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變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的現狀與發(fā)展趨勢論文
摘要：本文對變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程和現狀作了論述和分析。提出了變電站自動(dòng)化發(fā)展趨勢。變電站自動(dòng)化技術(shù)在城農網(wǎng)建設改造工作中，無(wú)論從其技術(shù)性、重要性、投資數和任務(wù)量占有相當的地位，為此闡寫(xiě)本文與讀者探討。
關(guān)鍵詞：變電站;綜合自動(dòng)化;發(fā)展趨勢
一、目前國內變電站自動(dòng)化技術(shù)
變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展歷程按時(shí)間順序可將變電站自動(dòng)化系統的發(fā)展歷程分成叁個(gè)階段：
第一階段面向功能設計的集中式RTU加常規保護模式(始于20世紀80年代);
第二階段面向功能設計的分布式測控裝置加微機保護模式(始于20世紀90年代)：
第叁階段面向間隔、對象設計的分層分布式結構模式(始于20世紀90年代末期)，是當前最為普遍的一種模式。
(一)現場(chǎng)單元功能與性能
在全分散式變電站自動(dòng)化系統中，特點(diǎn)之一是以變電站一次設備(如高低壓開(kāi)關(guān)等)為單位，在一次設備現場(chǎng)配置監控和保護的現場(chǎng)輸入輸出葷元。如前節所述，現場(chǎng)單元可以是監控和保護二合一裝置，亦可以保持相對獨立，但有一點(diǎn)是共同的，就是現場(chǎng)單元要求能獨立完成監控和保護的功能。
監控現場(chǎng)單元的基本功能為遙測量采集及計算，遙信采集及處理，電能脈沖采集及累計，遙控命令接收與執行，對關(guān)鍵芯片的定時(shí)自檢，與保護單元的通信(當與保護單元保持相對獨立時(shí))，當地顯示。
保護現場(chǎng)單元的基本功能為根據安裝單位的繼電保護配置完成保護功能，接收與執行后臺機下發(fā)的保護定值修改，自檢功能，發(fā)送保護裝置的工作信息、告警信息、動(dòng)作信息、自檢信息，與上級對時(shí)，接收與發(fā)送上級對保護裝置整定值和測量值的查詢(xún)，保護裝置復歸，當地顯示。
(二)網(wǎng)絡(luò )結構與通信
在變電站自動(dòng)化系統中常用的串行通信接口RS-232C，RS-422/485雖有接口標準化、規范化和多數智能單元IED接口方便的優(yōu)點(diǎn)，但不足之處是RS-232C通信有效距離短(15m)，而RS-485總線(xiàn)為主從結構，主接點(diǎn)工作繁忙時(shí)，影響系統性能和可靠性。
因此在變電站自動(dòng)化向分散式系統發(fā)展時(shí)，采用計算機網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)來(lái)替代傳統串口通信成為一種趨向。
計算機網(wǎng)絡(luò )內計算機之間是相互獨立的和平等的(Peer to Peer)，目前國內推出的系統采用較多的是現場(chǎng)總線(xiàn)型通信方式，如CAN及Lon-Works�，F場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)是一種多點(diǎn)共享的廣播通信信道網(wǎng)，較點(diǎn)對點(diǎn)通信信道網(wǎng)(星形網(wǎng))為優(yōu)，各結點(diǎn)連在一條總線(xiàn)上(亦可采用冗余總線(xiàn))，不象星形網(wǎng)二結點(diǎn)間通信需通過(guò)中心結點(diǎn)。
二、變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢
變電站自動(dòng)化系統無(wú)論國內外均是向全分散式系統發(fā)展，并與計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通信新技術(shù)緊密聯(lián)結，未來(lái)變電站自動(dòng)化新技術(shù)動(dòng)向主要有以下幾方面。
(一)系統結構
從變電站自動(dòng)化系統的設計思想角度來(lái)看，設計者對變電站測控的看法已實(shí)現從局部到整體的轉化。目前的變電站自動(dòng)化系統中，面向對象技術(shù)已成為一個(gè)十分流行的趨勢，即不單純考慮某一個(gè)量，而是為某一設備配備完備的保護和監控功能裝置，以完成特定的功能，從而保證了系統的分布式開(kāi)放性。
