数字技术在电力系统网站的应用

摘要：随着科学技术的飞速发展，网络化技术逐步在各行各业得到普及，数字化技术成为当今科技发展的前沿，数字化变电站成为变电站综合自动化的发展方向，同样，面临改造的传统RTU变电站及综合自动化变电站，如何实现数字化改造也成了摆在我们面前的一个问题。本文结合深圳110kV五村变电站数字化改造，就变电站数字化特点，以及在改造中遇到的问题和解决办法等几个方面进行论述。

关键词：数字化变电站；光电式／电子式互感器；IEC61850；GOOSE

中图分类号：F407.61　文献标识码：B　文章编号：1009--9166(2009)023(c)--0101--02

一、数字化变电站与传统变电站的对比

变电站自动化系统结构的变化反映了变电站自动化技术的发展，从集中式到分层分布式。数字化变电站的系统结构继承并发展了分层分布式变电站结构的特点，同时随着光电式互感器、智能一次设备的应用，使得数字化变电站的系统结构又有了异于常规变电站变化，呈现了崭新优越的技术特点。

数字化变电站与传统变电站的不同(如图1)：1　光电式互感器的应用；2　网络化的二次设备及数字式的微机保护；3　IEC61850通信规约的应用；4　开关等一次设备的智能控制。

二、数字化变电站的技术特点

(一)应用先进的光电式互感器，实现数据传输的数字化。

(二)采用先进的GOOSE报文机制，确保重要信息的优先级传递，在保证系统可靠性的前提下，有效地提高系统的响应速度，更加保证了保护功能的灵敏和可靠性。

(三)100-Mbit／s冗余光纤以太网和新的IE C 61850的光以太网交换机，划分VLAN，减少了网络流量，降低了网络负载，实现了网络的安全隔离，提高了通信效率。

(四)采用了网络化的二次设备和支持GOOSE事件模型的新型数字式微机保护，实现了高速网络数据传输和命令执行。

(五)采用新的IEC61850通信协议，将数字化变电站划分为过程层、间隔层、站控层三层结构。

(六)采用智能终端加传统开关的模式实现一次设备的智能化，节约了成本，缩短改造工期。

三、数字化变电站的系统结构

110kV五村站数字化变电站是以一次设备的智能化、二次设备的网络化为基础，在新的IEC61850通信协议技术上对变电站进行分层构建，最终实现设备问的信息共享和互操作。

(一)过程层：

过程层是一次设备与二次设备相联系的中间数据层。过程层的数据分三类：

1　一次设备的实时电气量监测数据：包括电流和电压幅值、相位等。光电／电子式互感器的数字量取代传统的电磁式互感器的模拟数据。

2　一次设备的状态参数监测数据：变电站需状态检测的设备例如变压器、断路器、隔离开关、母线及电容器等的状态参数实时监测与统计数据。

3　一次设备的操作控制数据：操作控制断路器、隔离开关的分合，变压器分接头调节，电容器的投切控制等。

过程层设备：

(1)光电＼电子式互感器：

负责提供A类(一次设备的实时电气量监测数据)数据。如图2

(2)智能终端和GOOSE网络：

负责提供和传输B类(一次设备的状态参数监测数据)和C类(一次设备的操作控制数据)的数据交换。

对一次设备(开关)的改造采用智能终端配合传统开关的模式。由智能终端将传统开关的模拟信号转变为数字信号上传，同时将保护测控传送的数字信号指令转变为模拟信号下达给开关。节约改造成本的同时缩短了改造时间。

GOOSE网络：

GOOSE是指面向通用对象的变电站事件，是基于IEC61850的通用变电站事件模型的一种控制类事件。GOOSE组网提供了快速和可靠的系统范围内的数据输入、输出，它提供了一个高效的方法，利用多路广播服务向多个物理设备同时传输同一个变电站事件信息。当数据发生变化时，装置就会对发送的数据缓冲区进行刷新，并根据设定的重发时间对数据进行重发，通过对数据“订阅者”的配置可以使其更新接收的缓冲区数据，这样就能确保数据的可靠传输，使数据传输的可靠性和实时性大大提高。

(二)间隔层：

采用先进的数字式微机保护及测控装置和数字式计量电能表，实现与数字化的过程层设备的无缝联接。

由于过程层设备的高度数字化，使得传统意义上的二次设备保护装置有了革命性的变化，原先复杂、繁多、功能单一的二次电缆被细小、简单、功能强大的多模光纤取代，作为二次信息的传输载体。原先计量电能表复杂的三相四线接法输入，被简单方便的单根多模光纤输入取代。

(三)站控层：

1　采用100-Mbit／s冗余光纤以太网，通过高速网络全站的实时数据信息进行汇总，不断刷新实时数据库，按既定规约将有关数据信息传送远动主站和调度端；接收远动主站和调度端的控制命令并下传至间隔层、过程层执行；具有后台VQC电压无功调节功能和在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内就地监控，查询事件，打印波形报告等人机联系功能；具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线修改定值参数功能。

2　对时方式的革新：采用SNTP协议网络对时方案，二次系统设置同一时钟，实现全站设备的时钟同步，各设备根据同一时间基准和网络延时统一对时，取消了传统的硬接线对时方式。

(四)IEC61 850通信规约的应用

目前传统的变电站自动化系统广泛应用的IEC60870-5-103规约只是变电站内传输规约，缺乏对变电站系统模型、二次功能模型的描述，没有将系统应用与通信技术进行分层处理。

1　IEC 61850的主要特点是：①面向对象建模；②抽象通信服务接口；③面向实时的服务；④配置语言；⑤整个电力系统统一建模。

2　IEC61850将变电站通信体系分为3层：变电站层、间隔层、过程层。在变电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。IE C61850的特点是：①面向对象建模；②抽象通信服务接口；③面向实时的服务；④配置语言；⑤整个电力系统统一建模。

IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件。IEC61850作为制定电力系统远动无缝通信系统基础能大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。

五、结束语

本文论述了变电站数字化改造的设备情况和技术特点，110KV五村数字化变电站为目前国内数字化程度最高的变电站之一。项目的实施在很大程度上体现深圳电网科技兴网的战略步骤。反映了未来电网实现现代技术发展的趋势。