智能变电站合并单元现状及发展方向

陈俊峰

摘 要：文章智能变电站合并单元发展现状，从合并单元的生产设备厂家、合并单元的同步问题、智能变电站中的实际运行情况等方面，分析了智能变电站合并单元的发展现状，并从接口规范完善、时钟同步功能等方面，对合并单元的发展进行了展望。

关键词：智能变电站；合并单元；现状

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0089-02

近年来，随着建设坚强智能电网战略的深入实施，数字化变电站的数量不断增多，合并单元作为智能变电站的核心设备其重要性日益凸显。伴随智能化变电站技术的发展，“直采网跳”和“直采直跳”等方式的出现，也给智能化变电站合并单元发展带来新的方向。下文将就此展开分析和讨论。

1 合并单元及其主要功能分析

MU是合并单元的简称，合并单元属于智能变电站中的数据采集、传输、数模转换设备，是智能变电站的核心设备，通过合并单元能够实现电流、电压的信息数据采集，并且对采集的数据信息进行处理，通过 IEC61850标准将信息数据传递给保护设备及后台监控系统，保护设备根据数据信息正确动作，保护变电站一次设备及电力系统安全运行。

当前MU可接入互感器的类型众多，既有电子互感器、光电互感器，也有传统互感器，能够通过多种方式实现信息的采集转化，实现模拟量数字转换，对数据能够进行全方位的分析、整理。通常情况下，MU中含有12个数据转换器，每一个数据采集单位都是一个相对独立的系统，能够对每一组数据信息进行收集、整理，比如，一个110 kV线路间隔的电流互感器二次绕组含有三相保护绕组、测量绕组和计量绕组，共有9位数据信息，及单相的电压互感器，可以通过一台MU合并单元实现对数据的采集。

与此同时，MU接口还提供有数据保护功能，能实现对数据信息传输以及接送的有效保护。MU能够通过相关的数据信息传递，对开关进行信息指令的传递，当电压不稳或电流过大时能够及时的对相关系统下达指令，对异常数据及时纠错，做出正确的数据处理，确保变电站可靠运行。在具体的操作流程中，MU会根据会通过传感器对信息数据进行及时的收集，并且将数据信息进行打包上传，相关数据会组成SV报告，保护设备会根据此数据进行数据分析，然后根据数据情况以及设定的标准对当前的电压、电流进行评估，一旦满足保护条件，就会发送GOOSE跳闸报告，智能开关一旦受到命令就会实行跳闸。

另外，MU能够实现数据采集的及时性以及同步性，能够将数据第一时间传送给保护系统，并由保护系统做出及时的分析整理，这样保护系统能够及时的将数据结果传递给各个保护装置，实现设备的有效保护。在同步的过程中，不仅需要不同间隔之间电流的同步，而且也需要同一模拟量之间的同步，这样能够有效的实现差动保护，有效的计算出阻抗和功率。

2 智能变电站合并单元的发展现状

2.1 合并单元生产设备厂家

合并单元最初是包含在电子式互感器中的，但是由于目前合并单元的需求量增加，并且重要性不断提升，因此为了方便使用，将其进行了单独分离，因而成为了单独设备。目前，随着社会经济的发展，科技创新速度提升，我国一些大型的变电站厂家开始推出新的合并单元，并且还有部分厂家能够对数字化变电站提供新颖的解决办法。

随着变电站的开发和运行，对合并单元的要求也在不断提升，合并单元不仅要能够输出满足需要的接口，而且还要满足计量、录波、测控以及继电保护等需求。另外，还要根据接入系统传输的方式提供对应的网口，满足不同传输方式的不同需求。比如，如果接入系统采用的传输方式为对点式，那么合并单元要提供能够满足其使用的接口模块；如果接入系统传输方式为采样值，那么合并单元要提供与其相关的以太网口。

2.2 合并单元在应用中的数据质量

2.2.1 数据采集的准确性

实现高精度采样同步对数字化保护功能实现有重要的意义，因此，合并单元的数据质量至关重要，首先，合并单元应能精确采集现场模拟量数据，并经过数模转换传递给数字化保护。其次，合并单元传递的模拟量应该三相平衡，并实现数据同步，这样数字化保护才能准确的计算功率、阻抗等电气量。此外，不同间隔合并单元间的电流也需要同步，这是差动保护正确动作的前提。

2.2.2 数据采集的同步问题

同步问题是合并单元面临的一大问题，合并单元对电流的采集一般是分布采集的，这种方式采集电流虽然能够完成一定的需求，但是容易造成延时的问题，这种状况的发生与软件和硬件之间都有一定的联系。如图1所示。

