電力系統(tǒng)自動化裝置的研究

楊 恒 付東旭

（遼陽供電公司，遼寧 遼陽 111000）

變電站測控裝置是電力系統(tǒng)中極其重要的一部分，起著承上啟下的作用，既要把變電站的各種數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心供調(diào)度中心進(jìn)行處理決策，也要把調(diào)度中心的各種信息和命令傳達(dá)給變電站的各種設(shè)備。對于220kV以上高電壓等級變電站來說，由于其重要性，因此其各種設(shè)備的自動化裝置要求獨立而互不干擾，象保護(hù)、測控、五防、消防、電能計量等都各自有自己的獨立系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間也不是完全孤立的，它們之間也有通信聯(lián)系，也可以息共享，這樣做的好處也是顯而易見的，各系統(tǒng)獨立運行，其中一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題不會影響到其它的系統(tǒng)，既提高了可靠性，又提高了可維護(hù)性。隨著計算機技術(shù)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，其在電力建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛和深入，尤其是現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了大量高集成度的各種采集芯片和新型電力一二次設(shè)備，也使電力測控裝置有了一個質(zhì)的飛躍。目前，變電站測控裝置在這一領(lǐng)域的應(yīng)用已走在了前沿。

1 自動化技術(shù)的現(xiàn)狀

電力自動化技術(shù)也由模擬技術(shù)的初級階段發(fā)展到數(shù)字技術(shù)時代，同時微處理器技術(shù)和各種新型的一二次設(shè)備的應(yīng)用，使各個子系統(tǒng)形成管理系統(tǒng)成為可能。此后，每次計算機技術(shù)和通信技術(shù)以及控制技術(shù)的進(jìn)步，便帶動電力自動化技術(shù)的一次進(jìn)步。

現(xiàn)在的測控裝置采用分布式結(jié)構(gòu)、集中/分布混合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，它們各具特點，不但豐富了自動化系統(tǒng)集成方案，同時也取得了比傳統(tǒng)方式好的效益。分布式結(jié)構(gòu)是與集中式結(jié)構(gòu)相對的一種結(jié)構(gòu)，其拋棄了集中式結(jié)構(gòu)中所有計算和住處處理都由主機完成的模式，把系統(tǒng)功能分成多個部分，分散到系統(tǒng)中不同位置的主機進(jìn)行處理，各個主機各司其職獨立工作，這樣就大大的提高了系統(tǒng)的吞吐量，同時可以用軟件和硬件冗余的方法實現(xiàn)互為備用。提高了系統(tǒng)的魯棒性，這種結(jié)構(gòu)擴(kuò)展起來也比較容易。集中/混合結(jié)構(gòu)是結(jié)合兩種模式的優(yōu)點，把部分功能分散化的一種結(jié)構(gòu)。人工智能技術(shù)、通訊技術(shù)、信息處理技術(shù)使得電力自動化進(jìn)入到一個新的階段。計算機技術(shù)、通信技術(shù)、功率電子技術(shù)和控制技術(shù)的日新月異標(biāo)志著電力自動化度過了個新的時期，這些新技術(shù)逐漸地由理論和實驗階段進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，對電力自動化技術(shù)產(chǎn)生了巨大的沖擊作用，一些新的觀點和理論應(yīng)運而生，解決了電力工業(yè)許多一直沒有解決的問題。GPS相量測量裝置與常規(guī)RTU相結(jié)合，使調(diào)度中心的 EMS功能從穩(wěn)態(tài)向動態(tài)轉(zhuǎn)變，也使電力系統(tǒng)的全局穩(wěn)定和恢復(fù)控制成為可能。

2 電力自動化的重要性

對于220kV以上高電壓等級變電站來說，由于其重要性，因此其各種設(shè)備的自動化裝置要求獨立而互不干擾，象保護(hù)、測控、五防、消防、電能計量等都各自有自己的獨立系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間也不是完全孤立的，它們之間也有通信聯(lián)系，也可以信息共享，這樣做的好處也是顯而易見的，各系統(tǒng)獨立運行，其中一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題不會影響到其它的系統(tǒng)，既提高了可靠性，又提高了可維護(hù)性。

隨著計算機技術(shù)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，其在電力建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛和深入，尤其是現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了大量高功能和可靠性方面的逐漸完善和提高，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按間隔設(shè)計，擴(kuò)充性好，安裝比較方便，各種控制電纜直接到繼電保護(hù)小室，小室內(nèi)I/O單元通過現(xiàn)場總線連接，并與站控層通過光纖連接，抗干擾能力強，大大地減少了控制電纜的使用和敷設(shè)數(shù)量。20世紀(jì)90年代中期，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，采用按間隔為對象設(shè)計測控單元，采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成真正意義上的分層分布式自動化系統(tǒng)。

3 測控裝置設(shè)計原則

（1）變電站測控裝置作為電網(wǎng)調(diào)度自動化的一個子系統(tǒng)，應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動化的總體設(shè)計要求，其配置、功能包括設(shè)備的布置應(yīng)滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運行以及信息分層傳輸、資源共享的原則。

