摘要:隨著電力在應用與傳輸技術領域的發(fā)展,智能變電站逐漸受到重視并得到廣泛應用。過程層應用技術是智能變電站的技術要點,其有利于促進智能變電站的發(fā)展。現(xiàn)主要闡述變電站過程層的概況,分析過程層應用的技術要點,在滿足過程層網(wǎng)絡實時控制需求的基礎上,結合現(xiàn)有技術條件,研究過程層方案設計,旨在為過程層技術的應用提出一些有價值的參考意見。
關鍵詞:智能變電站;過程層;應用技術
0? ? 引言
相較普通的變電站而言,智能變電站已然成為未來電能領域的重要發(fā)展方向。相關過程層應用技術的研究對于促進智能變電站的發(fā)展有著十分重要的意義。
1? ? 變電站過程層概述
智能變電站是當前電力系統(tǒng)發(fā)展的產(chǎn)物?;诓蓸蛹夹g、網(wǎng)絡傳輸技術和信息綜合處理技術的綜合應用,智能變電站能夠有效實現(xiàn)信息的數(shù)字化,具有一定的信息采集、信息共享和信息處理能力。智能變電站由站控制層、間隔層和過程層組成。過程層位于整個自動化系統(tǒng)的底層,主要由各種智能元件組成,配有變壓器、斷路器、隔離開關、電流、電壓互感器等初級設備,其主要功能是監(jiān)控設備狀態(tài)并執(zhí)行相關操作指令。過程層與一次設備密切相關,其運行狀態(tài)直接影響變電站整體運行的安全性和可靠性,如圖1所示。
2? ? 過程層應用技術要點
2.1? ? 采樣值的技術要求
通常,過程層與間隔層之間的信息傳遞主要基于采樣值的數(shù)據(jù)傳遞技術,應遵循以下原則:首先,將采樣值的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)竭^程層;其次,在變電站配置的保護測控設備與組合單元一起使用時,兩者不能直接傳輸數(shù)據(jù),需要通過過程層網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸來實現(xiàn)信息的交換和共享;第三,點對點訪問方法不僅可以發(fā)揮虛擬技術的作用,還可以與優(yōu)先級技術相結合,保證網(wǎng)絡性能,提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
2.2? ? 合并單元的技術要求
合并單元與電子式互感器配套使用,通過合并多個電子式互感器的數(shù)據(jù),獲取電壓以及電流的瞬時值,在全站同步時鐘的作用下同步采樣電網(wǎng)參數(shù),并基于IEC 61850-9-1與設備層或保護裝置進行數(shù)據(jù)傳輸,是過程層采樣傳輸技術的主要實現(xiàn)者。合并單元對使用環(huán)境的要求較高,需采取電壓保護以及防靜電等措施。此外,合并單元的守時性要求極高,在沒有接收外部同步信號的情況下,合并單元應在守時性較差時啟動自己的內部時鐘。當守時度不滿足要求時,應有相應的信息標志,以供參考。
2.3? ? 智能終端的技術要求
智能終端也是智能變電站的重要組成部分,其通過電纜與一次設備(如變壓器、斷路器、隔離開關等)連接,通過光纖網(wǎng)絡與二次設備(如保護裝置、測控裝置等)連接,在此基礎上實現(xiàn)了主設備的監(jiān)控功能。智能終端支持GOOSE模式的信息傳輸,具有記錄GOOSE命令的功能。智能終端作為中間設備,以GOOSE模式傳輸主設備的各種狀態(tài)信息,接收主設備的下行控制命令,實現(xiàn)對主設備的控制。智能終端可以根據(jù)實際應用情況安裝在戶內柜或戶外柜,但設備及柜體需達到相應的安全防護等級,以確保設備運行的安全性及可靠性。
3? ? 過程層通信回路監(jiān)視分析方法
3.1? ? 網(wǎng)絡接入
為了獲取過程層信息,相關信息采集設備必須連接到過程層通信網(wǎng)絡,獲取完整的網(wǎng)絡通信消息。通信網(wǎng)絡訪問過程層需要解決兩個問題:
