(论文)浅析数字化电网关键技术及展望.pdf

专栏i 电力建设 刖昌 浅析数字化电网关键技术及展望 摘要 本文主要论述了数字化电网的涵义 技术优势 以及数字化电网的基本结构形式 结合南方电网公司 十一五 科技发展规划 阐述了现阶段开展数字化电网建设需解决的关键技术问题 以及我国数字化电网的建 设规划 关键词 数字化电网 关键技术 规划与展望 随着我国电网规模的不断扩大 数字化电网已成为各电网 公司 电力设备生产企业和科研院校关注的焦点 数字化电网 在网络数据共享与信息交换 自动控制 智能决策 电力市场实 现 设备互操作性 电网运行维护 调度管理 信号测量精度与 安全性等等方面都具有明显的技术优势 以数字化和信息化为 特征的信息系统及技术将逐步全面覆盖电网规划 设计 建设 运行 调度 维护 决策 生产 经营和管理的雒环节 进而不 断推动数字化电网的规划 建设和发展 1 数字化电网的基本涵义 现有电网其实已经具备了一定的数字式和自动化特征 最 近大家广泛关注的 数字化电网 同我们对数字化变电站的理 解一样 也可以将其理解为电网发展的一个过程 即数字化电 网是在现有电网状况和科技水平的基础上 将电网在信息采 集 信息交换 运行维护 决策管理等等环节上向数字化 自动 化 智能化和网络化方向的进一步发展和延伸 2 数字化电网的主要特点 数字化电网主要特点及技术优势有 2 1 信息的数字化传输与网络资源共享 数字化电网内所有设备信息 控制命令 管理信息的描述 全部基于数字式信息实现 改变了传统电网存在的模拟信号的 电缆传输模式 光纤以太网的数字信号传输模式 提高了信息 的传输效率和共享水平 能够满足数字化电网运行 管理和决 策所要求的数字化信息的 纵向贯通 横向共享 要求 2 2 统一的通信规约和设备互操作性的实现 现有电力系统各生产和应用环节都是基于本业务和本部 门的需求建立的 存在不同的平台和不同的数据格式 导致电 力公司内部不同的系统间信息资源分散 横向不能共享 纵向 兼容困难 系统内存在大量的信息孤岛和电网数据采集资源重 复设置的浪费问题 数字化电网在信息描述和站问信息交换都 通过统一的标准来实现 对整个系统的信息描述与访问方法都 进行了全面的定义和规范 满足了通信规约的统一和电网设备 的互操作性特征 2 3 实时评估与经济运行策略分析 数字化电网的智能一次设备均具备 配备 相应自检功能 能够对自身运行状况进行有效监控与评估 数字化电网的综合 处理与智能决策平台基于海量的电网数字化信息 能够为电网 规划 调度 电力市场等工作提供经济 有效的建议 另外 基于 完备的实时电网运行信息 可评估系统的稳定性隐患和薄弱 点 实时跟踪状态点在稳定域中的运行轨迹 给出改善电网安 全稳定性的建议和策略 使电网处于更为安全稳定的运行状 态 8 2 广东科技2 80 8 总第1 9 4 期 口华兴 2 4 紧急情况下的智能化决策 在电力系统故障及紧急事故情况下 数字化电网的控制系 统可以提供如何将系统脱离暂态稳定的控制策略参考 而且 还可以通过适当地授权控制中心 在调度人员来不及反应的情 况下 直接由智能决策中心完成相应的紧急控制 另外 在电力 系统稳定破坏确需解列运行 或者要快速恢复解列的系统时 数字化电网的智能决策可以提供最佳的操作与控制策略 2 5 直观实时的全网监控与维护 数字化电网的数据层集中了整个电网各个层次和环节的 信息 可以通过简单的应用程序接口实现对电网调度管理 运 行状况 安全稳定评价 人员信息等的可视化监控 访问和维 护 2 6 信号采集环节的精度及安全性 数字化电网中采用的电子式互感器在实现原理上可根本 