智能變電站設計及研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的設備之間的信息交互。過程層網絡能夠實現間隔層內相關設備以及過程層內電子式互感器、智能斷路器等不同設備之間的信息交互。智能變電站“三層兩網”基本結構示意圖如圖路器等不同設備之間的信息交互。智能變電站“三層兩網”基本結構示意圖如圖2所示。圖2 智能變電站“三層兩網”基本結構示意圖在智能變電站網絡拓撲結構設計中，需要充分考慮智能變電站的擴建、網絡的發展等情況，應具備一定的可擴展性：需要考慮網絡風暴抑制功能，應具備一定的可靠性；需要考慮支持變電站內設備的靈活投退，相關信息配置的靈活切換，應具備一定的實時性；需要考慮優化網絡結構，減少網絡設備，降低變電站的建造和運行成本，應具備一定的經濟性和冗余度。構或星型網絡結構等是常見的網絡結構，具體拓撲結構如圖3所示。圖3智能變電站通常采用的網絡結構智能變電站以高速網絡通信平臺為信息傳輸基礎，根據電網運行需要支持電網運行自動控制、站間協同互動、順序控制等高級應用功能，為智能變電站的運行、檢修等工作提供了技術保障，不僅提高了工作效率，同時實現了智能化變電站運行管理水平的全面提升。順序控制智能變電站實現順序控制要滿足以下3個方面要求：（1）一次設備智能化。智能化的一次設備可以將自身詳細是狀態、設備信息等數據通過報文的方式傳送到相關高級應用，從而可以快速獲取有效的信息，實現快速的順序控制。（2）一次設備運行可靠。一次設備動作可靠、輔助接點能夠真實的反應一次設備的真實情況，避免出現由于開關機構卡澀等原因造成操作失敗的情況發生，是順序控制成功的關鍵。（3）二次設備運行可靠。完善網絡中斷告警機制，提高智能變電站二次設備可用率和可靠率，能夠保證順序控制成功執行。五防閉鎖五防閉鎖可以應用于變電站遠方遙控操作或者是就地操作，閉鎖回路的設計可以由硬接點來實現，將本間隔的閉鎖回路串接到受控設備的操作回路中，在設備關鍵位置配套設置鎖具，通過邏輯閉鎖應用軟件實現全站防誤操作閉鎖功能。遠動功能直采直送就是直接從測控裝置采集到遠動通信設備需要的數據，通過站控層網絡傳輸到遠方調控中心，以反映電網整體運行狀況，這就要求遠動通信設備與站內監控設備無任何影響直采直送的關系。狀態檢修與設備在線監測設備在線監測的廣泛應用促進了狀態檢修的發展，是變電站檢修工作從以前的定時檢修變成了根據監測到的設備狀態數據開展有針對性的檢修，從而可以節省大量人力物力，使檢修工作更加科學，提高了設備供電時間和供電可靠性，提高了供電效益。通過一個多層結構的軟硬件綜合應用平臺，將設備在線監測與狀態檢修結合起來。在這個綜合應用平臺中，通過監測、采集設備運行狀況、檢修歷史、試驗狀態數據，站內數據平臺分析設備運行趨勢，對設備生命狀態加以診斷，根據診斷結果通知遠方調控中心或運維人員確定如何檢修、檢修深度和檢修內容。在具體實用過程中，狀態檢修需要一個能反映設備狀態的參數，達到了參數規定的閾值后進行報警，以達到提醒檢修人員的目的。通過設備在線監測可以有效的將定期檢修或預防性檢修向狀態檢修方向轉變，提高設備的供電可靠性和服役年限。智能告警智能告警系統就是對設備和全站的運行狀態進行在線監測，通過監測數據完成復雜邏輯分析和推演，將變電站異常自動報送到主站端并提出處理意見，同時還要實現對告警信息的自動分類和無效信號排除，以上工作都要通過一套完善的變電站故障信息推理模型來完成。告警信息通常都是在變電站端進行處理，然后將處理過的信息傳送到主站端，以減少通信信道的壓力和主站端工作負荷。智能告警系統可在事故情況下完成順序時間記錄（SOE）以及保護裝置數據判斷、對故障錄波數據進行挖掘分析，將分析后的結果以簡潔明了的圖形界面進行展示。無功自動調節無功自動調節的邏輯順序是根據變電站采集到的潮流數據，安裝在主站系統的無功電壓優化軟件進行分析計算，然后根據計算結果下達指令(如有需要)，變電站自動化系統接收到指令后完成主變檔位調節和無功補償裝置的投切，實現區域無功最優調節，以上一切工作都是由智能變電站自動化系統和集控主站系統集成的AVC功能實現的。 基于智能變電站的IEC61850通訊標準IEC61850標準是由國際電工委員會第57技術委員會（IECTC57）負責制定的，它是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一的國際標準，該標準的全稱是變電站系統與網絡（Communication networksand systems in substations）。