智能數(shù)字化變電站過程層應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)分析

曾偉峰

（福建省龍巖市武平縣供電有限公司，福建 龍巖 364300）

隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力通信技術(shù)等在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷完善，加上電力系統(tǒng)不斷向大參數(shù)、高電壓等級、復(fù)雜電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方向快速發(fā)展，傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、可靠性、精確性等方面均很難滿足現(xiàn)代智能數(shù)字化遠(yuǎn)程調(diào)度電力系統(tǒng)需求。為了實(shí)現(xiàn)變電站中所有智能IED電子設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的實(shí)時(shí)共享和互操作，如何確保過程通信網(wǎng)絡(luò)中所有測控、保護(hù)、監(jiān)視等數(shù)據(jù)信息在采集、遠(yuǎn)程傳輸、以及運(yùn)算分析等過程中具有非常強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性等，就成為智能數(shù)字化變電站自動(dòng)化過程層應(yīng)用技術(shù)研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)，具有非常重要的工程實(shí)踐意義[1]。

1 智能數(shù)字化變電站過程層總線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)背景

1.1 變電站IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn)

變電站IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn)是新一代智能數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)通信協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過對變電站內(nèi)部所有IED設(shè)備數(shù)據(jù)對象的統(tǒng)一信息集成建模，并按照面向?qū)ο蠓?wù)技術(shù)和抽象通信服務(wù)規(guī)范接口的統(tǒng)一語言描述定義，從而實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)所有分層分布式智能IED電子設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的無縫通信實(shí)時(shí)共享。應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的通信協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)智能數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中所有智能IED設(shè)備間的互操作性、以及系統(tǒng)自動(dòng)化功能的擴(kuò)展兼容性和運(yùn)行長期精確穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息資源實(shí)時(shí)共享的基礎(chǔ)前提，為智能數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的過程層智能IED電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息集成建模的基礎(chǔ)數(shù)字化的重要保證，是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)過程總線通信技術(shù)的研究發(fā)展重要方向。

1.2 電子式互感器與智能化斷路器

電子式電流/電壓互感器為變電站系統(tǒng)運(yùn)行中，特征電參量數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)視、保護(hù)、控制等智能IED電子設(shè)備提供重要的數(shù)據(jù)信息。由于不同智能IED設(shè)備通常來自不同廠家或同廠家不同型號的產(chǎn)品，因此，利用電子式電流/電壓互感器為不同智能IED電子設(shè)備間提供標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)信息，也是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)過程層實(shí)現(xiàn)不同智能IED電子設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源實(shí)時(shí)共享和互操作的重要技術(shù)支撐。斷路器智能化的二次系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)斷路器監(jiān)測系統(tǒng)信息量的最大化、準(zhǔn)確化、故障事故邏輯判定程序多樣化、以及斷路器監(jiān)控保護(hù)技術(shù)手段智能自動(dòng)化等多種功能，可以有效提高智能數(shù)字化變電站系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中對系統(tǒng)故障和事故定位的實(shí)時(shí)精確化。

1.3 網(wǎng)絡(luò)通信集成網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)通信是實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)智能數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)。光纖通信技術(shù)、交換式以太網(wǎng)、以及虛擬局域網(wǎng)（VLAN）等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷完善深入，使得變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的二次信號回路和控制回路逐步向集成網(wǎng)絡(luò)化等方向快速發(fā)展。用數(shù)字通信技術(shù)手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電量信號傳輸模式；用光纖作為傳輸介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制、信號電纜的硬接線模式，為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)從集中式向分散分布式信息集成等方向發(fā)展提供了重要技術(shù)支撐。過程層中二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O輸入輸出接線端口，通過過程層網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)不同智能IED電子設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的實(shí)時(shí)共享和互操作。

