浅谈数字化变电站技术应用分析

浅谈数字化变电站技术应用分析

袁昆

东莞电力设计院523000

摘要：随着国民经济的不断发展，人们的生产生活对供电市场的需求越来越高，只有电力系统自身的不断发展，才能不断地满足人们日益增长的用电需求。基于光电转换技术的光互感器实用化以及相关国际标准如IEC61850的应用，使得在变电站自动化系统中信息采集、传输、处理等全部数字化成为可能，进而促进数字化变电站的概念提出及实质性发展。在变电站自动化领域中，随着技术的不断创新、智能化电气设备的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的研发，数字化变电站真正在电力系统内得以发展，并将全面铺展未来，一个数字化变电站时代即将来临。

关键词：数字化；变电站；技术

1.IEC61850介绍

IEC61850标准将变电站自动化系统分为过程层、间隔层、变电站层3个层次[5-6]，并为各层之间的通信划分了逻辑接口，在变站层和间隔层之间的网络采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。在间隔层和过程层之间的网络采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)均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。IEC61850的主要特征：

1.1信息分层

按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和保护三大功能提出变电站内功能分层的概念为，无论从逻辑概念上还是从物理概念上都将变电站的功能分为3层，即变电站层、间隔层和过程层。IEC61850的分层模式与现有大多数变电站自动化系统不同，现有系统中的过程层功能都是在间隔层设备实现的，随着光互感器的应用，现代电力技术的发展趋势是将越来越多的间隔层功能下放到过程层，可见IEC61850是面向未来的开放式标准。IEC61850中的每个物理装置分为服务器层、逻辑装置层、逻辑节点层、数据对象层、数据属性层。

1.2面向对象的数据对象统一建模

IEC61850标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机/服务器结构数据模型。每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器又包含一个或多个逻辑设备，逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。

1.3数据自描述

采取“面向点”的数据描述方法不相同，基于IEC61850标准，面向对象的数据自描述在数据源就对数据进行自我描述，传输到接受方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。因数据本身带有说明，这就不受预先定义的限制进行传输，简化了数据管理和维护工作。

1.4抽象通信服务接口ACSI

ACSI定义了独立于所采用网络和应用层协议的公用通信服务。通信服务分为基于Client/Server，定义了诸如控制、获取数据值服务；基于Peer-to-Peer模型，定义了诸如GOOSE服务和对模拟测量值采样服务。变电站内采用IEC61850与采用103规约相比具有明显的优势，通过通信网络，只需要在客户端配置服务器网络IP地址，变电站内各种应用可以得到各个设备的数据；由于数据具有自描述特征，所有测点名可用通信方式获得，无需人工配置，当变电站内增加或删除装置或应用时不需要进行通信配置；站内所有应用程序和智能设备采用相同的规约、数据格式、数据访问方式、命名规则和配置语言，采用标准的网络通信平台，提高了系统的灵活性、扩展性和互操作性。由于互操作性强，在自动化系统集成时，应用程序不再需要处理大量不同的通信规约、数据格式和数据访问形式，也无需进行重复的变电站配置和对点工作，工程维护大大简化，减少了系统集成工作量，同时也增强了变电站的可靠性和安全性。IEC61850与IEC61970调度通信标准具有一定的互操作性，将来可以实现无缝连接，实现主站对变电站的直接访问，减少了通信瓶颈和规约转换数据损失。

2.IEC61850标准技术优势

IEC61850以往的电力系统规约相比,在标准制定思想和结构定义上有了长足的进步,在实际使用过程中,优点主要体现在以下几点。常规综自站与数字化变电站对比如图1所示

2.1标准规范一致性

IEC61850标准在MMS的基础之上建立一套适用于电力系统的通用通信接口(ACSI),这不仅保证了各个制造厂家对标准理解的一致性,同时保证了IEC61850标准核心内容可长期保持不变,维护了用户长期投资利益。符合IEC61850标准的各个厂家产品可以非常方便的实现互操作,同时使用第三方的MMS浏览器来验证保护装置中配置的正确性而不会产生歧义,保证不偏离IEC61850规范。

2.2简单直观

IEC61850标准中每个数据均自带名字和数据类型,避免了传统规约中使用点号和数据包类型号带来的混淆,数据库中的数据点可以随意增加和减少,而不用再担心使用数据点号会带来的匹配和顺序错误。同时借鉴了面向对象编程思想,使得用户可以更加简单直观的读懂装置所传递的信息。

2.3规约调试的工作量减少

IEC61850强调了一致性测试,理想情况下各个不同厂家装置及后台系统可以无缝组网,原有的规约调试中经常出现数据点号匹配和顺序错误问题,由于IEC61850中数据都有各自惟一的自带描述的字符名,因此,可以大大减少了常规通讯规约调试的工作量。

2.4降低维护与改造成本

首先，在高低压各级变电站间隔层与变电站层使用IEC61850标准并不会带来网络物理结构上的太大变化,建造成本没有很大变化,但是从长远的运行维护、更新换代、后期应用功能扩展、变电站升级改造角度考虑。其次，使用符合IEC61850标准的保护装置与综合自动化后台,可以有效地降低成本。IEC61850标准的应用,也为今后贯彻江苏省电力公司“大二次”管理思路,实现二次设备整合和信息集成奠定了技术基础。

2.5电子式互感器技术优势

互感器技术优势和传统的电磁式电流互感器相比,电子式互感器具有以下优点:①无绝缘油,不会有安全隐患;②没有磁饱和现象;③无铁心,因此没有铁磁共振和磁滞效应;④测量带宽和精度可以达到很高;⑤体积小、重量

轻、运行时无噪声,用的电压等级越高,相对越造价低廉;⑥二次系统无电流,不存在CT开路的问题,较安全;⑦数字化通信,可以通过网络实时监测互感器工作状态是否正常。

3目前数字化变电站技术应用中存在的难题

当前，我国针对数字化变电站自动化系统研究与应用尚处于起步阶段，研究重点主要集中在过程层方面的技术难题，例如光电互感器、智能化开关设备、状态检测等设备的研究和技术的开发方面。在数字化变电站技术的应用上还有很多难题没有得到解决，这些困难主要集中在两个方面：①是材料器材方面存在一定的不足、在兼容控制与电磁干扰方面的研究能力不足、没能够在试验方法与设备及标准方面确立科学的标准。②在于研究开发过程中机、电、光三个专业的相互协作不够统一协调难度大。

结束语

现如今，应用IEC61850标准及电子互感器的数字化变电站自动化系统是电力系统的研究热点。本文从一个具体的IEC61850标准技术优势进行讨论,今后在逐步积累低压数字化变电站运行经验基础上,将加快在高压及特高压变电站采用数字化变电站技术,从而进一步凸现数字化变电站技术所带来的经济优势与技术优势。数字对以后的数字化变电站建设具有重要的指导意义，相信在不久的将来必将迎来数字化变电站自动化系统的蓬勃发展期

参考文献

[1]鲁国刚,刘骥,张长银.变电站的数字化技术发展[J].电网技术,2015,2:.

[2]高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2016，3.

[3]史志鸿.数字化变电站的几个关键技术[J].继电器，2016，10.