数字化变电站自动化系统的发展趋势.doc

数字化变电站自动化系统的发展趋势（青海大学盐湖系09盐化（3）班卢梦佳 邮编：810016）【摘要】数字化变电站技术涉及计算机、通信网络、继电保护自动化等多个高端科研领域,随着智能化电气的发展,变电站自动化技术即将进入数字化时代。数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革。在变电站自动化领域中，智能化电气设备的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化智能设备的出现，变电站综合自动化技术进入了数字化发展的新阶段。本文主要介绍了数字化变电站自动化系统发展的目的、意义和原理，它在国内外的现状以及遇到的主要问题。【关键词】数字化变电站、自动化系统、智能化、趋势1、数字化变电站自动化系统发展的目的和意义1.1 数字化变电站自动化系统发展的目的近年来，随着电网运行水平的提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远方集中控制，操作，反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行的可靠性。另一方面，当代计算机技术，通讯技术等先进技术手段的应用，已改变了传统二次设备的模式，为简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面貌。基于上述原因，变电站自动化由“热门话题”已转向了实用化阶段，电力行业各有关部门把变电站自动化做为一项新技术革新手段应用于电力系统运行中来，各大专业厂家亦把变电站自动化系统的开发做为重点开发项目，不断地完善和改进相应地推出各具特色的变电站综合自动化系统，以满足电力系统中的要求。1.2数字化变电站自动化系统发展的意义数字化变电站综合自动化在近年的飞速发展主要是有两个原因的推动：一是IT技术与通信技术近些年来的突破性进展使得数字化变电站综合自动化从技术和经济角度而言成为可能；二是电力企业对提高工作效率、降低运营成本的重视以及日益认识到用电客户端的服务对于电力企业效益的重要性。变电站综合自动化的关键问题在于信息共享，须保证任何需要电力系统的信息的部门在特定时间内获得足够的有效信息。对于这些信息的分析对制定电力系统优化运行的决策具有重要的意义。目前在很多变电站综合自动化系统中包含了丰富的有用信息，包括电力系统运行信息与非运行信息。所以当前的各地供电企业面临的急切问题是如何制定统一标准的体系结构来提取这些电力系统运行和分运行信息并分析这些信息来降低企业运营成本和提高企业效益，因此建立变电站自动化系统的开放式标准在当前是必要和必需的。2、数字化变电站自动化系统在国内外的现状数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。数字化变电站在我国发展迅速，从1995年德国提出制定IEC61850的设想开始，中国就一直关注IEC61850的发展。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会自2000年起，将对IEC61850的转化作为工作重点之一。从CD（委员会草案）到CDV，从FDIS到正式出版物，标委会及其工作组专家密切跟踪IEC标准的进展，用近5年的时间，二十多位专家的辛勤工作，完成了IEC61850到行业标准DL/T860的转化。标准转化的同时，国内顶级设备制造商如南瑞集团、北京四方、国电南自、许继电器等同步开展了标准研究和软硬件开发。2006年以来，相继有采用IEC61850标准的变电站投入运行，从110kV到500kV，从单一厂家到多家集成，国内对数字化变电站工程实践的探索正在向纵深发展。在国调中心的领导下，从2004底开始，标委会成功组织了6次大规模互操作试验，极大地推动了基于IEC61850标准的设备研制和工程化。为规范IEC61850在国内的有效有序应用，2007年，标委会将DL/T860标准工程实施技术规范纳入工作计划，并迅速组织有关专家进行起草，经广泛征求意见，2008年该规范通过标委会审查报批。成为指导DL/T860标准国内工程实施的重要配套文件。目前，国内各网省公司都进行了数字化变电站试点，对DL/T860标准的应用程度和技术水平各不相同，有单在变电站层应用DL/T860的，也有在过程层试验的，还有结合电子式互感器应用的；有单一厂家实现的，也有多达十多加设备制造商参与的。数字化变电站的试点已经较为充分，现在应该到了总结成功经验、探讨发展策略的时候了。国外从80年代初开始进行研究开发，到目前为止，各大电力设备公司都陆续地推出系列化的产品。如ABB，SIEMENS,HARRIS等公司，90年代以来，世界各国新建变电站大部分采用了全数字化的二次设备，相应地采用了变电站自动化技术。在北美,许多早期变电站采用的还是传统的集中RTU来实现对变电站的监控,该模式属于变电站自动化的初级形式。3、数字化变电站自动化系统发展所采用的技术路线和原理3.1 数字化变电站自动化系统发展所采用的技术路线3.1.1 电子式互感器的二次饱和 电子式互感器具有抗饱和、过载能力强等优点,其远端模块A/D转换输出是有范围的,当超出其最大输出值后会出现削顶现象,互感器输出为平顶波,将使差电流中出现谐波分量,有可能导致差动保护的不正确动作2。在电子式互感器额定一次电流的选择上应考虑二次饱和对保护装置的影响,但是其饱和性质和常规互感器不相同,此时仍然有电流输出,因此应对差动保护的原理和算法进行研究,使其适应电子互感器要求,充分发挥电子互感器的抗饱和性,优化电子式互感器额定电流的选择。 3.1.2统一设备模型的建立目前,数字化变电站设备均按照IEC61850标准建模,设备间实现互联互操作,但实际应用中各设备厂家对标准中自定义部分理解不完全相同,仍然存在部分差异,需要对设备的模型进行统一,采用面向对象的建模技术,将保护设备、主机均作为逻辑接点,相互扮演客户的角色,对其各类操作作为控制数据组,电流、电压等信息作为数据对象。任何一个客户可通过抽象通信服务接口(ACSI)和服务器通信访问对方的数据对象。建议制定地区的设备模型标准,以保证地区内设备模型的一致性。 3.1.3GOOSE网络的设计 GOOSE服务的应用使数字化变电站和常规变电站有很大的区别,光缆取代了常规电缆,GOOSE报文取代了常规的电气量接点,因此通信环节是数字化变电站自动化系统的关键。在GOOSE网络的设计中需考虑以下问题: a.在保证网络安全的前提下,尽可能优化网络结构,减少交换机的使用数量。 b.