2 智能數(shù)字化變電站過程總線應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系

智能數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)匯中過程層和過程總線通信的提出，是基于IEC61850國際系統(tǒng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信協(xié)議體系(如UCA2.0)進(jìn)行信息集成通信的重大技術(shù)變革，也是智能數(shù)字化變電站區(qū)別傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的重要指標(biāo)特征之一。按照智能數(shù)字化變電站IEC61850標(biāo)準(zhǔn)要求，過程總線應(yīng)用結(jié)構(gòu)應(yīng)采用集成網(wǎng)絡(luò)化通信結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)變電站的二次控制、信號電纜硬接線模式。智能數(shù)字化變電站過程總線應(yīng)用結(jié)構(gòu)應(yīng)以工業(yè)以太網(wǎng)為通信核心，按照不同的組網(wǎng)方式構(gòu)筑滿足不同數(shù)據(jù)信息流需求的合理靈活的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前，智能數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)和改造工程中常用的過程總線應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系主要包括星形拓?fù)?、總線拓?fù)洹h(huán)形拓?fù)?、以及網(wǎng)狀拓?fù)渌姆N模式。但是從大量工程應(yīng)用效果來看，星形結(jié)構(gòu)從信息流通信實(shí)時(shí)可靠性、邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)清晰性、以及使用成熟完善性等方面均較其它三種應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系較為完善合理。加上變電站智能IED電子設(shè)備制造成本的不斷下降，采用冗余設(shè)計(jì)模式的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，已成為智能數(shù)字化變電站過程總線首先的通信應(yīng)用保護(hù)結(jié)構(gòu)。

在大量工程應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，很多電力研究學(xué)者又在過程層總線中通過將保護(hù)IED設(shè)備和合并單元兩者相互組合，并利用時(shí)鐘源進(jìn)行在線分析的改進(jìn)過程層總線保護(hù)結(jié)構(gòu)模式，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 經(jīng)功能整合后的變電站過程總線保護(hù)結(jié)構(gòu)

從圖1中可知，電力研究學(xué)者在標(biāo)準(zhǔn)冗余星形結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入了考慮間隔層與過程層設(shè)備單元間的可用性因素，利用合理的合并單元與斷路器控制組合體與保護(hù)IED電子設(shè)備間的運(yùn)行可靠性判斷，通過功能整合有效提高智能數(shù)字化變電站中過程通信總線運(yùn)行可靠性、精確性、以及實(shí)時(shí)可靠性。

3 智能數(shù)字化變電站過程層總線應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)

按照圖1中所述的功能整合過程總線冗余保護(hù)結(jié)構(gòu)，推出了實(shí)際變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程應(yīng)用中的過程層功能合并單元（合并單元/斷路器控制器）的整合設(shè)計(jì)方案。此處以ABB制造廠家的智能數(shù)字化變電站過程總線保護(hù)結(jié)構(gòu)體系為例，其具體過程總線保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示：

圖2 ABB過程總線保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案

從圖2可知，ABB推出基于ELK-CP3組合采集分析處理裝置（組合式電壓/電流互感器）的過程總線保護(hù)結(jié)構(gòu)。

結(jié)束語

隨著變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中過程層電氣一次設(shè)備的智能化、數(shù)字化，以及二次設(shè)備的集成網(wǎng)絡(luò)化，采用數(shù)據(jù)和信息的集中標(biāo)準(zhǔn)化采集模式，并基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的過程層通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中過程總線上數(shù)據(jù)信息的集成統(tǒng)一采集傳送，完成了變電站中不同智能IED設(shè)備間功能數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)共享和互操作,促進(jìn)了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)向智能數(shù)字化方向快速穩(wěn)定發(fā)展。

[1]殷志良，劉萬順,楊奇遜,等.基于 IEEE1588實(shí)現(xiàn)變電站過程總線通信采樣值同步技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29(13)：60-63.

[2]殷志良，劉萬順，楊奇遜等.一種遵循 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的合并單元同步的實(shí)現(xiàn)新方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，11(28)：57-61.