性地避免传统电磁式互感器存在的饱和和铁磁谐振问题 提高 保护测量精度 电子式互感器可以实现与高压一次侧有效的电 气隔离 绝缘安全 而且 互感器的二次侧由光纤连接 不存在 传统互感器二次侧的开路 短路或两点接地等危险 此外 广泛 采用的光纤传输环节极大地增强了信号传输的抗干扰能力 3 数字化电网的结构形式 从功能分块的角度 数字化电网的整体结构可以理解为以 数字化电网信息平台和智能决策支持系统为核心 电网规划 设计 调度 运行 维护 电力市场 保护监控等功能单元与 核 心 在信息纵向 横向高度共享的基础上 协同完成电网的分析 决策和综合管理功能 保证电网安全 稳定 经济运行 基于功 能结构的数字化电网如图1 所示 图1 基于功能结构角度的数字化电网结构 数字化电网信息平台负责管理维护整个电网信息 电网运 行维护中的各个功能子块则基于自身及其它功能子块的数据 完成各自功能 同时将本功能子块内数据通过信息平台与整个 电网共享 智能决策支持系统基于整个电网海量的数字化信息 综合 协调各功能子块的工作 同时负责为电网经济调度 紧急情况 下的事故处理提供控制策略及智能决策功能 另一方面 从电 网物理逻辑层次结构的角度 数字化电网的结构由下至上可依 次划分为设备层 数据层 应用层和展现层四个层次 如图2 所 不 万方数据 t 一 一 上 t 图2 数字化电网逻辑层次结构示意图 数字化电网逻辑层次结构图中 设备层是数字化电网对外 的实际物理体现 主要包括电网自身设备 通信网络 智能化一 次设备 数字式信号采集设备 以及其它如信号合并器和数字 化智能终端等配套设施等 实时信号的获取和控制信号的最终 执行都在设备层完成 数据层是数字化电网的海量数据库 对 海量数据信息的管理 维护由综合应用支撑平台完成 该平台 是一个巨大的服务器及决策系统 能够完成实时数据的提取与 调配 并协调应用层的各功能子块 调度生产管理 规划 设计 等 完成相应的功能 以及紧急情况下的智能化决策功能 由于 整个电网信息实现了数字化的网络共享 数字化电网可以通过 展现层方便地实现电网各功能的实时可视化 4 数字化电网关键技术框架体系 数字化电网无论是在体系构建 技术支撑 还是在硬件平 台 软件实现上 都是十分庞大的工程 技术范围几乎涵盖了电 网建设 运行 维护 决策与管理的全过程 关键技术也融入和 体现了现代电力 通信 网络 自动化和微机技术等领域发展的 最新成果 数字化电网发展规划 关键技术主要包括体系及标 准建设 数据采集与通信 信息集成 电网分析决策技术 综合 示范应用研究 以及前瞻性技术研究等6 个方面的内容 4 1 体系和标准的建设 我国数字化电网和数字化变电站相关技术的研究起步较 晚 在数字化工程实施过程中 需要同步制定并完善数字化电 网和数字化变电站的技术体系及技术标准 建立一整套完整 科学的信息分类与编码体系 解决目前存在的信息代码不统 一 同一信息在各专业应用系统重复录入和重复制定编码等问 题 目前 一次设备的智能化与数字化实现 电子式互感器 基 于l e c 6 1 8 5 0 的变电站通信系统等技术环节都有试点应用 而 且 还有几座具备一定数字化特征的 数字化变电站 投入运 行 这些设备 技术的使用的过程中 相关的标准 规范 体系并 未完全成型 如此一窝蜂地投入建设 难免产生新的不兼容或 者适应性差等问题 因此 目前应在全面评估现有技术水平的 基础上 对整个数字化电网的技术支撑体系 标准体系 管理体 系 建设体系 运行与维护体系等进行详细的规范和研究 这是 数字化电网实施的首要关键技术内容 4 