智能變電站設備模型的原理與調試

朔州職業(yè)技術學院 殷 剛

普通變電站系統(tǒng)自身結構較為復雜，設備間缺乏緊密聯(lián)系、互操作性差，智能變電站系統(tǒng)的出現有效彌補上述缺陷，具有更明顯的優(yōu)勢特點。如能通過數字化信息網絡傳輸，實現不同設備間交互與信息共享。伴隨IEC61850標準的普及與應用，智能化變電站設備功能集成不再停留在理論層面，變電站二次設備結構也因此變得更加緊湊、功能更加豐富、操作更加友好，簡化了智能變電站運行、維護難度。

1 智能變電站系統(tǒng)的特點

從系統(tǒng)結構一個完整的智能變電站系統(tǒng)可分為三個層次：過程層。以一次設備為主，并配置有很多智能組件，還包含了一些智能終端。在整個系統(tǒng)中主要負責電能的分配、傳輸等工作，同時還負責電能的計量、狀態(tài)監(jiān)測、保護等。從國家電網相關規(guī)范來看，針對單間隔保護，通常會采取直接跳閘的方式。很多電力設備中配置了很多智能組件，從而更有利于實現電能的自動化控制、監(jiān)測、測量等；間隔層。以電力二次設備為主，如常見的有繼電保護裝置等；站控層。在智能變電站系統(tǒng)中站控層包含很多子系統(tǒng)，如通信系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等，從而能對一次設備，實現全面的監(jiān)測、測量與控制。與普通的變電站相比，智能變電站系統(tǒng)還有著以下優(yōu)勢特點。

在信號傳輸方面有著更高的效率。在智能變電站系統(tǒng)中，針對信號的傳輸不再采用傳統(tǒng)的電纜，而是采用更加先進的光纖傳輸，不僅更有利于信號傳輸，且整個變電站系統(tǒng)的二次接線復雜性也得到了有效降低。得益于光纖強大的傳輸能力，在信號傳輸方面還有著更強的兼容性，顯著提高了信號傳輸質量[1]。在智能變電站系統(tǒng)中，采用光纖傳輸還有效提高了信號傳輸穩(wěn)定可靠性，能支持長距離信號高效穩(wěn)定傳輸，解決了在傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)中采用電纜長距離傳輸、斷路器經常偷跳故障問題。

在系統(tǒng)裝置設備應用方面更加先進。如在當前的智能變電站系統(tǒng)中采用了電子互感器，與普通互感器相比體積更精巧、功能更強大，性能發(fā)揮也更穩(wěn)定，無需擔心絕緣問題。在互感器發(fā)揮作用時自身不會出現飽和狀態(tài)，即使是在二次開路中進行運行電子互感器也不會有尖峰電壓產生。同時電子互感器本身有著非常高的測量精度，因此在實際運行時不會影響一次系統(tǒng)引發(fā)諧振問題，這使得智能變電站系統(tǒng)在整體運行方面會變得更加穩(wěn)定。

在通信方面，智能變電站系統(tǒng)同樣進行了優(yōu)化升級。在通信標準上采用了全新的EC61850通信標準，因此整體通信性能與穩(wěn)定性會得到質的提升。不僅如此，在智能變電站系統(tǒng)之中，由于自身有著非常高的信息化水平，同時還專門配置有專業(yè)的信息平臺終端，從而成功將變電站內系統(tǒng)不同裝置連接在一起，顯著增進了站內設備的互操作性，一方面能有效避免設備重復投入問題的出現，另一方面還能讓變電站設備功能發(fā)揮變得更加穩(wěn)定，不同設備不同的發(fā)揮通過網絡通信控制還能實現功能聯(lián)動，促使智能變電站發(fā)揮出更強大的功能；在信息傳輸通道方面，由于在智能變電站系統(tǒng)中采用了很多先進的信息技術，因此也使得信息通道功能更加強大。如智能變電站系統(tǒng)的信息通道能進行自我檢查，顯著提升了信息傳輸穩(wěn)定可靠性，從而為智能變電站自動化管理奠定了堅實的基礎。

