变电站数字化改造问题研究:数字化变电站

　　摘要：随着科技的迅猛发展，数字化技术已经在各个行业里逐步得以推广和应用。作为电力系统的重要组成部分，如何实现数字化变成站已经成为当前发展和研究的方向，与此同时，传统RTU变电站以及综合自动化变电站的数字化改造，也已经成为当前急需解决的重要课题。本文在结合当地110kV变电站数字化改造的基础上，列出了数字化变电站相比传统变电站的差异，总结了数字化变电站的技术特点以及数字化变电站的系统结构，对于变电站数字化改造问题进行了全面系统的研究分析。
　　关键词：数字化变电站 改造 光电式/电子式互感器 IEC61850 GOOSE
　　中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0148-01
　　
　　1、数字化变电站相比传统变电站的差异
　　变电站自动化系统的结构变化能够直接反映出其自动化技术的发展水平。传统变电站大都为集中式到分层分布式，而数字化变电站在充分发挥分层分布式变电站结构优势的基础上，有效应用了光电式互感器、智能一次设备，使其系统结构较常规变电站发生了较大变化，展现出了其在技术特点上的新优越。
　　与传统变电站相比，数字化变电站的不同之处在于：应用了光电式互感器；使用了网络化的二次设备以及数字式微机保护；应用了全新的IEC61850通信规约；能够实现开关等一次设备的智能控制。
　　2、数字化变电站的技术特点
　　(1)先进的光电式互感器，能够实现数字化数据传输；(2)先进的GOOSE报文机制，能够保证重要信息按优先级传递，能够有效提高系统的可靠性以及系统响应速度，进一步提高保护功能的灵敏度以及可靠性。(3)使用100-Mbit／s冗余光纤以太网以及全新的IE C 61850的光以太网交换机，能够对VLAN有效划分，降低网络负载，减少网络流量，保证网络能够安全隔离，使通信效率明显提高。(4)使用网络化的二次设备以及支持GOOSE事件模型的新型数字式微机保护，能够保证高速网络数据传输以及快速执行命令。(5)全新的IEC61850通信协议，能够实现数字化变电站的结构分层，即：过程层、间隔层和站控层。(6)智能终端加传统开关模式的应用，能够实现一次设备智能化，有效节约成本，节省改造时间。
　　3、数字化变电站的系统结构
　　我市110kV数字化变电站改造的目的是在保证一次设备智能化、二次设备网络化的基础上，应用全新的IEC61850通信协议技术实现变电站的分层构建，最终使得设备之间能够信息共享以及互操作。
　　3.1 过程层
　　作为一次设备和二次设备之间的数据层，过程层的数据包括三类：其一是一次设备的实时电气量监测数据，例如电流、电压幅值和相位等；其二是一次设备的状态参数监测数据，包括对变压器、隔离开关、断路器、母线等的状态监测等；其三是一次设备的操作控制数据，包括对断路器、隔离开关、变压器、电容器的操作控制等。
　　在过程层中包括的设备有两类：其一是光电＼电子式互感器，其主要功能是提供一次设备的实时电气量监测数据；其二是智能终端以及GOOSE网络，其主要功能是提供和传输一次设备的状态参数监测数据以及一次设备的操作控制数据，并进行数据交换。GOOSE是指在IEC61850的通用变电站事件模型的基础上的控制类事件。GOOSE网络能够保证数据在系统范围内快速、可靠的输入、输出，其提供的高效方法能够实现多路广播服务面向不同物理设备同时传输相同的变电站事件信息。期间一旦数据产生变化，装置会立即刷新数据缓冲区，同时按照设定重发时间重发数据，通过配置数据“订阅者”信息能够及时更新缓冲区数据，从而提高数据传输的可靠性和实时性。
　　3.2 间隔层
　　先进的数字式微机保护、测控装置以及数字式计量电能表的应用，能够保证同数字化过程层的设备之间实现无缝联接。
　　过程层设备实现了高度数字化，变革了传统意义上的二次设备保护装置，多模光纤以其细小、简单和功能强大的特点取代了传统的粗大、繁杂和功能简单的二次电缆，并成为二次信息的有效传输载体。与此同时，简单方便的单根多模光纤输入取代了传统计量电能表复杂的三相四线接法输入。
　　3.3 站控层
　　使用100-Mbit／s冗余光纤以太网，能够通过高速网络适时汇总全站数据信息，实时更新数据库，根据既定规约及时将数据信息传送给远动主站和调度端；同时接收来自远动主站和调度端的控制命令，并及时下传给间隔层、过程层进行执行；能够实现后台VQC电压无功调节，以及在线可编程的全站操作闭锁控制；能够实现站内随时随地监控、查询事件，波形报告的打印等；能够实现在线维护、在线修改间隔层、过程层设备的定值参数等。此外，SNTP协议网络对时方案的应用能够实现对时方式的革新。其对二次系统设置同一时钟，能够保证全站设备时钟同步，所有设备按照同一时间基准和网络延时进行对时，改变了过去的硬接线对时方式。
　　3.4 应用全新的IEC61 850通信规约
　　传统变电站自动化系统使用的IEC60870-5-103规约，仅为变电站内部传输规约，无法描述变电站系统模型和二次功能模型，也无法实现系统应用和通信技术的分层处理功能。而全新的IEC 61850规约将变电站通信体系划分为了变电站层、间隔层、过程层三个层次，变电站层与间隔层之间的网络，使用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议／网际协议(TCP／IP)以太网或光纤网。间隔层与过程层之间的网络，使用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备(IED，测控单元和继电保护)均使用统一协议，经由网络实现信息交换。其具备面向对象建模；抽象通信服务接口；面向实时服务；配置语言；电力系统统一建模等特点。
　　IEC61850建模了诸多公共实际设备以及设备组件，其作为制定电力系统远动无缝通信系统的基础，能够最大程度地改善信息技术与自动化技术的设备数据集成，有效降低工程量、验收、运行、监视、诊断以及维护等相关费用，节省了时间，提高了自动化系统的使用灵活性，并有效解决了变电站自动化系统产品的互操作以及协议转换等问题。
　　4、结语
　　本文结合实际研究了变电站数字化改造的设备情况和技术特点，希望对于未来电网改造以及现代科技的应用与发展具有现实价值和意义。
　　作者简介
　　徐晓菊（1959-），女，工程师，研究方向：电力系统动力。