数字变电站技术

摘要:本文通过对数字化变电站、常规变电站技术进行了分析并对其提出所存在的问题，并对数字变电站建设中出现的新问题进行了研究探讨。
关键词：数字化变电站；继电保护；IEC61850变电站；
Abstract: Based on digital substation technology, conventional substations are analyzed and put forward the existing problems, and the digital substation construction in the emergence of new problems were discussed.
Keywords: digital substation; relay protection; IEC61850 substation;
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引言
目前,在国内变电环节有常规变电站和数字化变电站2大模式。常规变电站存在着采集资源重复、多套系统并存、厂站设计和调试复杂、互操作性差、标准化规范化不足等问题;数字化变电站存在着缺乏相关标准规范、过程层设备稳定性和可靠性有待验证、缺乏相关评估体系和手段等问题。另外,随着特高压电网建设进入实用化阶段,风电、光伏发电等新能源也将陆续接入系统,因此对系统的安全稳定性要求就会更高,同时也对作为智能电网支撑节点的变电站提出了新的要求。所有这些都影响了变电站生产运行的效率,不利于电网安全运行水平的进一步提高,迫切需要一种新的变电站模式。
智能变电站是科技进步的必然趋势.正如继电保护和安全自动装置的实现原理由最初的电磁型、晶体管型、集成电路型逐渐发展到现在的微机型原理一样,体现了一个从能量型逐步向低功耗非能量型的发展过程。智能变电站相关技术的应用与推广,进一步证实和延续了这一发展规律。
国际电工委员会提出的变电站通信网络与系统的国际标准IEC61850为智能变电站和电力系统信息化提供了全面的建设规范.以下以IEC61850 为基础,提出了智能变电站建设方案。

1、基于IEC61850的智能变电站建设的可行性分析

　

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1.1 IEC61850解决了信息建模和互操作问题,为智能变电站建设提供了基础

IEC61850是基于网络通信平台的变电站自动化系统的唯一国际标准, 共10大类、14个分册。主要研究分析了4方面的内容, 分别是变电站自动化系统专用信息模型、信息交换方法 (即抽象通信怎么写作接口AS-CI)、抽象通信怎么写作接口对具体通信模型的映射(即特定通信怎么写作映射SC)、变电站IED的配置.它采用面向对象的建模技术、面向未来通讯的可扩展架构, 为智能变电站建设提供了有力的理论支撑。
基IEC61850的变电站自动化系统和二次系统网络通信协议满足了智能变电站互操作性的要求。在国家电网公司互操作试验的推动下,基于IEC61850数字化变电站系统和设备的研究已取得了较大进展,基于IEC61850 的变电站自动化系统已在诸多变电站投运,而且,国内投运的较具代表性的云南110kV 翠峰变电站和内蒙古220kV 杜尔伯特变电站在站内通信均按IEC61850标准实现,可见将IEC61850规约应用于数字化变电站的各个环节都现实可行。

1.2电子式互感器用于扩大数字化技术范围、统一简化采集源

传统变电站中是以电磁式互感器和电缆作为主要的信息传递通道,存在诸多缺陷和技术瓶颈。在二次设备的技术层面上,目前传统的电磁型互感器技术以及二次回路的电缆传输模式已经落后于当前二次设备技术的发展。而电子式互感器可以从本质上解决这些方面的问题, 进一步提高二次系统的可靠性。国内电子式互感器实现原理和制造工艺的不断改进,使得国产设备已具有较高的性能,而且相关产品已有多年的挂网运行经验,在云南翠峰、南京六合、兰州永登等变电站运行情况良好.电子式互感器技术的日趋成熟为智能变电站的建设提供了基础保证。

1.3智能终端技术促进了一次设备智能化的实现

目前, 虽然完全智能化的一次设备系列产品相对较少,但近年来,状态监测技术及具备百兆以太网接口的智能终端的研制和应用,使得采用常规一次设备+智能终端来实现一次设备智能化的方案得以应用和发展。
智能终端可就地实现电气设备的状态监测,并通过基于IEC61850标准的通信接口实现与过程层的通信功能。目前,国内已有一系列的智能终端设备,并有一定的运行经验,智能终端设备可以作为现阶段完全智能化的一次设备选型相对困难时,实现一次设备智能化和数字化现实有效的方法。

1.4现有二次设备技术能够满足智能变电站建设的发展和需要

具备光纤以太网接口和IEC61850通信协议标准的数字式保护、监控、计量和录波等二次设备,促进了智能变电站过程层设备的成型。例如,内蒙古220 kV杜尔伯特变电站中已有该类新型数字式线路保护、变压器保护、母线保护、测控装置、远动装置等二次设备投运, 运行状况稳定。

2、智能变电站的技术特点

1)一次设备应具备高可靠性, 智能化所需各型传感器或/和执行器与一次设备本体可采用集成化设计。
2)二次系统一体化。传统的变电站,继电保护、自动化、状态监测等设备自成体系,且一般根据一次主设备进行间隔配置,很大程度上方便了运行和停运检修。但随着电网新技术的发展和电网规模的扩大,按照现有配置方式, 能够挖掘的潜力十分有限。IEC61850的推出和应用,推进了变电站的标准化,使得各类二次设备以标准的方式建模和通信, 变电站内的二次设备融合成为一种趋势。
3)简化接线。ECT和EVT 实现了数字化输出,同时借助光纤传输,不仅增强了抗干扰能力, 也完全摒弃了传统互感器的二次交流回路,真正实现了一、二次系统之间的电气隔离。由于智能开关的应用,现场执行机构的控制与主控室的保护及测控设备之间已没有直接的电联系.现场的智能开关单元作为终端设备接受并执行控制命令,各单元之间界限分明,可减少现场继保工作人员误接线、误触碰等情况.同时也可简化断路器控制回路的二次接线设计,减少继电保护装置的I/O插件,提高变电站全生命周期降低成本造价。
4)简化变电站继电保护的配置。由于面向变电站事件的通用对象通信技术的应用,可以实现同一标准平台上的实时信息数据共享,提高了继电保护信息交互的灵活性及便捷性。

3、智能变电站的网络结构设计

IEC61850标准将智能变电站分为过程层、间隔层和站控层. 基于IEC61850标准的智能变电站系统拓扑结构如图1所示。各层内部及各层之间采用高速网络通信。整个系统的通讯网络可以分为站控层和间隔层之间的间隔层通讯网、间隔层和过程层之间的过程层通讯网。
图1智能变电站系统拓扑
图中,ECT/EVT、GIS和主变设有远端模块,实现了信号就地采集和控制;二次设备采用一体化设计的控制保护系统;一次设备与二次设备采用光纤网络实现信号传输;站控层采用双以太网IEC61850通信规约;过程层采用基于以太网多播技术的多播应用关联GOOS网络通信; 间隔层采用保护、测控一体装置,对于交直流系统采用测控装置将信号上传站控层。