數字化變電站關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)展望分析
隨著(zhù)數字化技術(shù)的出現和應用，數字化變電站的概念也被提出，怎樣分析數字化變電站關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)展望?
論文摘要：隨著(zhù)變電站自動(dòng)化程度越來(lái)越高，數字化變電站技術(shù)在我國得到迅速發(fā)展。數字化變電站就是把變電站的信息采集、處理、傳輸以及輸出全部實(shí)現數字化。由于這項技術(shù)匯集多方面、多層次技術(shù)革新，所以它的發(fā)展將會(huì )是一個(gè)比較長(cháng)期的過(guò)程。主要闡述了數字化變電站的背景和特征，著(zhù)重介紹了變電站數字化過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)介紹了變電站數字化之后對未來(lái)產(chǎn)生的影響。
論文關(guān)鍵詞：變電站;變電站數字化;通信網(wǎng)絡(luò )
為了提高電力系統的自動(dòng)化水平和可靠性，提高電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟效益和管理水平，我國電力企業(yè)積極進(jìn)行變電站的數字化。隨著(zhù)國家標準的不斷完善以及智能斷路器、非常規互感器和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，數字化將是未來(lái)變電站自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢。
一、數字化變電站的特點(diǎn)
隨著(zhù)數字化技術(shù)的出現和應用，數字化變電站的概念也被提出。數字化變電站可以實(shí)現信息的整體和統一處理,同時(shí)具備變電站內ied之間、控制中心和變電站之間協(xié)同互動(dòng)運行的能力。一般情況下，數字化變電站具備以下幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。
1.層次化
由于所具備的功能差異，變電站的結構邏輯可分成間隔層、過(guò)程層以及變電站層。間隔層的作用是通過(guò)本間隔的數據作用于自身間隔的一次設備。所有與一次設備接口功能的實(shí)現是通過(guò)過(guò)程層完成的。利用全站的數據，變電站層可以對全站的一次設備進(jìn)行監視以及控制，同時(shí)可以實(shí)現與遠方控制中心進(jìn)行交換數據。
2.一次設備的智能化
可編程(plc)控制器可以替換變電站二次回路中的繼電器及其配套的邏輯回路，光電數字和光纖將會(huì )代替變電站目前普通的模擬信號和控制線(xiàn)路被。
3.二次設備的網(wǎng)絡(luò )化
變電站的二次設備不設功能裝置重復的輸入/輸出接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )可以真正實(shí)現數據共享、資源共享，普通的功能裝置也會(huì )演變成邏輯的功能模塊。
4.運行管理實(shí)現自動(dòng)化
日常運行、維護、數據記錄可以實(shí)現無(wú)紙化辦公和自動(dòng)化的信息分流交換;變電站發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)提出故障原因和維修意見(jiàn);系統可以自動(dòng)發(fā)出變電站設備狀態(tài)檢修報告。
二、數字化變電站中的關(guān)鍵技術(shù)
由于用戶(hù)對供電質(zhì)量、可靠性要求以及電壓等級和電網(wǎng)容量的不斷提高，電力電子、傳感器、網(wǎng)絡(luò )通信和信號處理等技術(shù)日漸成熟，所以變電站一次設備智能化、自動(dòng)化成為發(fā)展的必然趨勢。當前，該技術(shù)主要是智能斷路器、集成型智能開(kāi)關(guān)以及電子式電流電壓互感器等設備的發(fā)展和應用。
1.非常規的互感器
隨著(zhù)計算機技術(shù)和光電技術(shù)日益成熟，非常規互感器在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。它具有很強的抗電磁干擾能力、絕緣好、可測量頻帶寬，新型光電/電子式互感器具有現代光電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及電光晶體的各種優(yōu)異特性，在電力行業(yè)有著(zhù)廣泛的應用。同時(shí)，結合數字信號處理dsp技術(shù)和光電技術(shù)，未來(lái)將呈現出很好的發(fā)展勢頭。
