数字化变电站自动化技术的应用

杨彦杰 王瑞 赵志敏 李文超

【摘要】随着我国自动化技术的不断发展，其在变电站中的应用越来越重要。本文首先分析了数字化变电站的特征，介绍了其通信网络的要求，探究了数字化变电站的结构功能，最后结合数字化变电站自动化应用的未来发展，分析了自动化技术在数字化变电站中应用优势。

【关键词】数字化变电站；自动化技术；应用

中图分类号：TN830文献标识码： A

一、前言

我国的自动化技术每天都在发生着崭新的变化，这些变化的出现对于更好地对其进行把握提出了严峻的要求。数字化变电站对自动化技术的应用，极大地提升了变电站的工作效能。深入研究自动化技术在数字化变电站中的应用意义深远。

二、数字化变电站的特征

1.对一次设备的使用要求。数字化变电站是运用数字化的电气测量系统，通过电子式或光电式的互感器来实现电气信息的采集、传输、处理与输出，实现一次设备的数字转换，提高了对一次设备数字化、智能化的要求。

2.对变电站网络化的要求。二次设备不光具有普通电子设备所具有的作用与特点，它还拥有自己独特之处，它的信号传输是建立在光纤的基础上的，

3.对系统结构的要求。数字化变电站的建设标准IEC61850的特点是采用的层次化的结构体系，其结构形式分为三个层次，即过程层、间隔层、站控层，它们之间通过光纤来实现信号的传输，和传统的电缆比较，抗电磁干扰能力更强，接线简单，数据传输有明显的提高，保证了数据输出的安全性和实用性保证了各个系统设备的相互联系。

4.应用自动化的管理系统。要达到一次设备数字化和网络化的要求，传统的变电站的信号传输方法已经无法满足现在的需求，电子式或者光电式互感器已经成为变电站信号传输的主流，它可以直接向外面提供数字式的光纤以太网网络接口，站内采用智能断路器和变压器等设备将数据传输出去。在一次设备的基础上加上智能终端设备从而来实行信号的转换。数字化变电站的二次设备除了具备一般数字设备所具有的特点外，同时对外光纤网络通信接口是它独特的功能。

三、数字化变电站通信网络的要求

1.通信网络的功能

通信网络的根本作用是解决数字化变电站中各项数据的传送以及和其他系统之间的信息交流的问题。互联网是实现变电站数字化的一个载体，通讯系统是变电站自动化的基本保证，通讯系统的发展要以满足社会的需要来发展。为了满足变电站自动化的需要，通讯网络必须在数据的分析、电压无功自动调节、系统对时等各个方面加以改进从而来满足其需要。

2.通信网络的性能

通讯网络的性能要求主要体现在可靠性，开放性、实时性的上面。可靠性是指通讯网络传输的数字和图像信息的是真实可靠地，这为通讯网络的管理提供了很好的数据分析内容；开放性是指通讯网络中设备的选择要满足国际的标准，方便用户的系统集成；实时性是说数据传输的快速性能够满足需求。

四、数字化变电站的结构功能

从物理结构上而言，数字化变电站可分为两类，智能化一次设备和网络化二次设备。而从逻辑结构上又可以划分成过程层、间隔层和站控层三个层次，层次内部以及层次之间均采用高速网络通信，藉由过程总线连接。

1.过程层功能

过程层主要具有三个功能：首先是对电流、电压、相位及谐波分量的检测，并根据这些已知参数通过间隔层设备计算得出有功、无功功率、电能量。再者，完成对设备运行状态的实时监测和数据统计，例如温度、压力、电解液密度、绝缘等级、力学特性等参数，并上传到总服务器。最后是进行操作控制，例如：直流电源充放电控制、电容电感投切控制、升压器接头调节控制。

2.间隔层功能

间隔层的功能很多，承担着很多重要任务，它汇总间隔过程的实时数据信息、实施对一次设备的保护控制，并控制间隔操作的锁止功能，拥有对数据采集、统计运算及控制命令发出的优先控制权，起到了很关键的过渡作用。间隔层设备通过通信手段实现了设备间的相互对话机制。间隔层的核心设备包括测控保护录播系统以及IED设备。