該標準在制定的過程中，對已有標準進行了消化、吸收了其中主要有： IEC608705101標準，該標準具體名稱是遠動通信協議標準；IEC608705103標準，該標準具體名稱是繼電保護信息接口標準；UCA20（Utility Communication ）（由美國電科院制定的變電站和饋線設備通信協議體系）；ISO/IEC9506制造商信息規范MMS（Manufacturing Message Specification）。我國的標準化委員會對61850系列標準，進行了同步的跟蹤和翻譯工作。國內采用的標準名稱是DL/T8600。基于IEC61850規約構架的智能變電站有以下四個特點：定義了變電站的信息分層結構變電站通信網絡和系統協議IEC61850標準草案提出了變電站內信息分層并且將變電站的通信體系分為變電站層、間隔層和過程層3個層次，在此過程中定義了層和層之間的通信接口。在變電站層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口映射到制造報文規范(MMS)、傳輸控制協議/網際協議（TCP/IP）以太網或光纖網；在間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單向傳輸以太網。基于IEC61850標準的綜自站采用了面向對象的數據建模技術相較傳統綜自站內通訊使用的IEC608705103規約版本，IEC61850引入了“面向對象建?！钡母拍睢Ｔ谝幖s里面，每臺IED作為一個服務器（Service）進行分層分級的建模，被細分為邏輯設備(Logical Device)、邏輯節點（Logical Node）和數據對象（Data Object）以及各對象的數據屬性（Data Attribute）。邏輯設備包含邏輯節點，邏輯節點包含數據對象。數據對象則是由數據屬性構成的公用數據類的命名實例。任何一個客戶可通過抽象通信服務接口(ACSI)和服務器通信可訪問數據對象。數據自描述功能標準采用面向對象的方法，定義了對象之間的通信服務。面向對象的數據自描述具有在數據源就對數據本身進行自我描述的功能，傳輸到接收方的數據都帶有自我說明。由于數據本身自帶說明，所以傳輸時可以不受預先定義限制，簡化了對數據的管理和維護工作。網絡獨立性IEC61850標準總結了智能變電站內信息的傳輸所必需的通信服務，設計了獨立于所采用網絡和應用層協議的抽象通信服務接口（ASCI），如圖22所示。在IEC6185072中，建立了包括服務器模型、邏輯設備模型、邏輯節點模型、數據模型和數據集模型等標準兼容服務器所必須提供的通信服務的模型?？蛻敉ㄟ^ACSI，將假信息通過專用通信服務映射(SCSM)映射到所采用的具體協議棧。IEC 61850標準使用ACSI和SCSM通信服務技術，解決了標準的穩定性與未來網絡技術發展之間的矛盾。從以下三個角度來看看智能變電站的構建情況：從變電站層次結構上來看智能變電站由三層結構構成，分別為站控層、間隔層、過程層組成。主要設備的分類也按不同層次來分，①站控層設備主要由監控主機、工程師站等；②間隔層設備主要有保護裝置、測控裝置等；③過程層設備主要有光CT/PT、合并單元、智能開關等。從使用設備上來看，構建一個完整的智能變電站需要以下三個部分：1）智能化的一次設備一次設備智能化主要是由于一次設備從信號繼電器到控制回路，全部采用微處理器和光電技術設計。同時在信息傳輸過程中將傳統的電纜導線連接用數字量信號傳輸的網絡取代。 2）網絡化的二次設備為實現繼電保護、防誤閉鎖、測量控制、故障錄波、電壓無功控制、同期操作等功能，變電站內常規的二次設備，需要在各功能裝置之間建立起一一對應的電纜或是網線的連接。而在二次設備的設計完全符合國際電工組織IEC6I850標準的情況下，各個IED（智能電子設備）之間的連接全部采用高速工業以太網的網絡通信，這種網絡鏈路取代了傳統的電纜連接；網絡鏈路與電纜回路的區別不僅在于傳輸介質、傳輸形式的不同，而且在于智能變電站中的各IED之間并無直接的物理聯系，而是通過交換機來實現數據統一收集和發送。即各IED發送的數據由其所連接的交換機傳輸到整個網絡上進行共享。這樣所有二次電纜實際上都可以取消。3）自動化的監控管理系統在變電站全面實現數字化以后，為實現由“定期檢修”向“狀態檢修”的轉變可以在監控系統中加入智能分析軟件。