數字化保護和測控設備可以和非常規互感器直接接口，省去了中間環(huán)節。它的優(yōu)點(diǎn)是：能隔離高低壓，絕緣性能良好;由于不含鐵芯，鐵磁諧振和磁飽可以消除;良好的抗電磁干擾性能，低壓側無(wú)開(kāi)路高壓危險;測量精度高，動(dòng)態(tài)范圍大;頻率響應范圍大;無(wú)易燃、易爆等危險。
由于以上優(yōu)點(diǎn)，非常規互感器不僅具有可觀(guān)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，而且能很好地適應電力系統數字化、智能化和網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展的需要，提高了電力系統自動(dòng)化程度并且能夠保證其安全可靠的運行。
2.斷路器智能技術(shù)
為了改變現有斷路器的單一空載分閘特性，自動(dòng)獲得實(shí)際開(kāi)斷時(shí)電氣和機械性能上的最佳開(kāi)斷效果，且由于電網(wǎng)運行過(guò)程中會(huì )經(jīng)常有各種開(kāi)斷指令，斷路器可以執行相應的智能操作——自動(dòng)調整執行機構和滅弧室工作條件的選擇。通過(guò)智能斷路器的過(guò)程層(i/o)通信接口，輸入和輸出通信數據，而這些通信數據必須符合iec61850標準�；蛘哒f(shuō)根據iec61850提出的標準體系，斷路器屬于過(guò)程層設備，所以控制跳合閘命令的傳遞以及斷路器狀態(tài)信息傳輸是通過(guò)iec61850標準的通信數據來(lái)實(shí)現的。
3.集成型智能開(kāi)關(guān)設備
國外一些大的電力設備生產(chǎn)公司已經(jīng)推出類(lèi)似產(chǎn)品，瑞士abb公司推出的接插式開(kāi)關(guān)系統pass是最具代表性的。它是abb公司在生產(chǎn)氣體絕緣組合電器gls和空氣絕緣開(kāi)關(guān)設備als的基礎上研發(fā)的一種新型電器設備，而該款產(chǎn)品具備了gls的優(yōu)點(diǎn)。從20世紀末應用至今，已在美國、加拿大、英國、瑞典等變電站使用并且用戶(hù)反應良好�？梢哉f(shuō)，集成型智能開(kāi)關(guān)設備是電力系統將來(lái)一次電氣設備的發(fā)展方向，它的主要優(yōu)點(diǎn)是結構緊湊、安裝方便、接線(xiàn)簡(jiǎn)化、占地面積小、自動(dòng)化程度高、可靠性高和日常維護簡(jiǎn)單。
三、數字化變電站通信網(wǎng)絡(luò )結構
建設數字化變電站的基礎之一就是從邏輯概念和物理概念上，將通信體系分為三個(gè)層次，即間隔層、變電站層以及過(guò)程層，并且制定了各層通信接口之間的通信標準。而另一個(gè)前提就是制定的iec61850標準，該標準的制定，有利于實(shí)現電力自動(dòng)化系統的三個(gè)功能，即控制、監視和繼電保護功能。
由于沒(méi)有規定通信拓撲，并且對設備之間的通信接口沒(méi)有任何標準，所以各個(gè)廠(chǎng)家只是根據客戶(hù)需求自行設計和定義物理通信鏈路上的通信接口，上述的三個(gè)層次僅是抽象的概念。由于iec6185o使用以太網(wǎng)作為基本通信技術(shù)，并沒(méi)有限制實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )形式，所以，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的進(jìn)步，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )完全可以融合變電站總線(xiàn)和過(guò)程總線(xiàn)。這樣的通信系統既有利于變電站與控制中心構成統一的無(wú)縫通信網(wǎng)絡(luò )，而且可以同時(shí)實(shí)現變電站內的無(wú)縫連接。
變電站層有兩種功能。變電站層功能是指sas到各個(gè)接口的功能，即到本地站操作員人機接口、遠方控制中心遙控接口或遠程監視維護工程遠方監視接口的功能。另外一個(gè)功能是指利用多個(gè)變電站或間隔的數據，而且作用到整個(gè)站的一次設備或多個(gè)間隔。
間隔層是利用分析某個(gè)間隔數據，然后可以實(shí)現控制該層一次設備的目的。該功能是與任何類(lèi)型的i/o或智能傳感器和執行器通信，即通過(guò)一定的邏輯接口在間隔層內通信或與過(guò)程層通信。
過(guò)程層功能是連接到過(guò)程的全部功能。
四、數字化變電站對變電站的影響
1.對二次系統應用的影響
由于現代數字技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)標準的制定，變電站數字化技術(shù)得以迅速發(fā)展應用。在電氣量采集的環(huán)節、ied設備數據傳輸交換方式、變電站信息冗余性、變電站二次系統運行安全性、可靠性等，都將由于變電站數字化技術(shù)的應用產(chǎn)生巨大的影響。
