。这些变化旨在提高供电质量、经济性、敏捷性、牢靠性和更多的监控变电站中全部的主要设备。变电站自动化系统的进展趋势是使用多功能智能电子设备IED和先进的通信技术，实现变电站的智能监控和无人值守。变电站自动化设计的关键目标是 IED 之间的互操作性和长期稳定性。国际电工委员会(IEC)已经制定并公布了有关变电站自动化的标准-IEC61850。该标准定义了变电站以太网、局域网(LAN)、设备型号
2、和通信效劳标注。本文主要争论了变电站电力系统自动化智能掌握技术。关键词 变电站；自动化；智能；掌握技术自从在变电站应用强大的微处理器和数字通信以来，变电站电力系统的自动 掌握发生了巨大的变化。被称为 IED智能电子设备的多功能智能元件和通信继电器取代了传统的继电器、仪表、掌握开关和机械状态指示器。变电站电力系 统掌握和治理自动化为了提高电力系统的效率和生产率，变电站自动化掌握系统 被证明是一种经济高效的解决方案。IEC 61850 标准定义了一种用于基于局域网的变电站 IED 互连技术，对于来自不同供给商的产品的通用性扩呈现有系统和满足将来技术进展的协议数据构造，可应用于广泛的互联技术，这为在
3、变电站中实 现这些协议供给了一个良好的开端。本文简要介绍了变电站智能掌握的背景，控 制系统的拓扑构造，智能掌握技术的应用，通信网络的牢靠性和安全性。同时叙 述了变电站智能掌握系统的关键技术，总结了可能面临的问题和解决问题的关键。1 变电站自动化掌握系统的进展变电站在过去的进展重点是通过降低运行本钱提高效率，以及供电质量的提高和利用强大的硬件支持和通信技术实现变电站自动化掌握。其中，遇到的主要问题是如何通过变电站远程掌握的应用来降低故障率和运行本钱。远程掌握技术允许变电站通过安装远程终端单元(RTU)从远程位置进展掌握，而无需任何操作人员在变电站现场进展掌握。在上个世纪八十年月，我国在变电站中首
4、次引进了自动化掌握系统。这次引进的主要目的是通过变电站自动化掌握系统来确保运行本钱的降低和供电质量的提高。在变电站的工作人员可以转移到远程掌握中心。在掌握中心里，工作人员可以远程掌握多个变电站。本世纪初，变电站自动化掌握系统进展进展到一个阶段。在这个阶段，面 临的主要问题是变电站的标准化，从而降低维护和运行本钱。为了实现所需的控 制功能，实行了一系列举措。例如变电站内的分布式自动扮装置，包括保护和控 制集成以及承受简化布线方案。随着 2023 年至 2023 年间公布的 IEC61850 标准， 变电站通信网络和掌握系统被重定义。因此，变电站的掌握系统在 2023 年至2023 年间进展了升级
5、换代，目的是使通信系统标准化。2 自动化智能掌握系统架构自动化智能掌握系统的根本架构为三级构造组织。每一层级都有特定的设备和功能。第一层级是设备层。该层级包括变电站的高压和中压主要电气设备。其次层级是间隔单元层。通常，IED 设备就是安装在这一级的设备。第三层级是掌握中心层级。在这一层级的设备是中心处理器单元和上位机，监测和掌握整个变电站。间隔单元负责过程自动化、掌握和保护功能。间隔单元由五个模块组成：输 入模块、处理模块、输出模块、通信模块和人机接口模块。此外，属于变电站自 动化系统的每个间隔单元同时具有一套保护功能，能够确保电气系统的监视、故 障检测和故障处理。主要目标是通过对变电站的实时
6、监控来保证高牢靠性和供电 质量。中心处理器基于像工业计算机这样的设备，具有确保在恶劣环境中具有良 好性能的技术特征。该装置具有假设干监视器、键盘和鼠标，便于变电站工作人员 进展操作。第一层级和其次层级之间的连接由电力电缆实现。其次层级和第三层 级之间的连接是通过本地通信网络进展的。该通信网络主要由光纤电缆进展连接，能够确保波特率(传输速度)适合保护、自动化和掌握系统功能的执行，满足实时性和快速性的要求。3 智能掌握系统通信网络3.1 传统变电站通信网络在大多数状况下，不同变电站之间的通信网络架构并不一样。通常，在分布式变电站自动化系统中，网络架构取决于设备制造商、他们自己的通信协议和他们自己特