在變電站整體結構方面智能變電站系統(tǒng)組成層次更加清晰，功能分布更加合理。在過程層和間隔層之間，針對相關設備裝置也進行了升級處理。尤其是針對一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)的一些關鍵設備，均采用了數字化處理方式，從而能實現過程層設備與間隔層設備的高效率通信。在智能變電站系統(tǒng)的間隔層中保護裝置的運行，不再由TA、TV輸出的交流模擬信號控制[2]。上述這些信號本身穩(wěn)定性較差，難以滿足實際通信控制要求。當前在智能變電站系統(tǒng)采用了新的通信標準之下，相應裝置只需接收SV（或GOOSE）網絡輸出數字信號，這種數字化信號傳輸更加穩(wěn)定，因此更有利于推動智能變電站系統(tǒng)功能能穩(wěn)定的發(fā)揮。

2 智能變電站設備模型的原理

2.1 智能變電站設備模型結構

在對象模型之中一般包含有多個對象元素，比如邏輯設備（可用 表示）、邏輯節(jié)點(可用 表示)、數據對象（可用 表示）等，除此之外，還包括一些數據類與數據屬性，可用 來表示。一個完整的邏輯設備，一般由兩部分內容組成，一是邏輯節(jié)點，二是附加服務。該邏輯設備的主要功能價值在于產生一些特定功能組信息與抽象實體，便于設備使用；在數據功能交換中，邏輯節(jié)點屬于最小的組成部分，主要由數據和方法所定義的對象組成，并且不同的節(jié)點包含的特定應用功能也有一定差異性。對數據對象而言，在產生數據對象值后，將會給予其相應的邏輯節(jié)點。從本質上來看，數據對象是一種實例化的數據，主要由數據類加以確定，并定義數據存在的意義。

在數據對象中本身還有著一定的數據屬性，這種數據屬性是其所繼承數據類后自然分配的屬性元素。在這些元素內容組成上，可由一些特定數據結構組成。在上文提到的對象模型中的多個對象元素，可以描述先后順序為依據進行逐級的包容。以某110kV智能變電站系統(tǒng)母差保護出口跳段分段文本為例，在某個名為PI-PROC邏輯設備中一共包含有35個邏輯節(jié)點，在某個名為BusPTRC1邏輯節(jié)點中共包含有15個數據對象。而在每個數據對象中又包含了一個或多個數據屬性實例，并且不同的數據對象均對應有各自的數據屬性。同數據屬性實例一樣，數據屬性也有一個或者多個對應。

2.2 數據類原理

在給定邏輯節(jié)點中，數據對象的語義被稱之為數據類。在數據類中，主要由兩部分內容構成，一是屬性、二是服務。與此同時，在智能變電站系統(tǒng)采用的EC61850通信標準中，針對公共數據類與兼容數據類同樣也進行了定義。而對數據類、公共數據類與兼容數據類來說，三者本身具有一定的內在聯(lián)系。對公共數據類而言，主要由具有公共結構的數據類組成，且是數據類的子類。而對兼容數據類而言，本身具有特定的語義，因此在公共數據類中可將其視為一種特殊的數據類。在數據類中，代表數據屬性的類型同樣也是一個類，在具體定義上，主要以原始組件和合成組件作為主要的定義內容。對原始組件而言，一般會對一些基本類型進行直接繼承，而一個合成組件則可以由多個原始組件構成。

仍以某110kV智能變電站系統(tǒng)母差保護出口跳段分段文本為例，從母差保護中數據模型文本摘要內容來看，針對邏輯節(jié)點PTRC，它的一個數據屬性為Tr，也可將該數據屬性視為一個兼容數據類，它表示的意思是“無方向跳閘”，隸屬于公共數據類“ACT”。Tr實際上是ACT的特定實例。對于PTRC的數據屬性Tr，實際上直接繼承成了ACT類的屬性與結構。而ACT的數據屬性“general”則代表的是“跳閘總狀態(tài)”，該數據屬性基本類型為“BOOLEEAN”型。根據數據變化，觸發(fā)（dchg=1）；ACT的數據屬性“q”，則代表的是“Tr”的品質。在具體的類型變化上，主要由Quality合成組件直接派生而來。在此基礎上，按照相應的品質變化觸發(fā)（因qchg=true）。而對“Quality”而言則是一種公共的合成組成，主要由公共數據類品質類型進行規(guī)定。

關于對象引用，可將其理解為在數據實例類中一種絕對的路徑。通過進行對象引用，還能對對象名進行相應的約束，并且這種約束是唯一的，不存在其他約束。在不同的對象中，如邏輯節(jié)點、邏輯設備、數據屬性等，每個均有專屬于自己的對象名。不僅如此，在上述諸多對象中各自還具有一個絕對的路徑名[3]。而在進行對象名引用時，可采用專門的對象分隔符，比如“/”，或者“.”,然后將不同對象名串連在一起，順利完成對象的引用。