通过上图我们可以发现，当合并单元与传统互感器接入的时候，所经过的电缆是直接性接入的，这样他们的延时就相对来说比较固定，并且时间比较短，甚至可以忽略掉。而当其通过光缆与电子互感器接入的时候，在进行一定的转化之后，我们可以发现在数据发送、数据处理、信号采用以及信号调制方面都有了一定的延时，这样延时的状况就比较严重，并且不同的合并单元也有不同的延时状况，因此对其延时状况的确定比较困难。

另外，在交换机中也有一定的延时，包括解包延时、排队延时和传输延时。将这些不同方面的延时组合起来，就成为了一个整体的延时，因为延时的模块和设备比较多，因此会影响传递结果。就上图中的方式来说，电压互感器的二次电压通过MU进行数字量的转换，并将电压传递到MU的下一级，然后对二次电流进行采样，同时同步电压数字量，并重新整合为新的数字量，最终将其送至相关的设备。其传输延时的结果如下：

传输延时 = 上一级MU延时+ 同步处理延时+ 报文输出延时。

2.3 合并单元应用中的可靠性问题

通过我国相关的调查报告可知，在2015年一整年内，我国智能变电站的设备所发生的缺陷次数为310次，这是一个非常庞大的数字。与普通变电站进行对比可知，智能变电站的缺陷率超过了普通变电站，并且智能变电站出现缺陷的主要设备为合并单元，合并单元的可靠性成本智能变电站发展的重要问题。

因此应加强对合并单元的检测，寻找能够解决合并单元问题的方法，并进行问题改正和预防成为了目前必须要解决的问题。相关单位要针对合并单元中出现的问题，进行分析和总结，找出问题的关键原因所在，并进行相应的预防，采取有效的方法对合并单元问题进行解决，保证合并单元的运行质量，同时要加强监测，做好维护。

3 智能变电站合并单元的发展方向

3.1 合并单元的精度、速度和系统功能不断发展

目前，随着科学技术的不断发展，合并单元的组合设备也在不断更新，数据处理能力逐渐提升，并且模块处理的速度和数据采样的速度都在提升。同时，其设备也在不断完善，设备的复杂性程度更加深了，也因此可以进行更深一步的功能拓展，提升合并单元的功能，增加更多有用的功能，可以对其工作状态和量值输出进行检测。

另外，以上所说的合并单元采样报文问题、网络延时问题以及硬件和软件设备问题等随着目前科学技术的发展都已经有了妥善的解决办法，相信不久的将来合并单元会越来越好。

3.2 接口规范会更加完善

电子互感器和合并单元的信息交互在当前还没有确切的标准，因此这就造成了互联中工作量的提升。目前运用比较多的是IEC60044-8串行数据接口标准，但是因为通讯量比较大，对数据的需要比较及时，并且需要处理的任务比较多，电子互感器和合并单元之间基本是采用光纤通道接口。

在合并单元与保护设备的接口中，不仅可以运用交换机组网方式，还可以使用点对点通信。就当前的状况来看，IEC 61850-9-2通信方式是最主要的，目前，由于合并单元的现场故障率较高，国网公司提出了“常规采样GOOSE跳闸”方式，合并单元的未来发展方向尚不明晰。

国家科技不断创新，智能变电站也在不断发展，设备创新的速度越来越快，计算机不断普及，保护测控装置通信与合并单元最终的目的是实现网络共享。同时，合并单元与相关设备的接口规范也在逐步健全，网络共享的实现已经指日可待。

3.3 同步方式逐渐发展

当前，合并单元的同步仍然是以变电站主时钟为主，将GPS发送的秒脉冲作为基准源，将GPS作为时钟源，这种方式的优点在于所产生的误差比较小，能够更准确地同步。但是，在采用这种方式的时候，要在变电站内加设一个光缆或者光纤，这就提升了硬件设备的复杂程度，并且如果在设备运行中一旦出现失去GPS秒脉冲信号的问题，那么合并单元就可以能会暂停同步。

IEEE 1588发布于2002年，是一种比较精确的时钟同步协议，该协议具有相当精确的同步系统，不仅能够适用于网络化和本地化的系统，而且可以通过以太网进行同步，并且时钟工作的状态有三种：无源时钟、从时钟和主时钟。因为IEEE 1588有比较明显的优点，并且具有高精度，因此它将会是以后同步技术发展的主流。当然，在运用该设备的时候要注意，保护测控单元、合并单元和传感器等等都必须要能够支持这种协议，因此在使用之前要对相关设备的支持协议程度进行验证。

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