7、定的网络拓扑构造。这些解决方案的保护、自动化和掌握系统设备的主要供给商是 ABB 和 EFACEC，这两家制造商通常使用专有通信协议。因此，来自不同制造商的设备之间的集成似乎是一项困难的任务，需要额外的经济本钱。这些支出是由于需要安装通信协议转换器和独立的通信网络来连接属于不同制造商的IED 装置。ABB 使用 Lonworks 作为通信协议。该中心在其架构内设置了两个通信网络。3.2 型变电站通信网络考虑到通信系统的统一，IEC 61850 标准为变电站带来了的解决方案。该标准定义了以太网和 TCP/IP，类似于变电站通信系统中使用的协议。因此，IEC 61850 定义了两条通信总线，以确保
8、属于变电站自动化系统的全部设备之间的连接。因此，IEC 61850 在变电站内的应用对通信系统的架构和运行模式有很大的影响。主要优势之一是不同变电站之间通信网络架构的标准化。与传统通信系统相比，型变电站通信系统有两个主要变化:引入以太网交换机和使用标准协议与远程掌握中心通信。以太网交换机之间的连接呈现环形拓扑构造，而 IED 装置和以太网交换机之间的连接遵循星形拓扑构造。光纤连接由冗余网络组成。这种物理连接允许全双工通信模式，使得两个设备之间能够同时进展传输和数据接收。这样，在实际的变电站通信系统中，波特率可以到达每秒100 兆比特。3.3 交互式以太网当变电站安装的 IED 装置时，会生成数
9、据集，因此通信系统中的数据流量会增加。因此，在引入的 IED 装置时，怎样确保保护、自动化和掌握系统的性能不受影响就变得格外重要。交互式以太网技术带来了一些重要的转变，如数据吞吐量的提高和流量隔离。此外，一旦以太网交换机的每个通信端口之间没有直接连接，每个端口都会拥有一个自有的播送域。关于数据路由，当信息到达交换机端口时，它会被分析并只安排到目的端口。3.4 站级总线和间隔总线智能掌握系统需要采集各种各样的变电站信息，站级总线可以确保与变电站内的重要设备连接，如人机界面(HMI)和中心处理器。间隔总线通过通信网络供给变电站主要设备和 IED 装置之间的连接。合并单元从电压互感器和电流互感器以及
10、其他类型的输入/输出(I/O)信息中收集数据。然后，全部这些信息被归入数据库，通过通信网络公布，IED 装置订阅这些信息。通常，合并单元位于变电站站内。3.5 与远程掌握中心的通信变电站和远程掌握中心之间的通信承受 IEC 60870-5 标准。传统通信系统使用基于串行链路的 IEC 60870-5-101。实际上，该协议正在向 IEC 60870-5-104 进展过渡。该标准允许变电站和远程掌握中心之间通过公共效劳网络(如万维网) 进展通信，并涵盖了现有的互联网传输协议。它的一个主要优势是，IEC60870- 5-104 以 IEC60870-5-101 为根底，因此使用 IEC 60870
11、-5-101 协议连接的传统通信系统的现有通信线路，可以在过渡到 IEC 60870-5-104 的过程中连续使用，确保变电站和远程掌握中心之间通信的连续性。变电站智能掌握系统有一种进展趋势，即使用互联网协议通信与这些设施以外的地方进展通信，特别是与远程掌握中心进展通信。为了建立这种连接，可以承受两种主要的物理传输介质:有线和无线通信。有线通信使用光纤，而无线通信使用公共 GPRS(通用分组无线业务)。4 变电站智能掌握关键技术4.1 电气设备智能化用电子仪表传感器代替传统仪表，它供给数字光纤以太网接口，配有能与智能变电站中断路器、变压器等外部设备的通信接口。或是将智能终端设备安装在传统一次设