（2）本著提高電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運行水平、采用先進(jìn)的計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功能有機集成、相互協(xié)調(diào)、提高自動化水平、減少變電站硬件的重復(fù)設(shè)置及投資費用，滿足變電站自動化及無人值守的工程需求。

（3）構(gòu)造按超高壓樞紐變電站(500kV～220kV)設(shè)計，同時簡化的結(jié)構(gòu)模式應(yīng)能使用于中壓變電站(含 220kV終端站和10kV～35kV站)及低壓配電站(35kV、10kV站)的系統(tǒng)構(gòu)造要求，同時兼顧考慮同保護(hù)配合。

（4）系統(tǒng)用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，測控裝置設(shè)計體現(xiàn)面向?qū)ο螅δ苡袡C集成，系統(tǒng)各部分有機協(xié)調(diào)的思想。充分考慮工程的實用化(分散、就地安裝等模式)。分散式配置宜采用能下放的功能盡量下放的原則，凡可以在間隔層就地完成的功能，無需通過網(wǎng)絡(luò)及上位機完成。

（5）采用代表國際技術(shù)發(fā)展先進(jìn)潮流的、標(biāo)準(zhǔn)而成熟的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。對于 220kV樞紐站及 330kV、500kV超高壓變電站，其網(wǎng)絡(luò)層及站控層宜采用雙重化、冗余配置，如雙網(wǎng)絡(luò)、光纖雙環(huán)冗余自愈系統(tǒng)等手段。采用國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約協(xié)議，充分考慮網(wǎng)絡(luò)的開放性、可擴(kuò)充性以及工程化的相關(guān)問題。同時具備雙以太網(wǎng)和雙現(xiàn)場總線，信息傳輸更流暢，組網(wǎng)方式更靈活。

（6）在系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮同我國電力通訊網(wǎng)的接口問題，系統(tǒng)支撐軟件符合ISO開放系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)、通信規(guī)約及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義、格式、編程、地址等與相應(yīng)的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)保持一致，以適應(yīng)電力工業(yè)信息化的發(fā)展要求。系統(tǒng)能適應(yīng)電力通訊網(wǎng)的多種通訊方式，還要考慮同電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、電能計費系統(tǒng)等的接入問題。

（7）站控層應(yīng)能實現(xiàn)對全站進(jìn)行監(jiān)視、保護(hù)、控制以及設(shè)備檢測功能的綜合管理。間隔層IED符合設(shè)計規(guī)范及技術(shù)指標(biāo)要求，同時可以適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)接口；采用測量、控制一體化設(shè)計。

（8）傳統(tǒng)的變電站測控裝置采用串形口通信方式，其通信速率和資源共享均受到限制。新系統(tǒng)采用總線型局域網(wǎng)絡(luò)，其通信速率高，傳輸可靠。

（9）變電站內(nèi)，特別是高壓小間內(nèi)存在強大的電磁干擾。應(yīng)充分考慮電磁干擾對IED(智能電子設(shè)備)裝置要求。另外在通信方式上優(yōu)先采用光纖通信方式，同時鑒于光纖安裝、維護(hù)復(fù)雜及費用較高，在中低壓變電站可選用屏蔽電纜為通信介質(zhì)。同時保證經(jīng)濟(jì)合理性及技術(shù)先進(jìn)性。

現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)實時信息傳送量成倍增多，對電網(wǎng)運行的實時性、可靠性要求也越來越高。隨著集成電路和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型的大規(guī)模集成電路將會進(jìn)一步應(yīng)用在測控裝置上。這些新器件的應(yīng)用將使測控裝置的電路板更加小型集成化，裝置通信、數(shù)據(jù)存儲及處理能力更強。高集成化系統(tǒng)的發(fā)展，無疑能降低成本，提高系統(tǒng)可靠性，有利于實現(xiàn)統(tǒng)一的運行管理。

4 結(jié)語

變電站自動化系統(tǒng)最終向數(shù)字化發(fā)展，如智能開關(guān)設(shè)備、智能電子裝置(IED)等的出現(xiàn)，使變電站自動化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化階段。智能化設(shè)備逐漸取代傳統(tǒng)的設(shè)備，使變電站層、間隔層、過程層最終用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，并實現(xiàn)統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)。總之，變電站自動化技術(shù)是伴隨著現(xiàn)代科技技術(shù)發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機軟、硬件技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的實施應(yīng)用，電能質(zhì)量監(jiān)測管理，一次設(shè)備的在線監(jiān)測，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，基于同步相量測量裝置的電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測，以及如何融入變電站自動化系統(tǒng)，都是變電站測控裝置所要研究的課題。另外對以后的高電壓等級變電站也有可能將保護(hù)與測控結(jié)合在一起，這也應(yīng)引起我們足夠的重視，及時進(jìn)行技術(shù)和市場調(diào)研，為今后的產(chǎn)品開發(fā)做好準(zhǔn)備。

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［2］黃益莊.變電站綜合自動化技術(shù)[M].北京：中國電力出版社,2000：1-25.

［3］田國政.變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約選擇[J].電網(wǎng)技術(shù),2003,9,27(19).