智能變電站過程層應用技術剖析

摘要：隨著電力在應用與傳輸技術領域的發展，智能變電站逐漸受到重視并得到廣泛應用。過程層應用技術是智能變電站的技術要點，其有利于促進智能變電站的發展。現主要闡述變電站過程層的概況，分析過程層應用的技術要點，在滿足過程層網絡實時控制需求的基礎上，結合現有技術條件，研究過程層方案設計，旨在為過程層技術的應用提出一些有價值的參考意見。

關鍵詞：智能變電站;過程層;應用技術

0? ? 引言

相較普通的變電站而言，智能變電站已然成為未來電能領域的重要發展方向。相關過程層應用技術的研究對于促進智能變電站的發展有著十分重要的意義。

1? ? 變電站過程層概述

智能變電站是當前電力系統發展的產物。基于采樣技術、網絡傳輸技術和信息綜合處理技術的綜合應用，智能變電站能夠有效實現信息的數字化，具有一定的信息采集、信息共享和信息處理能力。智能變電站由站控制層、間隔層和過程層組成。過程層位于整個自動化系統的底層，主要由各種智能元件組成，配有變壓器、斷路器、隔離開關、電流、電壓互感器等初級設備，其主要功能是監控設備狀態并執行相關操作指令。過程層與一次設備密切相關，其運行狀態直接影響變電站整體運行的安全性和可靠性，如圖1所示。

2? ? 過程層應用技術要點

2.1? ? 采樣值的技術要求

通常，過程層與間隔層之間的信息傳遞主要基于采樣值的數據傳遞技術，應遵循以下原則：首先，將采樣值的數據可靠地傳輸到過程層;其次，在變電站配置的保護測控設備與組合單元一起使用時，兩者不能直接傳輸數據，需要通過過程層網絡的數據傳輸來實現信息的交換和共享;第三，點對點訪問方法不僅可以發揮虛擬技術的作用，還可以與優先級技術相結合，保證網絡性能，提高系統運行的穩定性。

2.2? ? 合并單元的技術要求

合并單元與電子式互感器配套使用，通過合并多個電子式互感器的數據，獲取電壓以及電流的瞬時值，在全站同步時鐘的作用下同步采樣電網參數，并基于IEC 61850-9-1與設備層或保護裝置進行數據傳輸，是過程層采樣傳輸技術的主要實現者。合并單元對使用環境的要求較高，需采取電壓保護以及防靜電等措施。此外，合并單元的守時性要求極高，在沒有接收外部同步信號的情況下，合并單元應在守時性較差時啟動自己的內部時鐘。當守時度不滿足要求時，應有相應的信息標志，以供參考。

2.3? ? 智能終端的技術要求

智能終端也是智能變電站的重要組成部分，其通過電纜與一次設備（如變壓器、斷路器、隔離開關等）連接，通過光纖網絡與二次設備（如保護裝置、測控裝置等）連接，在此基礎上實現了主設備的監控功能。智能終端支持GOOSE模式的信息傳輸，具有記錄GOOSE命令的功能。智能終端作為中間設備，以GOOSE模式傳輸主設備的各種狀態信息，接收主設備的下行控制命令，實現對主設備的控制。智能終端可以根據實際應用情況安裝在戶內柜或戶外柜，但設備及柜體需達到相應的安全防護等級，以確保設備運行的安全性及可靠性。

3? ? 過程層通信回路監視分析方法

3.1? ? 網絡接入

為了獲取過程層信息，相關信息采集設備必須連接到過程層通信網絡，獲取完整的網絡通信消息。通信網絡訪問過程層需要解決兩個問題：

（1）安全性：鑒于過程層的重要性，相關信息采集設備的接入、對相關設備的訪問以及其他網絡監控過程都必須在不影響原始過程層網絡功能的前提下進行。

（2）全面性：為了獲得完整的二次回路信息，需要保證所有接入點都能獲得完整的過程層通信信號。

3.2? ? 信息獲取和處理

從網絡傳輸的特點和性質來看，通信回路問題主要是由于網絡信號的傳輸時間不可預測性、廣播消息的不可靠性（由于二次回路的實時性要求，所有信號都必須通過廣播傳輸）和干擾消息的不可避免性造成的。

4? ? 過程層方案設計

4.1? ? 常規互感器方案

本方案采用常規互感器，輸出的電流、電壓為常規模擬量，通過合并單元實現采樣值的數字化，再通過光纖連接進行組合。整個系統采用IEC 61850標準，達到無開關直接采樣的效果[1]。本設計方案可以直接通過斷路器，也可以直接通過斷路器啟動斷路器重合故障。該方案最大的優點是常規互感器可以直接轉換成電子互感器;但也存在一些不足，如結構過于復雜，傳統的CT飽和問題沒有得到有效解決等。

4.2? ? 電子互感器方案

本方案采用電子式互感器，其最大的優點是簡單方便，不需要通過采集單元進行數據轉換，不需要依賴同步時間信號，它使信息傳輸更加方便快捷，使信息的數字化、集成化更容易實現。此方案可以省去很多中間數據轉換設備，但必須使用更多的光纖電纜和開關，雖然結構簡單，但配件相對復雜。

4.3? ? 網絡優化方案

本方案采用三網融合技術，與前兩種方案相比，信息共享最大化，網絡結構簡單直觀，不需要使用大量的光纜和交換機，設計和施工安裝相對簡單，便于后期管理和維護，是未來技術發展的主要趨勢。但該方案技術要求高、難度大，可靠性與穩定性尚有待驗證與提高[2]。因此，該方案的實施還需要注意冗余技術的應用，如圖2所示。

4.4? ? 過程層三網合一方案

以變壓器保護為例，采用IEC 61850-9-2采樣信息、GOOSE信息、IEEE 1588對時信息共網傳輸。間隔層與過程層合并單元遵循IEC 61850-9-2標準，與過程層智能終端采用GOOSE通信協議。過程層網絡按間隔配置獨立的間隔交換機，每個時間間隔由骨干網交換機組成，實現信息共享[3]。主變保護典型配置與網絡聯系示意圖如圖3所示。

本方案的優點是實現GOOSE、采樣值傳輸、IEEE 158三網合一，最大程度地實現了信息共享;網絡結構清晰，節省了大量線纜，設計和維護方便。然而，由于網絡技術的高要求和高難度，以及缺乏有效的冗余手段，其可靠性受到質疑。因此，基于IEC 62439標準的PRP冗余技術得到了廣泛的關注。

5? ? 結語

綜上所述，對于過程層應用技術的研究，無論是對于該技術本身的應用發展而言，還是對于智能變電站更好地服務于社會而言都有著重要意義。因此，需要加大對過程層應用技術的研究投入，使其能夠進一步更新和完善，從而提升智能變電站的運行可靠性以及高效性，更好地服務于社會經濟發展。

[參考文獻]

[1] 王天煒.智能變電站的過程層應用技術要點分析[J].電子制作，2017（8）：42.

[2] 李仲青，蔣帥，杜宇，等.基于HSR的智能變電站過程層通信網絡[J].電氣應用，2019，38（7）：38-43.

[3] 陳錦山，唐志軍，林國棟，等.智能變電站過程層中心交換機更換及試驗方法研究[J].電氣技術，2017（8）：47-50.

收稿日期：2020-06-02

作者簡介：李暢（1988—），女，湖北武漢人，工程師，研究方向：電力系統及電氣二次。