摘要:本文以数字化变电站基本理论为依托,介绍了数字化变电站的组成架构及与传统变电站的区别,阐述了实现数字化变电站的关键技术及向智能化变电站过渡的发展方向。以综述的方式对数字化变电站技术进行了总结,为全面理解数字化变电站技术提供了理论指导。
20世纪70年代,能源、环境等问题的日益突显,促使变电站向更加节能、环保、智能的方向发展。IEC61850国际通信规范的制定实现了通信体系的现代化,其良好的互操作性和兼容性,也使数字化变电站成为了可能。数字化变电站技术是电力系统发展中具有里程碑的一次突破与变革,具有一次设备智能化、二次设备网络化、通信标准化的特点,可实现电气设备间的信息共享和相互控制。
1 数字化变电站概述
1.1数字化变电站基本架构
基于功能的不同,数字化变电站可分为智能化的一次设备层、网络化的二次层(过程层、间隔层、站控层)和企业层,而基于IEC 61850的通信标准贯穿于各层结构之间,以达到各层之间信息实时传输的目的。
(1)智能化的一次设备层是数字化变电站的最底层,也是基础层,在具备传统功能的同时兼具实时数据采集、处理、交换的能力。该层主要设备包括智能化变压器、电子式互感器、智能化的隔离开关、断路器及其它电气辅助设备。
(2)网络化的二次设备层可细分为过程层、间隔层和站控层。过程层是数字化变电站一次设备与二次设备的结合面,实现对一次设备的数据采集、保护、监测与控制等功能。间隔层建立在过程层之上,基于IEC 61850标准完成各设备间的通信与操作。站控层可描述为自动化应用层,将从过程层接收到的信息进行可视化呈现,以达到为运维、调度、管理人员提供信息的目的。
(3)企业层是数字化变电站的最上层,也可理解为终端层,为电力企业各部门提供运行信息,为电力系统维护、管理、决策提供依据,并可发布调控指令。
1.2与传统变电站区别
数字化变电站采用微处理器和光电技术,有效简化了控制回路及继电器的结构,大大减少了电缆和导线的使用。基于IEC 61850标准建立的数字通信平台,可有效将全站设备联系在一起,实现交互通信和操作,是数字化变电站区别于传统变电站的最主要方面。
2 数字化变电站的关键技术
2.1 IEC 61850标准研究及应用
IEC 61850标准基于现有的通信标准,基本定义了变电站自动化系统的功能和设备模型,支持新功能的增加及新设备的扩充。该标准的研究内容主要包括信息交换、变电站综合自动化系统专用信息模型、抽象通信接口服务对具体通信模型的映射、变电站智能电子设备配置等。
虽然IEC 61850标准已相当完善,但是该标准主要针对欧美标准及情况,应用于国内时仍存在网络冲突和延时的问题,而且国内的高压保护一般为双重化配置,当两套保护同时动作时,上送的报文可能会发生冲突,因此建立一个完善的IEC 61850测试环境十分重要。
2.2互操作性
实现变电站内各电子设备间的互操作性是数字化变电站区别于传统变电站的重要方面,也是制定IEC 61850标准的目的。为了保证互操作性需进行性能和一致性测试。性能测试也称为应用测试,主要测试电子设备的性能是否正常。一致性测试主要检验电子设备通信是否符合IEC61850标准。
2.3通信网络
数字化变电站的通信网络是一个极其复杂的系统。站控层的通信网络主要有双星型以太网、单星型以太网和单自愈环网。过程层的通信网络通常采用SV采样值网络。间隔层智能电子设备间的通信及过程层中智能操作箱与间隔层智能电子设备间的通信主要由GOOSE网络来实现。现阶段,数字化变电站的通信网络尚未形成一套规范、标准、经济的网络组网模式和策略。
2.4数据采集
数字化变电站采用光电互感器和电子互感器。光电互感器也称为无源式互感器,其原理是基于电光效应。电子互感器由连接到二次转换器和传输系统的传感器组成,也称为有源式互感器。光电互感器具有抗干扰能力和绝缘性能良好、测量频带宽等优点。
但光电互感器研究仍处于探索阶段,在电磁兼容性、稳定性和准确性等方面都需进一步提升,关键技术在于材料技术、组装技术、信号检测技术,解决温度、震动对光电互感器精度、稳定性的影响等。