(1)安全性:鑒于過程層的重要性,相關信息采集設備的接入、對相關設備的訪問以及其他網(wǎng)絡監(jiān)控過程都必須在不影響原始過程層網(wǎng)絡功能的前提下進行。
(2)全面性:為了獲得完整的二次回路信息,需要保證所有接入點都能獲得完整的過程層通信信號。
3.2? ? 信息獲取和處理
從網(wǎng)絡傳輸?shù)奶攸c和性質來看,通信回路問題主要是由于網(wǎng)絡信號的傳輸時間不可預測性、廣播消息的不可靠性(由于二次回路的實時性要求,所有信號都必須通過廣播傳輸)和干擾消息的不可避免性造成的。
4? ? 過程層方案設計
4.1? ? 常規(guī)互感器方案
本方案采用常規(guī)互感器,輸出的電流、電壓為常規(guī)模擬量,通過合并單元實現(xiàn)采樣值的數(shù)字化,再通過光纖連接進行組合。整個系統(tǒng)采用IEC 61850標準,達到無開關直接采樣的效果[1]。本設計方案可以直接通過斷路器,也可以直接通過斷路器啟動斷路器重合故障。該方案最大的優(yōu)點是常規(guī)互感器可以直接轉換成電子互感器;但也存在一些不足,如結構過于復雜,傳統(tǒng)的CT飽和問題沒有得到有效解決等。
4.2? ? 電子互感器方案
本方案采用電子式互感器,其最大的優(yōu)點是簡單方便,不需要通過采集單元進行數(shù)據(jù)轉換,不需要依賴同步時間信號,它使信息傳輸更加方便快捷,使信息的數(shù)字化、集成化更容易實現(xiàn)。此方案可以省去很多中間數(shù)據(jù)轉換設備,但必須使用更多的光纖電纜和開關,雖然結構簡單,但配件相對復雜。
4.3? ? 網(wǎng)絡優(yōu)化方案
本方案采用三網(wǎng)融合技術,與前兩種方案相比,信息共享最大化,網(wǎng)絡結構簡單直觀,不需要使用大量的光纜和交換機,設計和施工安裝相對簡單,便于后期管理和維護,是未來技術發(fā)展的主要趨勢。但該方案技術要求高、難度大,可靠性與穩(wěn)定性尚有待驗證與提高[2]。因此,該方案的實施還需要注意冗余技術的應用,如圖2所示。
4.4? ? 過程層三網(wǎng)合一方案
以變壓器保護為例,采用IEC 61850-9-2采樣信息、GOOSE信息、IEEE 1588對時信息共網(wǎng)傳輸。間隔層與過程層合并單元遵循IEC 61850-9-2標準,與過程層智能終端采用GOOSE通信協(xié)議。過程層網(wǎng)絡按間隔配置獨立的間隔交換機,每個時間間隔由骨干網(wǎng)交換機組成,實現(xiàn)信息共享[3]。主變保護典型配置與網(wǎng)絡聯(lián)系示意圖如圖3所示。
本方案的優(yōu)點是實現(xiàn)GOOSE、采樣值傳輸、IEEE 158三網(wǎng)合一,最大程度地實現(xiàn)了信息共享;網(wǎng)絡結構清晰,節(jié)省了大量線纜,設計和維護方便。然而,由于網(wǎng)絡技術的高要求和高難度,以及缺乏有效的冗余手段,其可靠性受到質疑。因此,基于IEC 62439標準的PRP冗余技術得到了廣泛的關注。
5? ? 結語
綜上所述,對于過程層應用技術的研究,無論是對于該技術本身的應用發(fā)展而言,還是對于智能變電站更好地服務于社會而言都有著重要意義。因此,需要加大對過程層應用技術的研究投入,使其能夠進一步更新和完善,從而提升智能變電站的運行可靠性以及高效性,更好地服務于社會經(jīng)濟發(fā)展。
[參考文獻]
[1] 王天煒.智能變電站的過程層應用技術要點分析[J].電子制作,2017(8):42.
[2] 李仲青,蔣帥,杜宇,等.基于HSR的智能變電站過程層通信網(wǎng)絡[J].電氣應用,2019,38(7):38-43.
[3] 陳錦山,唐志軍,林國棟,等.智能變電站過程層中心交換機更換及試驗方法研究[J].電氣技術,2017(8):47-50.
收稿日期:2020-06-02
作者簡介:李暢(1988—),女,湖北武漢人,工程師,研究方向:電力系統(tǒng)及電氣二次。