同時為“程序化操作”等實用技術在智能變電站中提供更好的推廣空間。從使用服務上來看，一個完整的智能變電通常站由以下三部分的服務支撐：1）MMS。MMS： Manufacturing Message Specification（ISO9506）制造報文規范。MMS技術在智能變電站中主要被用在自動化網絡報文的傳輸上。2）GOOSE。GOOSE：Generic Object Oriented Substation Events通用面向變電站事件對象。該服務替代了智能變電站設備間的控制、信號電纜的功能，其作用主要是應用于過程層與間隔層設備之間的通信傳輸。3）SMV。SMV：Sampled Measured Value其名稱為，采樣測量值。在智能變電站中，該服務主要應用于間隔層設備與過程層間的單向電流、電壓采樣值的傳輸。 本章小結本章主要介紹了智能變電站的基本概念，主要技術原則、技術特征、智能變電站的架構體系和網絡拓撲，智能變電站的IEC61850通訊標準。并對基于智能變電站的IEC61850通訊標準等進行了詳細的介紹。為下文智能變電站的進一步研究奠定基礎。 智能變電站高壓設備技術特征高壓設備作為智能變電站的重要部件，其主要技術特征可以分為以下幾個方面：（1）測量參數的數字化；（2）控制過程的網絡化；（3）狀態結果的可視化；（4）功能結構的一體化；（5）信息通訊的互動化。（1） 測量參數的數字化作為智能變電站高壓設備的基本特征之一，測量參數的數字化是指測量智能變電站在運行、控制過程中的相關參數。在進行測量參數的數字化的設計過程中，可以通過設計測量（單一或者多個IED）功能模塊完成智能變電站相關參數的測量。在完成參數的測量后，可以將測量結果發送到站控層網絡或過程層網絡，以實現智能變電站實時測量信息的共享。而通過分析的智能變電站實時測量信息，可以用于智能變電站實時運行狀態、控制狀態的評估。智能變電站參數數字化的測量可以對智能變電站的油溫、分合閘位置、分接頭位置等信息進行測量。（2） 控制過程的網絡化智能變電站的高壓設備、內部部件及高壓設備的運行過程都可以通過網絡化的控制實現。控制模塊作為控制過程的網絡化的基本功能，其構成由單一或者多個IED組成?？刂七^程的網絡化嚴格遵循IEC61850 通信協議標準，智能變電站中控制過程的控制指令是通過控制策略進行發布，而控制策略的制定則要根據電網調控系統或基于設備自身的測量和監測信息的動態情況進行合理制定。隨著智能變電站內部測量及監測參量的增多，控制策略的不斷完善，這就對智能變電站的控制過程提出更高、更理想的要求?？刂七^程主要以變壓點的冷卻裝置、有載分接開關，開關設備的操動機構作為控制對象?？刂七^程的控制方式主要分為：（1）高壓設備自身的就地控制；（2）智能組件的就地控制；（3）站控層設備的智能控制。在智能變壓器的正常工作情況下，控制過程的網絡化有一定的優先級控制，其控制的優先級順序為：站控層設備、智能組件、就地控制器。（3） 狀態結果的可視化狀態結果的可視化主要包括監測模塊、系統測控裝置模塊、測量模塊等信息，其可視化的結果可以通過智能變電站中檢測功能模塊實現。狀態結果的可視化中的“狀態”指智能變電站中高壓設備的控制、可靠運行、帶負載能力等運行狀態；狀態結果的可視化中的“可視化”指通過電網總調度中心實現信息互動，從而實現智能變電站的高壓設備與調度中心的在線信息互動，從而實時準確的了解智能變電站高壓設備 的運行狀態，以實現調度中心的短期規劃，從而提高電網運行的可靠性。（4） 功能結構的一體化傳統的變壓器二次設備設計很少受到高壓設備制造商的關注，與傳統的變電站相比，智能變電站的設計完全考慮了二次設備。在智能變電站高壓設備的設計理念中，傳感器是狀態感知元件，執行器是指令響應元件。在實際的工程實踐中，智能變電站的功能結構應充分考慮變電站的智能化目標，從而根據智能化目標在智能變電站高壓設備中安裝智能傳感器和執行器。一方面，智能變電站高壓設備一體化的設計能夠提高高壓設備運行的穩定性以及對擾動的敏感性；另一方面，智能變電站高壓設備一體化能夠實現智能變電站測量裝置及智能變電站高壓設備的集成。（5） 信息通訊的互動化智能組件作為智能變電站高壓設備的核心部件，能夠實現智能變電站一次設備與電網調度中心系統之間的信息通訊互動。高壓設備作為智能變電站的重要部件可以為智能變電站提供智能化的信息，實現變電站的智能化應用。在智能變電站的高壓設備中，信息通訊互動化包括：1）作為智能變電站高壓設備的主要部件之一，智能組件可以實時在線監測智能變電站