3.站控层功能

站控层负责刷新数据库，定时登陆数据库，按照既定规则上传数据信息到调度中心，并将调度中心的有关控制命令反馈给过程层和间隔层，这些主要是通过两级高速网络实现；另外，站控层具有在线编程功能，可实现实时监控、人机交互，并可完成对另外两个结构层的在线维护和修理，它为变电站故障自动分析提供了可能。另外，站控层支持显示、打印、预警、触控等人性化操作。

五、自动化技术在数字化变电站中应用的优势分析

1.自动化技术在数字化变化站中的应用，使得变电站各种信息实现了共享。数字化变电站的建设给予IEC61850标准，同时自动化设备的应用，使得变电站计量，保护，监控等系统实现了在网络中电流信息，电压信息，变电站运行状态信息等同一个网络的接收，同时，变电站的控制信息也能够实现同一个网络的接收，而不需要进行信息采集，信息执行以及信息传递等不同网络的建设。因此，实现了变电站的资源共享，同时也使得变电站系统的互操作性得到提高，并且资源的共享使得变电站重复建设的投资降低。

2.自动化技术在数字化变电站中的应用，使得变电站的规模及功能得到扩展。数字化变电站中实现了通过网络进行设备间以及设备与变电站之间信息的传递，当将新的设备接入到通信网络中，即可实现了变电站新的功能，并不必将原有设备进行更换，从而使得建设的成本降低，同时也使得变化站的工作更加便捷，工作效率不断提高。

3.自动化技术在数字化变电站中的应用，使得变电站的测量精度得到了提高。通过变电站的互感器中模拟信号对设备的数据进行采集时，会出现很大的附加误差。自动化技术下数字化变电站数据的采集，是基于电子式的互感器，具有高精度的特征，使得变电站的测量更加精确，从而使得变电站的工作效率与质量都得到了提高。

六、数字化变电站自动化应用的未来发展

数字化变电站就是使变电站的所有信息采集，传输，处理，输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。数字化变电站技术的发展将会是个长期的过程，需要考虑与目前常规变电站技术的兼容性。

1.过程层常规设备接入方案

过程层常规设备主要指互感器和断路器设备，具体应用就是采取非常规互感器技术和智能断路器技术，或智能断路器控制器技术，常规设备的接入方式主要有三种基本模式：常规互感器和常规断路器；常规互感器和智能断路器；非常规互感器和常规断路器。

2.过程总线方案

在第二阶段中前面控制和测量数据的分离通信系统将合并到一起，控制和测量数据的合并减少了间隔接线的复杂性，但间隔层IED设备需要两个以太网口分别与过程总线和变电站总线连接。由于传送了来自合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值，此种通信方式比第一阶段中的通信方式更快。出于这个原因将使用100Mbit/s以太网，通过过程总线保护装置的跳闸命令被发送到断路器。

3.过程总线和站总线合并方案

由于第一，第二阶段中过程总线和变电站总线都使用了基于MMS应用层通信堆栈的以太网，和以太网的不断发展，使得变电总线联接构成一个通信网。并且不会影响变电站内部站的通信。

七、结束语

通过对数字化变电站自动化技术的应用研究，我们可以发现，要想更好地掌握自动化技术在数字化变电站中的应用，就要严格结合数字化变电站特征以及结构功能等。通过在数字化变电站中应用自动化技术，毫无疑问地可以增强变电站的工作效能。

参考文献：

[1]李仲青，周泽昕，黄毅.数字化变电站继电保护适应性研究[J].电网技术，2011年，第5期：88-89.

[2]张蓉.IEC61850标准在数字化变电站自动化系统中的应用与研究[J].科技资讯，2011年，第3期：102-103.

[3]张怡.数字化变电站综合自动化系统改造要点分析[J].科技资讯，2011年，第2期：18-21.

[4]刘正道，郭大伟，王璐璐.数字化变电站技术应用[J].科技资讯，2011年，第24期：45-46.

[5]王明黄.浅析数字化变电站自动化技术的革命性创新[J].自动化技术，2010年，第10期：46-47.