解析變電站綜合自動化的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

時間：2020-01-05

解析變電站綜合自動化的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔負著電能轉換和電能重新分配的繁重任務，對電網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用。為了提高變電站安全穩(wěn)定運行水平，降低運行維護成本，提高經濟效益，向用戶提供高質量電能服務，變電站綜合自動化技術開始興起并得到廣泛應用。
變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括控制、信號、測量、保護、自動裝置及遠動裝置等)應用計算機技術和現(xiàn)代通信技術，經過功能組合和優(yōu)化設計，對變電站實施自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調，以及與調度通信等綜合性的自動化系統(tǒng)。實現(xiàn)變電站綜合自動化，可提高電網的安全、經濟運行水平，減少基建投資，并為推廣變電站無人值班提供了手段。計算機技術、信息技術和網絡技術的迅速發(fā)展，帶動了變電站綜合自動化技術的進步。近年來，隨著數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)(如光電式互感器或電子式互感器)、智能電氣設備以及相關通信技術的發(fā)展，變電站綜合自動化系統(tǒng)正朝著數(shù)字化方向邁進。
一、變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要功能
變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在下述6個子系統(tǒng)的功能中：
1監(jiān)控子系統(tǒng);
2繼電保護子系統(tǒng);
3電壓、無功綜合控制子系統(tǒng);
4電力系統(tǒng)的低頻減負荷控制子系統(tǒng);
5備用電源自投控制子系統(tǒng);
6通信子系統(tǒng)。
這部分內容比較豐富，且有許多文獻對之進行了詳細說明，因此本文不再詳述。
二、傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)
1.系統(tǒng)結構
目前國內外變電站綜合自動化系統(tǒng)的結構，從設計思想分類有以下三種：
(1)集中式
采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數(shù)字量等信息，集中進行處理運算，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能。其特點是：對計算機性能要求較高，可擴性、可維護性差，適用于中、小型變電站。
(2)分布式
按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能劃分，多個CPU并行工作，各CPU之間采用網絡技術或串行方式實現(xiàn)數(shù)據通信。分布式系統(tǒng)擴展和維護方便，局部故障不影響其他模塊正常運行。該模式在安裝上可以集中組屏或分屏組屏。
(3)分散分布式
間隔層中各數(shù)據采集、控制單元(I/O單元)和保護單元就地分散安裝在開關柜上或其他設備附近，各個單元之間相互獨立，僅通過通信網互聯(lián)，并同變電站級測控主單元通信。能在間隔層完成的功能不依賴于通信網，如保護功能。通信網通常是光纖或雙絞線，較大限度地壓縮了二次設備和二次電纜，節(jié)省了工程建設投資。安裝既可以分散安裝于各間隔，也可以在控制室中集中組屏或分層組屏，還可以一部分在控制室中，另一部分分散在開關柜上。
2.存在的問題
變電站綜合自動化系統(tǒng)**了良好的應用效果參1，但也有不足之處，主要體現(xiàn)在：1一次和二次之間的信息交互還是延續(xù)傳統(tǒng)的電纜接線模式，成本高，施工、維護不便;2二次的數(shù)據采集部分大量重復，浪費資源;3信息標準化不夠，信息共享度低，多套系統(tǒng)并存，設備之間、設備與系統(tǒng)之間互聯(lián)互通困難，形成信息孤島，信息難以被綜合應用;4發(fā)生事故時，會出現(xiàn)大量的事件告警信息，缺乏有效的過濾機制，干擾值班運行人員對故障的正確判斷。
三、數(shù)字化變電站
數(shù)字化變電站是變電站自動化發(fā)展的下一個階段，《國家電網公司“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃》已明確提出在“十一五”期間要研究數(shù)字化變電站并建設**站，且目前已有數(shù)字化變電站建成并投入運行，如福州會展變110千伏數(shù)字化變電站。
1.數(shù)字化變電站的概念
數(shù)字化變電站指信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站，基本特征為設備智能化、通信網絡化、運行管理自動化等。
數(shù)字化變電站有以下主要特點：
(1)一次設備智能化
采用數(shù)字輸出的電子式互感器、智能開關(或配智能終端的傳統(tǒng)開關)等智能一次設備。一次設備和二次設備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息。
(2)二次設備網絡化
二次設備間用通信網絡交換模擬量、開關量和控制命令等信息，取消控制電纜。
(3)運行管理系統(tǒng)自動化
應包括自動故障分析系統(tǒng)、設備健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)，提升自動化水平，減少運行維護的難度和工作量。
2.數(shù)字化變電站的主要技術特征
(1)數(shù)據采集數(shù)字化
數(shù)字化變電站的主要標志是采用數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)(如光電式互感器或電子式互感器)采集電流、電壓等電氣量，實現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)在電氣上的有效隔離，增大了電氣量的動態(tài)測量范圍并提高了測量精度，從而為實現(xiàn)常規(guī)變電站裝置冗余向信息冗余的轉變以及信息集成化應用提供了基礎。
(2)系統(tǒng)分層分布化
變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展經歷了從集中式向分布式的轉變，*二代分層分布式變電站自動化系統(tǒng)大多采用成熟的網絡通信技術和開放式互連規(guī)約，能夠較完整地記錄設備信息并顯著地提高系統(tǒng)的響應速度。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備;在邏輯結構上根據IEC61850通信標準定義，可分為“過程層”、“間隔層”、“站控層”三個層次。各層次內部及層次之間采用高速網絡通信。
(7)系統(tǒng)結構緊湊化和建模標準化
數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點，可以將其集成在智能開關設備系統(tǒng)中，按變電站機電一體化設計理念進行功能優(yōu)化組合和設備布置。在高壓和**高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元作為一次智能設備的一部分，實現(xiàn)了IED的近過程化(process-close)設計;在中低壓變電站可將保護及監(jiān)控裝置小型化、緊湊化并完整地安裝在開關柜上。
IEC 61850確立了電力系統(tǒng)的建模標準，為變電站自動化系統(tǒng)定義了統(tǒng)一、標準的信息模型和信息交換模型，其意義主要體現(xiàn)在實現(xiàn)智能設備的互操作性、實現(xiàn)變電站的信息共享和簡化系統(tǒng)的維護、配置和工程實施等方面。
3. IEC 61850標準
IEC 61850是**電工**TC57工作組制定的《變電站通信網絡和系統(tǒng)》系列標準，是基于網絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)一的**標準，也將成為電力系統(tǒng)從調度中心到變電站、變電站內、配電自動化無縫連接的通信標準，還可望成為通用網絡通信平臺的工業(yè)控制通信標準。
與傳統(tǒng)的通信協(xié)議體系相比，在技術上IEC 61850有如下**特點：1使用面向對象建模技術;2使用分布、分層體系;3使用抽象通信服務接口(ACSI)、特殊通信服務映射SCSM技術;4使用MMS(Manufacture Message Specification)技術;5具有互操作性;6具有面向未來的、開放的體系結構。
四、結論
變電站自動化系統(tǒng)在我國的應用已經**了非常顯著的效果，對提高電網的安全經濟運行水平起到了重要的作用。目前隨著新技術的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站正在興起。與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站具有以下優(yōu)勢：減少二次接線，提升測量精度，提高信號傳輸?shù)目煽啃裕苊怆娎|帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題，解決設備間的互操作問題，變電站的各種功能可共享統(tǒng)一的信息平臺，避免設備重復，自動化運行和管理水平進一步提高。數(shù)字化變電站是變電站自動化技術的發(fā)展方向。

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