智能变电站过程层应用技术研究

廖荣鹏 黄芬兰

摘  要：随着经济的发展，社会已经向智能化、信息化的时代发展。科学技术水平的提高，变电站也向着智能化的方向发展前进。文章主要从变电站过程层的概述出发，并阐述了智能变电站过程层的基本要求，并提出了相关的方案。

关键词：智能变电站;过程层;应用技术;研究

中图分类号：TM63     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0040-02

智能变电站与常规变电站最主要的区别就是体现在过程层上，智能变电站可以实现24 h实时监测，并具备采集信息数据、处理分析数据以及执行各项命令等职能。可以说，智能变电站是未来电力系统发展的主流趋势，可以更好地节约电能，节约成本，实现经济利益最大化。

1  变电站过程层的概述

智能變电站是当前电力系统发展的一大产物，它是随着科技的发展从而实现变电站的智能化和自动化。可以有效的实现信息的数字化，并且具备一定的采集信息、处理数据信息的能力，实现信息共享。智能变电站由站控层、间隔层和过程层三层结构。而过程层位于整个自动化系统的最底层，主要由变压器、断路器、隔离开关以及电流电压互感器等一次设备和各种智能组件构成的电子装置。其主要职能是对整个设备进行监测，并执行相关的操作命令。过程层是三层中与一次设备连接最为密切的，因此它的运行状态也直接影响到整个变电站运行的稳定性。

2  应用过程层的基本要求

过程层在整个变电站中的使用当中起着重要的作用，因此，要想整个自动化系统合理、安全的运行下去，就必须遵循相应的原则，这样才能更好安装和管理好过程层。

2.1  实时性原则

在通信标准中IEC 61580中规定的GOOSE是一种面向通用对象的变电站事件，简言之，其主要工作职能就是保护交换和传输中的信息能够合理有效。在智能变电站中，GOOSE服务主要是对那些智能单元、一次设备等进行有效的连接信息传输服务，尤其是对跳合闸信号和命令的传输。虽然GOOSE服务的报文数据量不是很大，但是它所传输的数据都较为重要，而且传输过程极具突发性，因此在传输报文的过程中就必须要遵循实时性原则，有效的将数据信息传送到制定地点。一般对GOOSE服务传输数据的时间限定在4 ms以内。

2.2  采样值传输数据技术原则

采样值传输主要是过程中与间隔层之间通信的一个重要内容，在二者传输过程中，其中过程层中最大的一个数据流就在互感器的保护以及测控之间的采样值传输中。因此，采样值传输数据也必须要有一定的实效性，其相关技术原则也有如下要求：①采样值的传输要与过程网进行连接，一般采取光纤连接;②要注意的是，间隔层中的承担保护、检测的设备与合并单元进行连接时，要通过过程层的交换机进行传输，二者不能直接进行连接。交换机获取采样值信号然后在通过其二次传输实现消息共享;③接入方式选取点对点的接入方式。以便更好的发挥交换机的虚拟技术和优先级技术，这样就更能保护网络，提高稳定性能。

2.3  智能终端设计基本原则

智能终端是智能变电站的一个重要设备，它实际上一种智能组件，通过电缆与一次设备连接，从而起到监测和测量的作用。智能终端主要针对通用对象的变电站事件，做到合理有效的监测和控制。在安装智能终端时，应多安装在封闭的空间，如户内柜、户外柜等，且防护等级必须要高，要达到相关的标准。在具体的设计环节也应遵循几点原则：①智能终端主要针对的是通用对象的变电站，其传播速度要保整合理，因此，设计时要注重信息传播的实时性;②应具备COOSE命令记录功能，无论是命令时间还是命令来源以及相关的措施都要记录下来，并且还要提供有效的查看方法;③在设计智能终端时，还要让其具备通信功能和转换功能，这样才能有效地执行相关的控制命令。

3  智能化变电站过程层应用方案

3.1  常规互感器方案

在该设计方案中，以220 kV线路保护为例，通过常规互感器从而加装、采集单元以实现采样值的数字化。配置好现场采集单元，处理好互感器输出的模拟量最终按FT3格式输出，然后在采用光纤的方式接入合并单元。整个方案系统是基于IEC 61850标准，从而以达到不经过交换机而直接采样的效果，如图1所示。该种设计方案可以直接经过GOOSE跳断路器，断路器的失灵、重合闸也可以通过GOOSE玩了过方式直接启动。该种方案的最大优点就是从长远方面考虑，在后期工程中可以直接将常规互感器改造成为电子式互感器。但同时也存在一定的弊端，结构过于复杂，且对于常规电流互感器的饱和问题也没有得到有效的解决。

3.2  电子式互感器直采直跳方案

该种方案也是以220 kV线路保护为例，但是与常规互感器方案不同，该方案采用的是电子式互感器，因此不需要采集单元，可以实现直采直跳的状态。即过程层采样值与GOOSE信息采用实现点对点传输。在整个方案中，继电保护的采样值是基于IEC 61850-9标准GOOSE协议下进行的，如图2所示。

在该种方案下，采取的是双重化配置保护装置，这样更能保持设备的稳定性和安全性。该种方案最大的优点就是简单方便，省略了交换机的环节，同时也不需要依赖同步对时信号，使得变电站信息传输更加方便、快捷，轻松实现信息数字化、集成化。虽然该种方案可以省略大量的复杂结构，使得数据信息传播更加便捷，但是需要保护和合并单元的网口多，发热量过大，就必须要用到更多的光缆和交换机，虽然结构简单，但是配件过于复杂。

3.3  过程层三网合一的方案

三网合一是指IEC 61850-9-2采样信息、IEEE 1588对时信息以及GOOSE信息共网传输的方案。该方案以变压器保护为例，实现三网合一结构，如图3所示。在该结构中，间隔层和过程层合并单元采用的是IEC 61850-9-2表展，而与过程层智能终端合并单元则是采用的是GOOSE通信协议，通过配置间隔交换机以及各主干网交换机从而实现信息共享。

该方案的最大优点就是实现三网合一，信息共享。与其他两种方案相比，可以最大化地实现信息共享，并且该方案网络结构简单、清晰，也不需要大量的光缆和交换机作为附件去连接。无论是设计环节还是实际安装环节都比较简便，也方便进行后期管理和维护。可以说，三网合一方案是未来技术发展的一大主流趋势。虽然三网合一的方案简介、方便，但是其技术性要求较高，技术难度较大，可靠性也有待探究，并缺乏有效的冗余手段。因此，在实行该种方案还需要注重冗余技术的应用。

4  结  语

综上所述，智能变电站是未来电力系统发展的潮流方向，智能化变电站也使得电网的配电管理更加稳定、安全。而过程层作为变电站较为重要的环节，其相关技术的研究尤为重要。本文主要从过程层的概念出发，阐述了过程层的相关技术要求，并提出当前的三大技术方案。其中三网合一方案较为合理，但其技术性和可靠性还有待探究。

参考文献：

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