設計思想的發(fā)展導致了系統結構的發(fā)展，塬先的自動(dòng)化系統基本只能集中配屏，由于面向對象設計思想的深入以及一次設備的整體化設計，系統結構將由集中式向部分分散式或全分散式發(fā)展，變電站內可能將不再具有規模龐大的測控屏以及大量連接信號源和測控屏之間的銅芯電纜，全部測控裝置下放在就地，實(shí)現所有功能，而在控制室，取而代之的是一個(gè)計算機顯示器甚至僅為一臺臨時(shí)監視、操作使用的便攜機。
(二)通信及規約
一個(gè)典型的變電站自動(dòng)化系統，可分為叁個(gè)層次，(如圖1所示)。叁個(gè)層次分別為：
�、佻F場(chǎng)I/0層，用于和現場(chǎng)一次設備的信號和控制相連;
�、谕ㄐ艑�，完成上位I(Workstation)和數據終端設備(DCU)的數據和命令傳;
�、嵊嬎銠C管理層，完成相應的SCADA及變電站管理功能以及其它相應的輔助功能。由圖可見(jiàn)，通信層在這里起著(zhù)舉足輕重的作用。網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的普及化更使自動(dòng)化系統發(fā)生了根本的變化，這些變化將集中表現在以下幾個(gè)方面。
l、在測控單元和通信單元之間
首先是將引入現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，由于分散式系統的推出，成百個(gè)CPU將在變電站之內運行，傳統的RS-485通信已不能勝任此項任務(wù)，而現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)不僅具有高速(達1 MHz及以上)傳輸特征，并且具備”多路偵聽(tīng)，自動(dòng)上送”的功能解決了多CPU系統的信息傳輸及突發(fā)事件優(yōu)先傳輸的問(wèn)題。
國內變電站自動(dòng)化已大規模推廣并已有大量變電站實(shí)現無(wú)人值班，作為”樞紐工程”的通信系統，必須采用雙網(wǎng)絡(luò )來(lái)提高系統的可靠性。在通信媒介方面，光纖是較為理想的通信媒介，但由于價(jià)格及施工方便等方面的因素，雙絞線(xiàn)仍將被普遍采用;在通信協(xié)議上。
2、在當地計算機和通信單元方面
由于利用變電站自動(dòng)化來(lái)實(shí)現無(wú)人值班，因此其傳遞的信息容量將很大(不僅要傳遞監控、保護的信息，還要傳遞數字電量、錄波及其它安全自動(dòng)裝置的信息)。這樣大容量的信息用RS-485來(lái)傳輸顯然已不行，而事實(shí)上，計算機(工作站)及LAN技術(shù)已十分成熟，利用LAN來(lái)傳輸信息已成為近距離計算機通信的優(yōu)選方案。
因此在通信單元和當地計算機間將用以太網(wǎng)來(lái)連接，遵循IEE802.3標準，按TCP/IP協(xié)議以10 MHz/100 MHz的速率傳輸信息。當地計算機可用PC或工作站，軟件建立在同- TCP/IP協(xié)議上，可互相通用。從系統整體的可靠性考慮，配備雙通信單元、雙以太網(wǎng)、雙計算機實(shí)現信息的傳輸及管理。一般來(lái)說(shuō)，該方案的通信媒介大多采用雙絞線(xiàn)。
3、與多個(gè)控制中心的連接
與控制中心(遠方計算機)的連接突出地表現在通道和通信協(xié)議上。在通信通道上，有傳統的微波、載波、光纖、衛星等傳輸鏈路，這些通道基本上是專(zhuān)線(xiàn)或臨時(shí)專(zhuān)線(xiàn)。
而近年來(lái)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可為其提供一個(gè)或多個(gè)虛擬通道，尤其是國家電力一級數據網(wǎng)的建立，為這種數據傳輸方式提供了強有力的手段;在通信協(xié)議上，傳統意義上的RS-232鏈路已有國家標準IEC 60870-5-101支持;在實(shí)時(shí)數據網(wǎng)上，可利用TCP/IP協(xié)議數據上網(wǎng)，上網(wǎng)方式可以是RS-232標準，亦可能按IEE 802.3標準。
(三)系統性能
由于變電站自動(dòng)化已大量應用于各電壓等級的變電站，且已有大量變電站實(shí)現無(wú)人值班，因此在可靠性方面的研究將是持久的�？蓪⒖煽啃苑譃槎糠郑阂徊糠质窍到y本身的，如控制器工作的電磁兼容性、軟件容錯技術(shù)、軟件冗余技術(shù)、工藝結構等;另一方面是對外界因素的抵抗能力，如雷電、過(guò)流、過(guò)壓、強震以及高低溫、濕度等環(huán)境因素。
三、結束語(yǔ)
隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展，一方面綜合自動(dòng)化系統取代或更新傳統的變電站二次系統，已經(jīng)成為必然趨勢。
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