浅谈数字化变电站的特征及其关键技术控制

袁贵奇

摘要：数字化变电站是以站内一次电气设备与二次电子装置为对象，通过统一建模、物理设备虚拟化，以及标准化的网络数据通信平台，实现智能装置间的互操作及信息共享，保证现代变电站稳定.可靠、经济，安全的运行要求。随着计算机网络实时在线技术的应用及整套数字化变电站统一建模协议IEC 61850标准体系的额布，数字化变电站自动化系统的关键技术开发取得了突破性的进展，数字化已成为今后变电站发展的主流。本文在分析了数字化变电站特征的基础上，介紹了数字化变电站运行中的关键技术及其控制要点。

关键词：数字化变电站自动化

中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)02(a)-0136-01

1数字化变电站的特征分析

1.1数据采集数字化与系统分层分布化

作为数字化变电站的主要标志之一，通过电子式或光电式互感器对站内电流、电压值等进行采集，可有效隔离一次电气系统与二次电气系统，并能提高测量精度、扩大测量范围，促进变电站自动系统由装置冗余向信息冗余的转变以及信息集成化的实现。

数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为智能化的一次设备和网络化的二次设备；系统采用成熟的网络通信技术和开放式互连规约，完整地记录设备信息并能显著提高系统的响应速度。在逻辑结构上系统可分为过程层、间隔层和站控层，并采用高速网络通信解决异构系统之间的信息互通、装置的自我描述等问题。此外，现代数字化变电站的自动化系统结构呈现出紧凑化的趋势，通过机电一体化设计对电气量测系统等进行设备组合及优化布置，使其逐渐趋向小体积、小重量、功能丰富、结构紧凑。

1.2一次设备的智能化与二次设备的网络化

目前多采用光电技术和微处理器技术建立一次设备中的被测信号回路与被控操作驱动回路，以数字公共信号网络配合数字程控器代替了传统的导线连接，以可变程序取代了常规继电器及其逻辑回路，并用光电数字技术与光纤取代了常规的强电模拟信号机控制光缆。通过智能一次设备的应用，传统的机电式继电器与控制回路结构被简化，同时为各设备建立了智能接口，使不同设备采用统一的建模协议并实现其互操作性成为可能。

数字化变电站的二次设备应全面采用基于标准化、模块化的微处理机设计制造，不再使用传统的I／O现场接口，而通过标准的以太网技术实现各设备间的连接，使过程层与间隔层之间、间隔层与站控层之间、间隔层内部及间隔层之间、站控层的不同设备之间能进行流畅的信息交换。应用高速网络通信技术不但可以实现站内信息与资源的共享，还能完成电网间局部范围内的变电站间的自动测量、分析及控制，提高了整个自动化系统的灵活性与稳定度。

1.3建模标准化与系统设备的互操作

相对干具有数据杂乱、调试工作复杂、无法被综合利用等缺陷的传统变电站自动化系统，数字化变电站系统目前已经确立了在面向设备建模、实现自我描述、以及人性化的信息组织等基础上的统一建模标准，解决了系统装置兼容问题的同时，也简化了系统配置、设备维护等方面的实际工作内容，并有利于信息数据的共享与综合分析利用。

1.4运行管理的自动化与设备检修的状态化

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；提供运行故障分析报告，指出原因及处理意见；自动发出变电站设备检修报告，将定期检修改变为状态检修。数字化变电站的二次设备应以系统性作为状态检修的出发点，通过对电网运行数据及各种智能电子设备运行信息等的数字化采集与分析，可实现包括交流输入、直流和操作回路等多环节的状态监测：大大减少了系统设备状态监测的盲区，提高了系统的在线故障测控能力，保证了系统的可用性和稳定性。

2数字化变电站的关键技术控制要点

2.1电气测量系统可靠性的提升

电气测量系统是数字化变电站的基础，其运行的可靠性与稳定性对整个系统的正常工作具有重要的影响。以其中最重要的互感器为例，其关键技术在于光学传感材料、传感头的组装技术、微弱信号检测、以及控制振动对精度的影响等，非传统互感器目前基本处于示范性探索阶段，主要分为电子互感器与光电互感器两种。这两种互感器由于线性双折射现象、传输时偏振角的变化以及温度等影响因素的存在，常造成一定的测量误差，导致一次测量设备可靠性的下降，因此应用中必须根据其工作原理对制造工艺进行研究，如应针对某种电子式电流互感器，建立FMEA表格和故障树，求出其故障树的所有最小割集，找出影响其可靠性的关键环节，再进行有针对性的工艺改进。

2.2实现电子智能设备的互操作性

互操作性的实现是IEC61850标准制定的主要目标之一。为了保证电子智能设备的互操作性，需要对其进行一致性测试和性能测试。由于IEC61850标准的复杂性、其性能在网络异常时的未知性以及保护、监控系统对实时性的严格要求等原因，很可能出现单独产品已通过一致性测试，将其构成应用系统时却未能通过应用测试的情况，因此通过一致性测试只是通过应用测试的充分而非必要条件。

2.3网络的选型与信息的同步

作为数字化变电站的关键环节网络系统的高速性与稳定性决定了整个系统的性能，全数字化系统中的信息采样、保护算法与控制命令的形成，是由网络上多个CPU协同完成的，因此网络通信速度与制定通信协议的适应性就成为了系统的关键技术要点。除成本与兼容等因素外，网络的选型主要应以超高压变电站系统基于间隔设计的二次系统为基础，要求系统内部通信具有较高的可靠性，并能便捷地构成双网结构。在信息的同步方面，应采用SNTP实现不同设备间的同步采样，并以UTC作为时钟同步源，由于过程层总线的负载较大，应将同步误差控制在1μs。过程层同步须采取IEEE1588标准，使分配控制工作时无需再进行专门的同步通信，达到通信时间模式与应用程序执行时间模式的分离。

3结语

综上所述，数字化变电站的技术成熟仍需要一定的时间，相关工程技术工作者应认识到其与传统变电站的本质区别，加强相关技术规范的制定、规范工作，并从设计、检测、运行等环节人手，促进变电站数字化信息安全、高效的共享与综合利用。

参考文献

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