例如在上文提出的案例中，ACT的特定實例“Tr”在對象引用方面，便是采用了以下引用名：“PI_PROC/BusPTRC1.Tr”，實際上代表的是母差保護動作跳分段的出口信息。同理，針對ACT的數據屬性“q”的對象引用則是PI_PROC/BusPTRC1.Tr.q，實際上代表的意思是母差保護動作跳分段跳閘信息的品質。

2.3 數據集

針對數據集可將其理解為一種有序排列的數據，或者是一種數據屬性的對象引用集合。而之所以要進行數據集的建立，主要目的是便于后續(xù)按照相應的規(guī)則，實現對數據的分類，最終為后續(xù)的數據穩(wěn)定傳輸奠定堅實的基礎。不僅如此，還能使得智能變電站系統(tǒng)發(fā)揮出相應的功能，如傳送保護功能、錄波功能、告警等狀態(tài)信息功能等。

3 智能變電站設備模型的調試

在實際進行智能變電站設備模型的調試時通常會遇到一些問題，主要表現為以下幾方面：通用性的問題。如在某實例模型中，定義了5把主閘刀與4把接地閘刀邏輯節(jié)點，該邏輯節(jié)隸屬于為XSWI類，主要的作用價值是幫助不具備短路遮斷容量的開關完成相應的建模工作。基于上述情況能明顯的認識到，將這一實例作為智能終端通用模型難以發(fā)揮其通用性的特點。究其原因在于，在具體實踐方面，上述模型并不能適應具有4把接地刀的變壓器組接線，再加上該接線為220kV線路，因此實際適應難度還會進一步增加。為有效解決這一調試問題，建議在建立智能終端模型的過程中配置足夠的閘刀，并設置足夠多的接地閘刀備用節(jié)點，最終促使模型通剛性得到有效的提升。

遙控功能無法發(fā)揮。通過定義兩個不同的遙控數據對象結構，其中一個將用于遙控閉鎖的斷路器位置。同時在遙控命令配置上將其置于兩個不同的邏輯節(jié)點中，另一個則配置在同一個邏輯節(jié)點之中。在上述兩個模型中，在同一個在一個站控系統(tǒng)內，當對應設備進行運行狀態(tài)時，其中一個的斷路器位置遙控發(fā)生了問題、無法被后臺解析，因此無法實現對其的遙控操作。為有效解決這一問題，建議注重加強建模方式的統(tǒng)一。

采樣無法發(fā)揮效果。在分段自切后，通過開展加速試驗發(fā)現，在自切保護動作合分段后，后加速不出口，經過后續(xù)分析發(fā)現主要原因在于，分段合并單元給自切裝置在實際運行時，自身的電流處于無效狀態(tài)，從該電流SMV報文中能了解到，品質有效性標志為“invalid”)。從該保護邏輯中能了解到，電流在無效時、閉鎖后會起到加速的功能。而在不閉鎖時將會把其它功能切斷。上述這一現象，與《智能變電站繼電保護技術規(guī)范》第6.1.5條款的要求相符合，但在考慮的分析過程中，針對加速功能缺失還應深入分析，做好后續(xù)的補救措施。

檢修狀態(tài)。針對線路保護，在實際進行調試的過程中，將用于保護的檢修壓板直接投上，然后向保護輸入故障電流后斷開檢修壓板，在這一時期故障電流依然沒有消失。該保戶裝置在實際運行時會向外發(fā)送SV報文。從報文內容中能了解到Test位鎖定為1[4]。由此可表明，電流信息始終保持測試的狀態(tài)。因此不被其它運行的設備所認可。如果此時進行復歸，后續(xù)需要大量的時間。由此能表明，該裝置在一些特定的情況下發(fā)出的報文并不符合實際，沒有實際的意義。因此需要進行裝置程序的更改，有效恢復Test即時變化，最終順利完成問題的解決。

4 結語

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力需求總量的不斷提升，人們對供電穩(wěn)定性及安全性也提出了更高要求。傳統(tǒng)變電站在實際運作上已經難以滿足上述需要。而智能變電站系統(tǒng)的出現則能有效滿足供電安全穩(wěn)定性需要。為促使智能變電站系統(tǒng)發(fā)揮出更大的作用價值，應加強對智能化模型的原理及調試分析，分析其中存在的問題，提出一些針對性解決建議，從而有效提高智能變電站運行調試水平，確保其能穩(wěn)定安全運行。