对网络数据流量进行计算分析,特别是过程层网络合一后,应针对不同的网络流量确定交换机端口的带宽。 c.常规的端子排制图方式已经不能清楚的表示GOOSE信息的逻辑关系,重点应在装置间开关量信息的逻辑关系和GOOSE报文的定义上,需要统一设计的表达方式,制定统一的标准。3.1.4通信记录与分析系统 数字化变电站是利用数据传输网络,使变电站保护、测量和控制数据得到充分利用,实现高度的信息共享,其功能实现取决于变电站智能电子设备之间网络通信的实时性和可靠性。数字化变电站中应当设置通信记录与分析系统,包括专用的通信记录仪5及分析管理机。通信记录仪主要用于详细记录网络上的报文(如规约报文、网络报文和GOOSE报文等)信息,实现检索、排序、分类等基本数据统计功能,以及针对IEC61850标准的高级报文分析功能。 3.2 数字化变电站自动化系统的原理数字化变电站是建立于IEC61850通信规范基础上,由电子式互感器(ECT、EVT)、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备按变电站层、间隔层、过程层分层构建而成,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。4、数字化变电站自动化系统发展中的重点和难点4.1数字化变电站自动化系统的重点4.1.1智能化的一次设备 一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计,简化了常规机电式继电器及控制回路的结构,数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之,变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替,常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。 4.1.2网络化的二次设备 变电站内常规的二次设备,如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造,设备之间的连接全部采用高速的网络通信,二次设备不再出现常规功能装置重复的I/0现场接口,通过网络真正实现数据共享、资源共享,常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。4.1.3自动化的运行管理系统变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化;数据信息分层、分流交换自动化;变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告,指出故障原因,提出故障处理意见;系统能自动发出变电站设备检修报告,即常规的变电站设备“定期检修”改为“状态检修”。4.2数字化变电站自动化系统发展中的主要问题在过程层、间隔层、变电站层这3个层中，数字化变电站自动化系统的研究正在自下而上逐步发展。过程层是目前主要集中研究的内容。在国外，已经对过程层有了较成熟的经验;在国内，许多大专院校、研究院等都对其进行了开发研究，并且在某些方面还取得了较满意的成绩。我国目前在数字化变电站自动化系统的研究中还存在一定的问题，首先，需加强研究开发过程中专业协作;其次，改进材料器件方面的缺陷;再次，实验控制、检验标准、测试方法还处于弱势;最后，一体化的通信协议。5、设计时间分配2011年第一学年度第四周：查找资料、确定题目。第五周：搜集资料、加以理解，并且明白关于数字化变电站自动化系统发展的目的和意义。第六周：了解了数字化变电站自动化系统发展所采用的技术路线以及它的原理并加以总结概括。第七周：多处查找资料，认识到了数字化变电站自动化系统在国内外的现状以及它的重点和在发展中所面临的问题。第八周：对“数字化变电站自动化系统的发展趋势”这一课题加以总结。第九周：对相关部分进行英文翻译。6、结束语本文论述了数字化变电站自动化系统发展的目的和意义、它在国内外的现状、所采用的技术路线和原理以及它的重点和所面临的问题。数字化变电站对电气设备行业影响巨大，将导致二次设备行业、互感器行业甚至开关行业的洗牌，并且以IEC61850为纽带将促进一次设备和二次设备企业的相互合作与渗透。未来数字化变电站将实现一次设备的智能化和二次设备的信息化，通过在变电站的站控层、间隔层以及过程层采用全面的标准IEC61850通信协议，避免设备的重复投入。在站控层方面，除了继承传统的监控系统外，应配置远动工作站，目的是向调度实现远程数据传输;在间隔层方面，由于多种IED的应用使的数字变电站产生多种不同的框架结构;在过程层方面，一些高级设备的研发和应用，例如智能化开关设备等。据行业内的分析报告显示，每年都有上千座35 kV及以上等级的新建变电站投入运行，新建变电站基本上都采用自动化系统模式，因此预计未来几年电力系统变电站自动化市场规模每年将保持在5080亿元。随着国家电网公司坚持智能电网计划的实施，变电站将向智能变电站发展，一次设备要升级为智能电力设备，二次设备则成为智能控制单元，这是一个革命性的变化。7、参考文献1 申狄秋，数字化变电站自动化系统的研究J，中国新技术新产品，20102 王晓芳，数字化变电站自动化系统的应用探讨J，船电技术，20083 戚振军，论数字变电站自动化系统发展趋势J，广东科技，20084 永保才，浅谈数字化变电站自动化系统J，云南电力科技，20075 孙东，数字化变电站概述J，科技风，20096高翔.数字化变电站应用展望J.华东电力.20067朱大新.数字化变电站综合自动化系统的发展J.电工技术杂志.20018、英文翻译The discussion of Substation Automation System（Salt Lake Qinghai University, Department 09 Salt (3) classes Lumeng Jia Code: 810016)Abstract：Digital substation system is involved in computers, communications networks, relay protection, automation and other high-end scientific research fields, With the development of intelligent electrical, Substation automation technology is about to enter th