数字化变电站电力自动化技术特点\应用及发展

摘要：文章论述了数字化变电站的技术特点和应用，数字化变电站电力自动化系统的网络模型，数字化变电站技术中存在的问题，以及数字化变电站的未来发展。数字化变电站应用技术的应用，提高了变电站运行的安全性、可靠性和科学性。

关键词：数字化；变电站自动技术；特点和应用；网络模型；未来发展

中图分类号：TM63文献标识码:A

在当今的信息化时代中，数字化也越来越为人们所重视，数字化技术为信息社会提供了基础。数字化变电站就是使变电站的所有信息采集，传输，处理，输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。它的基本特征体现在设备智能化，通信网络化模型和通信协议统一化，运行管理自动化等方面。变电站自动化应用技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，随着智能控制开关、光电式电流电压传感器、一次运行设备在线状态检测等技术日趋成熟，以及高速计算机网络在实时系统中的应用，数字化技术在变电站自动化运行管理系统中发挥着重要的作用。

1. 数字化变电站的技术特点和应用

1.1 一次设备的智能化

一次设备中被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路都采用微处理器和光电技术的设计，这使常规机电式继电器及控制回路的结构简化了，传统的导线连接被数字程控器及数字公共信号网络所取代。可编程控制器代替了变电站二次回路中常规的继电器和其逻辑回路，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

1.2 二次设备的网络化

变电站中常规的二次设备：故障录波装置、继电保护装置、电压无功控制、量控制装置、远动装置、同期操作装置、在线状态检测装置等，都是基于标准化、模块化的微处理机技术而设计制造，设备之间的通信连接全部采用高速的网络，二次设备通过网络真正地实现了数据、资源的共享。

1.3 自动运行的管理系统

变电站运行管理系统的自动化包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化、自动化；变电站运行发生故障时，并且能够及时地提供故障分析报告，指出故障原因及相应的处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告。要想在变电站内一次电气设备与二次电子装置均实现数字化通信，并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。在一、二次设备之间同样实现全数字化通信，如果变电站内智能装置的数量急剧增加，全站智能装置必须采用统一的数据建模及数据通信平台，才能实现互操作性。

2. 数字化变电站电力自动化系统的网络运行

对变电站直流智能设备网络化监测管理系统，包括分布在各变电站的智能检测设备，还包括数据采集设备、信息处理单元，智能检测设备的信息输出端接入信息采集设备的输入端，信息采集设备将信息转换为TCP/IP通讯协议的数据包，并将所采集数据信息送入开放实时数据库，便于设备运行状态信息处理单元进行分析处理，使设备信息能得到充分利用，对数据进行处理分析并web发布，对变电站直流电源系统各设备的运行情况进行实时监控。

在高压和超高压变电站中，保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元，如A/D变换、控制操作回路等将割列出来作为化一次设备的一部分。反言之，化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、测控等装置的I/O部分；而在中低压变电站则将保护、监控装置多型化、融合化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即化的多层网络化设备；在逻辑结构上可分为3个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”，各层次内部及层次之间采用高速网络通信。

2.1 过程层。过程层是一次设备与二次设备的融合面或者说过程层是指组成的复杂的非线性动态系统.过程层的主要功能分3类:①电力运行实时的电气量检测；②运行设备的状态参数检测③操作控制执行与驱动。

2.2 间隔层。间隔层设备的主要功能是：①汇总本间隔过程层实时数据信息；②实施对一次设备保护控制功能；③实施本间隔操作闭锁功能；④实施操作同期及其他控制功能；⑤对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；⑥承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。

2.3 站控层。站控层的主要任务是:①通过2级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；②按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；③接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；⑤具有站内当地监控，人机联系功能；⑥具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能；⑦具有变电站故障自动分析和操作培训功能。

3. 数字化变电站技术中存在的问题

数字化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，基于智能断路器技术的成熟度实现信息采集、处理、传输、从交流量的采集到断路器操作的全数字化应用；通过变电站总线与过程层总线的集成，实现数字化变电站集成型自动化的应用等。数字化变电站自动化系统的研究目前尚处于起步阶段，大部分精力集中在过程层方面，例如智能化开关设备，光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。目前存在着许多问题：首先，研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关。其次，材料器件方面的缺陷及改进。并且试验设备、测试方法、检验标准，特别是电磁干扰与兼容控制与试验还是薄弱环节。

4. 数字化变电站的未来发展

数字化变电站技术的发展将会是个长期的过程，需要考虑与目前常规变电站技术的兼容性。

4.1 过程层常规设备接入方案

过程层常规设备主要指互感器和断路器设备，具体应用就是采取非常规互感器技术和智能断路器技术，或智能断路器控制器技术，常规设备的接入方式主要有三种基本模式：常规互感器和常规断路器；常规互感器和智能断路器；非常规互感器和常规断路器。

4.2 过程总线方案

在第二阶段中前面控制和测量数据的分离通信系统将合并到一起，控制和测量数据的合并减少了间隔接线的复杂性，但间隔层IED设备需要两个以太网口分别与过程总线和变电站总线连接。由于传送了来自合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值，此种通信方式比第一阶段中的通信方式更快。出于这个原因将使用100 Mbit／s以太网，通过过程总线保护装置的跳闸命令被发送到断路器。

4.3 过程总线和站总线合并方案

由于第一 ，第二阶段中过程总线和变电站总线都使用了基于MMS应用层通信堆栈的以太网，和以太网的不断发展，使得变电总线联接构成一个通信网。并且不会影响变电站内部站的通信。

5. 结束语

数字化变电站技术发展过程中可以实现对常规变电站技术的兼容，这意味着数字化变电站应用技术的发展可以建立在现有变电站自动化技术的基础上实现应用上的平稳发展和逐步突破，使新技术的应用能有机地结合电网的发展，未来在数字化变电站应用技术成熟的基础上将标志着新代数字化电网的实现。同时提高了变电站运行的安全性、可靠性和科学性。

参考文献

[1]曾祥芹.浅谈数字化变电站技术发展历程.中国电力报，2009-4.

[2]刘国正.智能断路器技术的信息采集与处理.中国电力网站，2010-7.

[3]夏叶.变电站常规设备故障维护与检修.电器自动化，2008-6.

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