2 电网数据采集与通信技术 首先要研究与数字式电网相适应的电子式互感器的实现 原理以及工程实用技术 研究整个变电站或者整个电网信息数 字采集的同步性问题 研究信息的对外传输协议 数据通信传 输的可靠性和实时性问题 数据通信的硬件和软件接口技术 以及通用数据传输支撑平台等技术内容 确保数字化电网信息 采集的 隹确性与同步性 数据传输的实时性与顺畅性 电力建设i 专栏 目前 基于数字化变电站范围的电子式互感器 数字式二 次设备 光纤网络通信技术等数据采集与处理环节都已有试点 应用 但基于数字化电网范围的数字化数据同步 数据接口 信 息通信 数据安全等技术还需要进一步深入研究 4 3 电网信息集成技术 为满足数字化电网信息 纵向贯通 横向共享 的要求 对 来自不同数据采集源和变电站的海量信息进行集成 重构与辨 识 是电网信息整合 共享和设备互操作性实现的基础 信息集成首先需要解决不同调度自动化系统间电网模型 交互的问题 研究i e c 6 1 9 7 0 标准及其适用于中国电力系统的 应用扩展 为各级调度及不同的综自系统提供描述统一的数据 源 研究电网信息的辨识与重构技术 解决由于通信问题或者 采集数据不完备而导致的信息集成失败 研究测量数据时滞处 理技术和外部数据接入时的重构技术 以满足对不同数据源和 不同时段数据进行重构的要求 研究海量电网信息的压缩 存 储 检索和管理技术 以及确保信息安全的前提下海量电网信 息的容错技术等 4 4 电网的分析与决策技术 基于数字化电网海量的数字信息 可以通过合适的数据挖 掘与算法来提取 分析信息中所包含的针对电网经济运行 调 度管理 安全稳定 事故预警 以及事故紧急处理等方面的决策 建议 例如 基于电网的负荷特性和网损组成比例 研究优化的 网络结构和运行方式 为电网分析计算和节能调度服务 研究 实施节能发电调度对电网安全性和可靠性的影响 提出满足安 全约束的前提下 基于电力市场竞价规则的水火电机组发电计 划优化和水火电联合优化实时经济调度技术 研究基于静稳安 全预警 保护智能预警 暂态稳定安全预警和电压稳定安全预 警等分层面的综合预警技术 研究电网事故智能辨识技术与紧 急情况下的协调控制技术 为电网的安全稳定运行提供决策支 持 4 5 综合示范应用研究 数字化变电站作为数字化电网的基本单元 其成功试点投 运是数字化电网成功构建的基本保证 现阶段 可开展不同实 现原理的电子式互感器的对比试验研究 基于电子式互感器 g i s h g l s i e c 6 侣5 0 等技术的不同电压等级的数字化变电 站的示范应用研究工作 在此基础上 进而开展电网可视化智能调度 网省级电网 节能调度等示范应用 开展基于信息共享和分布式查询技术在 省级以上运行管理系统的示范应用 开展电网公司生产自动化 集成共享平台的示范应用 将电网一 二次设备信息 电网拓扑 信息 运行信息 市场信息 地理信息 人力资源信息等有机地 结合 构建电网调度和生产管理共享平台的示范应用 4 6 前瞻性技术 目前应用的电子式互感器还可持续改进 例如 基于r o g o w s k i 线圈存在直流信号测量缺陷 基于光学原理的无源式 互感器存在工作稳定性和精度问题等 可以考虑完善测量方法 或者开展光纤干涉型互感器的研究 现在定义的数字化变电站 结构上还保留了间隔层 需要研究在微机技术发展的基础上 将数字化变电站的过程层和站控层直接连接 由站控层或者过 程层的智能设备完成现有二次系统功能 取消间隔层的实现方 案 研究取消间隔层后 站控层处理区域继电保护协调技术 安 稳控制技术等方面的实现手段与控制策略 