變電站數(shù)字化改造問題研究

1、數(shù)字化變電站相比傳統(tǒng)變電站的差異
變電站自動化系統(tǒng)的結構變化能夠直接反映出其自動化技術的發(fā)展水平。傳統(tǒng)變電站大都為集中式到分層分布式，而數(shù)字化變電站在充分發(fā)揮分層分布式變電站結構優(yōu)勢的基礎上，有效應用了光電式互感器、智能一次設備，使其系統(tǒng)結構較常規(guī)變電站發(fā)生了較大變化，展現(xiàn)出了其在技術特點上的新優(yōu)越。
與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站的不同之處在于：應用了光電式互感器；使用了網絡化的二次設備以及數(shù)字式微機保護；應用了全新的IEC61850通信規(guī)約；能夠實現(xiàn)開關等一次設備的智能控制。
2、數(shù)字化變電站的技術特點
(1)先進的光電式互感器，能夠實現(xiàn)數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸；(2)先進的GOOSE報文機制，能夠保證重要信息按優(yōu)先級傳遞，能夠有效提高系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)響應速度，進一步提高保護功能的靈敏度以及可靠性。(3)使用100-Mbit／s冗余光纖以太網以及全新的IEC61850的光以太網交換機，能夠對VLAN有效劃分，降低網絡負載，減少網絡流量，保證網絡能夠安全隔離，使通信效率明顯提高。(4)使用網絡化的二次設備以及支持GOOSE事件模型的新型數(shù)字式微機保護，能夠保證高速網絡數(shù)據(jù)傳輸以及快速執(zhí)行命令。(5)全新的IEC61850通信協(xié)議，能夠實現(xiàn)數(shù)字化變電站的結構分層，即：過程層、間隔層和站控層。(6)智能終端加傳統(tǒng)開關模式的應用，能夠實現(xiàn)一次設備智能化，有效節(jié)約成本，節(jié)省改造時間。
3、數(shù)字化變電站的系統(tǒng)結構
我市110kV數(shù)字化變電站改造的目的是在保證一次設備智能化、二次設備網絡化的基礎上，應用全新的IEC61850通信協(xié)議技術實現(xiàn)變電站的分層構建，最終使得設備之間能夠信息共享以及互操作。
3.1過程層
作為一次設備和二次設備之間的數(shù)據(jù)層，過程層的數(shù)據(jù)包括三類：其一是一次設備的實時電氣量監(jiān)測數(shù)據(jù)，例如電流、電壓幅值和相位等；其二是一次設備的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括對變壓器、隔離開關、斷路器、母線等的狀態(tài)監(jiān)測等；其三是一次設備的操作控制數(shù)據(jù)，包括對斷路器、隔離開關、變壓器、電容器的操作控制等。
在過程層中包括的設備有兩類：其一是光電＼電子式互感器，其主要功能是提供一次設備的實時電氣量監(jiān)測數(shù)據(jù)；其二是智能終端以及GOOSE網絡，其主要功能是提供和傳輸一次設備的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及一次設備的操作控制數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)交換。GOOSE是指在IEC61850的通用變電站事件模型的基礎上的控制類事件。GOOSE網絡能夠保證數(shù)據(jù)在系統(tǒng)范圍內快速、可靠的輸入、輸出，其提供的高效方法能夠實現(xiàn)多路廣播服務面向不同物理設備同時傳輸相同的變電站事件信息。期間一旦數(shù)據(jù)產生變化，裝置會立即刷新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時按照設定重發(fā)時間重發(fā)數(shù)據(jù)，通過配置數(shù)據(jù)“訂閱者”信息能夠及時更新緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。
3.2間隔層
先進的數(shù)字式微機保護、測控裝置以及數(shù)字式計量電能表的應用，能夠保證同數(shù)字化過程層的設備之間實現(xiàn)無縫聯(lián)接。
過程層設備實現(xiàn)了高度數(shù)字化，變革了傳統(tǒng)意義上的二次設備保護裝置，多模光纖以其細小、簡單和功能強大的特點取代了傳統(tǒng)的粗大、繁雜和功能簡單的二次電纜，并成為二次信息的有效傳輸載體。與此同時，簡單方便的單根多模光纖輸入取代了傳統(tǒng)計量電能表復雜的三相四線接法輸入。
3.3站控層
使用100-Mbit／s冗余光纖以太網，能夠通過高速網絡適時匯總全站數(shù)據(jù)信息，實時更新數(shù)據(jù)庫，根據(jù)既定規(guī)約及時將數(shù)據(jù)信息傳送給遠動主站和調度端；同時接收來自遠動主站和調度端的控制命令，并及時下傳給間隔層、過程層進行執(zhí)行；能夠實現(xiàn)后臺VQC電壓無功調節(jié)，以及在線可編程的全站操作閉鎖控制；能夠實現(xiàn)站內隨時隨地監(jiān)控、查詢事件，波形報告的打印等；能夠實現(xiàn)在線維護、在線修改間隔層、過程層設備的定值參數(shù)等。此外，SNTP協(xié)議網絡對時方案的應用能夠實現(xiàn)對時方式的革新。其對二次系統(tǒng)設置同一時鐘，能夠保證全站設備時鐘同步，所有設備按照同一時間基準和網絡延時進行對時，改變了過去的硬接線對時方式。
3.4應用全新的IEC61850通信規(guī)約
傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)使用的IEC60870-5-103規(guī)約，僅為變電站內部傳輸規(guī)約，無法描述變電站系統(tǒng)模型和二次功能模型，也無法實現(xiàn)系統(tǒng)應用和通信技術的分層處理功能。而全新的IEC61850規(guī)約將變電站通信體系劃分為了變電站層、間隔層、過程層三個層次，變電站層與間隔層之間的網絡，使用抽象通信服務接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)、傳輸控制協(xié)議／網際協(xié)議(TCP／IP)以太網或光纖網。間隔層與過程層之間的網絡，使用單點向多點的單向傳輸以太網。變電站內的智能電子設備(IED，測控單元和繼電保護)均使用統(tǒng)一協(xié)議，經由網絡實現(xiàn)信息交換。其具備面向對象建模；抽象通信服務接口；面向實時服務；配置語言；電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模等特點。
IEC61850建模了諸多公共實際設備以及設備組件，其作為制定電力系統(tǒng)遠動無縫通信系統(tǒng)的基礎，能夠最大程度地改善信息技術與自動化技術的設備數(shù)據(jù)集成，有效降低工程量、驗收、運行、監(jiān)視、診斷以及維護等相關費用，節(jié)省了時間，提高了自動化系統(tǒng)的使用靈活性，并有效解決了變電站自動化系統(tǒng)產品的互操作以及協(xié)議轉換等問題。
4、結語
本文結合實際研究了變電站數(shù)字化改造的設備情況和技術特點，希望對于未來電網改造以及現(xiàn)代科技的應用與發(fā)展具有現(xiàn)實價值和意義。