12、备上，实现信号数字化传输和状态监控。这些改造，实现了变电站主要设备的数字化和智能化。与传统变电站中信息数据通过掌握电缆传输不同，变电站智能掌握系统的数据信息是通过以太网，依托光纤为传输介质实现的。在变电站智能掌握系统中， 一种设备和另一种设备相互进展信息通信，承受的是 IEC-61850 标准下的 P2P 对等通信模式。信息和数据在这种模式下，可以不用占用在节点中的全部中间链路和存储器。这种非集中式的特点使变电站智能掌握和通信成为可能，通信网络具有良好的可扩展性和牢靠性，同时 IED 装置的信息传输的效率和牢靠性得到了大幅提高。4.2 分布式系统IEC61850 系统提出了三层构造模型和两层网
13、络。三层构造分别为工艺层、间隔层和站控层，两层网络分别为工艺层网络和站控层网络。网络承受面对对象建模技术、软件复用技术、高速以太网、实时操作系统RTOS技术、可扩展标记语言XML技术，可以满足电力系统对实时性和牢靠性的要求。这些技术有效地解决了不同配置系统之间的信息交互，使变电站分层方案具有牢靠的技术根底。4.3 信息交换网络承受型数字传感器代替传统传感器，将高压大电流信号直接转换为数字化信号。变电站设备完全利用高速网络通信进展信息交换。作为基于 IEC61850 总线的过程层，承受多通道技术，传感器采样数据可以同时发送到监控、保护、故障录波、相角测量单元。标准以太网技术可以实现数据共享和资源
14、共享。4.4 智能继电保护智能变电站的继电保护配置方案分为过程层和变电站层。假设变电站中的主要设备均为智能设备，保护设备就可以安装在智能设备中；假设将传统设备改造为智能设备，则设备的保护和掌握功能可以安装在四周的智能设备中。通过分布式配置方案可以到达简化继电保护的目的，使二次设备继电保护的距离最短。这样不会由于跳闸、采样、通信等不确定因素而导致保护功能失效。4.5 系统建模标准化IEC-61850 确立了一整套标准化的电力系统模型，对变电站自动化系统信息进展了定义，并规定了信息交换模型的统一标准。实现了智能设备的互操作性： 通过对象建模技术，抽象通信效劳接口技术和设备自描述标准。对变电站自动化
15、功能进展标准化设计，可以实现真正的互操作性。变电站信息共享的实现：为了资源命名原则的统一性，需要对变电站中的一、二次设备进展统一建模。在变电站智能掌握系统和掌握中心之间，实现了无缝通信。简化变电站智能掌握系统维护、配置和实施：基于 SCL 的设备功能、系统配置直至网络连接都可以便利的进展描述、存储、交换、配置和治理。5 结语目前，我国变电站电力系统的自动化智能掌握技术的进展还不完善，在相关 标准标准、标准模型、工艺设备、通信网络的安全牢靠性、电能计量、智能设备、检测评估体系、技术治理模式等方面存在诸多问题和缺乏，变电站智能化标准， 技术还不成熟。变电站自动化智能掌握系统的建设和传统变电站的智能化改造是 一个长期的过程，可以逐步实施。明显，IEC 61850 标准的实施、电子式互感器和 IED 装置的应用推动了变电站电力系统的自动化智能掌握技术的进展。自动化智能掌握技术的进展将成为将来的主流。参考文献1 IEC61850. 变电站通信网络和系统S.国际电工委员会. 2023.2 CQ/GDW 383. 智能变电站技术指南S.国家电网公司. 2023.3 张文亮，刘壮志，王明军. 智能电网的争论现状及进展趋势J. 电力系统技术. 2023, 33(13): 1 -11.