在电网信息传输方 面 对无线网络和有线网络的融合技术也可以作前瞻性的研 究 广东科技2 0 0 8 总第1 9 4 期 万方数据 专栏i 电力建设 浅谈继电保护故障信息系统应用功能 摘要 从继电保护故障信息系统的作用 已经实现的基本功能 后续开发的高层应用功能进行了探讨 对其 应用中存在的问题 需要改进的方面及在电网安全稳定运行中的作用进行了讨论 关键词 继电保护 故障信息 功能 继电保护故障信息系统是利用数据网络传输继电保护 故 障录波等装置动作信息并进行综合分析 使调度端迅速掌握电 网故障情况及保护动作行为 缩短分析故障时间 加快对事故 的处理 从而保障电网的安全 稳定运行 故障信息系统提高了 电网事故分析 设备管理维护水平 是继电保护运行 管理的技 术支持系统 也是电网故障时的信息支持 辅助分析和决策系 统 目前 各网省调都建立了程度不同 规模不一的继电保护 故障信息系统 广东电网故障信息系统的建设工作起步早 系 统规模大 由省公司1 套主站 11 个地区供电分公司11 套分 站 各2 2 0 k v 及以上变电站和部分发电厂9 0 余套子站组成 这 9 0 余个厂 站中所有11 0 k v 及以上微机型装置 包括保护 故障 录波和安自装置 都已连接入故障信息子站 实现了信息的自动 远传和综合分析 1 故障信息系统的基本功能 1 1 自动采集装置信息 正常运行时 主站调取保护和录波装置的运行信息 对装 置进行其规约提供且硬件支持的一些操作 如调取定值 采样 值 启动录波 修改设备参数等 监视设备运行工况 及时发现 和处理设备缺陷 提高设备的可用率和健康运行水平 当电网发生故障 自动收集装置动作信息 完成通讯规约 和数据格式的转换 实现故障数据快速 自动传送 主站采用实 时运行方式 子站采集到故障和装置动作信息后 立即传送至 主站 在各种情况下 系统都不能影响所连保护和故障录波等装 置的正常独立运行性能 如 对子站进行数据访问 子站连接装 置的接口异常或通信链路故障 或子站连接的任一装置故障等 况 1 2 综合分析功能 1 故障诊断 电网发生故障时 通过对子站上传的保护动 口颜世军 作信息 录波数据 开关跳闸等故障信息综合分析 对故障电气 量等信息进行组合分析计算 如波形 谐波 向量分析 阻抗计 算 序分量计算 功率分析等 判断故障区域 故障性质及保护 动作行为 2 故障测距 根据故障元件的录波数据 运用单端 双端 或自定义等测距算法进行计算 快速准确提供故障点 故障相 故障性质和巡线范围等 3 故障报告 根据故障诊断和故障测距的结果 自动生成 电网故障分析报告 包括故障时间 故障范围 故障点 故障相 故障性质 相关装置动作情况等 1 3 故障信息共享 考虑调度运行人员需要 在电网故障后将保护 录波器报 头性质的报告可直接发送到调度人员终端 为调度员处理事故 提供依据 主站具有便捷的编辑功能 经过保护人员的编辑处 理后将故障信息归类存储 并通过生产网络将最终信息送至各 级调度和相关领导 以供参考 1 4 对历史数据的综合管理 能将子站上送的各种信息进行处理并归类存储 并能方便 地进行不同条件的查询 如按单位 设备型号 报告类型 时间 段等 并能实现查询后的转存备份 打印历史记录等 1 5 通信功能 通信软件采用模块化结构 容错性良好 具备自诊断功能 自动检查主站与各子站 各子站与连接设备的通信情况 通信 中断时自动报警 通信软件具备断点续传等功能 对外界提供 标准数据接口 与连接设备之间 数据传输速率可达连接装置允许的最高 通信速率 主子站之间 能够同时处理与多个子站之间的信息 传输