2.對變電站整體建設方案的影響
當今，由于土地價(jià)格昂貴，縮小變電站的占地面積將是目前變電站建設急需考慮的問(wèn)題。由于電子式互感器的體積小，方便安裝，與其他高壓設備集成方便，所以能減少變電站的占地面積。實(shí)現數字化的變電站基本上沒(méi)有電纜，采用光纖通信，造價(jià)低，重量輕�？梢匀∠冸娬緝却蟛糠蛛娎|井和電纜層，建設變電站的成本也可大大減少。
3.數字化變電站對設備調試的影響
數字化變電站不僅可以提高二次系統安全性，而且可以大大簡(jiǎn)化二次系統的調試;電壓互感器的極性由安裝位置決定，所以現場(chǎng)不需要校驗;絕緣電阻不需要測試;電子式互感器還可以確保使用數據正確，這是由于該設備傳輸的數據都有標記，方便識別;除此之外，由于一二次回路接線(xiàn)不需要查線(xiàn)，原來(lái)的查線(xiàn)工作大大減少，減輕運行維護人員的工作量;由于絕緣的系統的光纖信號傳輸回路，所以沒(méi)有接地，減少了變電站檢查接地的工作量。
五、數字化變電站未來(lái)的發(fā)展
電力系統通過(guò)sas技術(shù)的應用，不僅提高了電網(wǎng)運行的安全性、穩定性，而且還大大減少了系統的維護和檢修費用，具有十分明顯的經(jīng)濟價(jià)值。由于變電站是整個(gè)電力系統最基本信息源，所以它也是整個(gè)系統中數字化的基礎�；谝陨显�，數字化變電站應具備以下幾項技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
(1)過(guò)程層信息系統內部互相調用。在數字化變電站過(guò)程層的數據化的信息傳輸都是通過(guò)光纖完成的，所以過(guò)程層的信息可以實(shí)現系統內部互相調。
(2)數字化變電站通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)有及時(shí)性、穩定性以及兼容性等優(yōu)點(diǎn)。
(3)信息模型化和互操作。作為電力系統的信息源頭，數字化變電站不僅要提供盡可能多的信息，而且這些信息應建立在統一的電力系統信息模型的基礎之上。作為執行終端，實(shí)現各種協(xié)同功能是數字化變電站最基本的特征，這要求ied之間能夠互操作。為了實(shí)現設備之間互相操作，變電站信息的標準化是基礎。
(4)檢測調試方法的變化。由于數字化變電站中的大多數自動(dòng)化功能都以數據通信的方式實(shí)施，所以通信監測設備顯得非常關(guān)鍵，不僅用于檢查網(wǎng)絡(luò )的聯(lián)通性，而且對通信過(guò)程和傳輸信息進(jìn)行監視，用來(lái)分析自動(dòng)化功能的實(shí)施情況。
(5)廣域自動(dòng)化功能。數字化變電站的通信網(wǎng)絡(luò )建設需求是互相兼容的，傳輸的信息有同一個(gè)標準同時(shí)必須能夠相互共享，這樣才能達到電網(wǎng)與變電站之間協(xié)同配合的目的。
六、總結
由于數字化變電站技術(shù)涉及到許多通信網(wǎng)絡(luò )以及新設備的應用，所以從研發(fā)到實(shí)際應用將會(huì )是比較長(cháng)期的過(guò)程。如iec61850標準體系、智能斷路器、電子式互感器、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)等。由于各種新技術(shù)沒(méi)有經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的實(shí)踐檢驗，所以在現場(chǎng)應用的穩定性需要結合工程實(shí)際逐步完善。
國內外數字化變電站的研究和建設也還在起步階段。我國的數字化變電站建設的總思路是先把低電壓變電站(110kv以下)作為建設試點(diǎn)，通過(guò)一段時(shí)間的摸索，然后應用到高的電壓等級的變電站上，在此期間更需要進(jìn)行大量的理論研究和實(shí)踐摸索。同時(shí)，由于目前大部分變電站都沒(méi)有經(jīng)過(guò)數字化改造，所以現有的常規變電站就可以為數字化變電站技術(shù)的發(fā)展提供應用的平臺，而電網(wǎng)的發(fā)展也為變電站數字化技術(shù)提供契機。未來(lái)數字化變電站應用技術(shù)的成熟，將標志著(zhù)新一代數字化電網(wǎng)的實(shí)現。
但一些數字化變電站關(guān)鍵技術(shù)和設備，如電子式互感器、智能斷路器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)等還處于實(shí)際應用的起步階段，需要進(jìn)行大量的理論研究和運行經(jīng)驗的積累。
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