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摘要：風(fēng)能、水能、太陽能等新能源具有很大的間歇性、隨機性，這類電源的并網(wǎng)，會帶來電壓、頻率穩(wěn)定問題，增加電網(wǎng)運行風(fēng)險和降低電力系統(tǒng)整體運行效率，這為電網(wǎng)運行帶來了新的挑戰(zhàn)。隨著我國經(jīng)濟和政策環(huán)境的變化，智能電網(wǎng)越來越受到重視，數(shù)字化變電站也在逐步建立。本文論述了數(shù)字化變電站的基本概念、與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別、基本架構(gòu)以及設(shè)計過程中的關(guān)鍵技術(shù)，以期提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；方案設(shè)計；關(guān)鍵技術(shù)

新能源發(fā)電電源分散，發(fā)電量也不均衡。要想平衡電網(wǎng)供需，保障電力供應(yīng)穩(wěn)定，輸電方向需要由單向向多向發(fā)展。電網(wǎng)要想奔向未來，既需要給力的電力基礎(chǔ)設(shè)施，也需要給力的運營方式。在發(fā)輸配儲用的電力價值鏈上，處處都需要智能化、數(shù)字化的監(jiān)控、通訊和控制系統(tǒng)保證電網(wǎng)的可靠運行。變電站于電網(wǎng)，仿佛關(guān)節(jié)于骨骼、穴位于經(jīng)絡(luò)。因此，要構(gòu)建數(shù)字化的未來電網(wǎng)，就要建立起數(shù)字化變電站。

1數(shù)字化變電站概述

1.1數(shù)字化變電站的概念

根據(jù)DL/T860標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字化變電站的主要組成部分，包括間隔層、站控層以及過程層這三個部分。同時，在數(shù)據(jù)建模以及通信服務(wù)協(xié)議選擇過程中，所使用到的模式為DL/T860模式，同時，在數(shù)字化變電站建設(shè)過程中，主要應(yīng)用了一部分具有數(shù)字化接口的電子式互感器等智能設(shè)備。除此之外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)變電站控制命令、監(jiān)測信號以及保護跳閘命令的數(shù)據(jù)的采集、傳送以及分析處理和之后的數(shù)據(jù)共享等一系列數(shù)據(jù)處理流程，從而能夠使得變電站具備智能化功能、程序化操作以及網(wǎng)絡(luò)化二次功能先進功能。

1.2與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別

（1）過程層。包括電子式互感器、智能終端及合并單元等設(shè)備，從而能夠及時地收集以及綜合處理一次信息，并且將這些信息完成轉(zhuǎn)換以及數(shù)字化合并。（2）電子式互感器。電子式傳輸器的主要組成部分包括連接到二次轉(zhuǎn)換器以及傳輸系統(tǒng)中的一個或者是多個電流傳感器或者是電壓傳感器，通過應(yīng)用該電子式互感器，能夠?qū)⒈粶y量的能量直接傳輸給測量儀表、測量儀器以及繼電保護以及繼電控制裝置。（3）合并單元。合并單元的主要功能是直接將經(jīng)過轉(zhuǎn)化得來的電流及電壓數(shù)據(jù)進行合成。（4）智能終端。指的是就近安裝系統(tǒng)設(shè)備，從而能夠采集、傳輸、綜合分析處理及控制信息的一項智能化電子裝置。（5）GOOSE。無論狀態(tài)如何發(fā)生變化，GOOSE智能電子設(shè)備都能夠借助之前所得到的電話報告，多播一個高速二進制對象——通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录蟾妗＃?）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850是國際電工委員會（IEC）TC57工作組指定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)。通過該標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)，工作人員就能夠在工作過程中遵從該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的設(shè)備行為、數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)命名、設(shè)備的通用配置語言以及設(shè)備的自描述特性。通過規(guī)范這一類標(biāo)準(zhǔn)，能夠方便不同電網(wǎng)工作人員工作的交接，使得各個智能電器設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作以及信息共享。通過這些操作式的保護裝置以及測控裝置的通信接口以及模型區(qū)域規(guī)范化，同時，還進一步定義了智能化開光以及電子式CT、PT等一次設(shè)備的通信接口和模型。

1.3數(shù)字化變電站的特點和優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的變電站相比，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站擁有數(shù)字化的CT、VT、二次設(shè)備和開關(guān)設(shè)備，從而能夠在通信協(xié)議上實現(xiàn)無限銜接，并且使得實時數(shù)據(jù)傳輸功能更為優(yōu)先，保證所進程的數(shù)字化變電站能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時，共享的數(shù)據(jù)及信息較為全面，并且較為經(jīng)驗，也方便之后的安裝、運行、后續(xù)的維護以及升級等一系列操作，同時，在具備相同格式的底層數(shù)據(jù)上，還能夠在更進一步降低設(shè)備需要投入的成本的基礎(chǔ)上，提供給使用者以更先進的應(yīng)用功能。此外，由于使用少量光纖代替大量電纜，可以充分簡化二次接線。數(shù)字信號和處理無附加誤差，可以提升測量的精度。二次設(shè)備具有小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的特點，可以靈活布置，從而減少變電站集控室的面積。

2數(shù)字化變電站設(shè)計方案

2.1數(shù)字化變電站系統(tǒng)的基本架構(gòu)

（1）站控層。站控層主要是保信子站網(wǎng)絡(luò)通信記錄分析系統(tǒng)、五防子系統(tǒng)、操作員工作站、主機、衛(wèi)星過時系統(tǒng)和其他智能設(shè)備接口設(shè)備、運動通信裝置組成。站控層能夠?qū)⑷抗ぷ髡局胁杉鬏數(shù)臄?shù)據(jù)信息直接搜集，同時將這些信息輸入數(shù)據(jù)庫中定時刷新，這些進入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，之后將會轉(zhuǎn)入歷史數(shù)據(jù)記錄庫中；通過站控層，傳輸而來的有關(guān)信息及數(shù)據(jù)還能夠直接傳輸?shù)秸{(diào)度端，同時，還能在電網(wǎng)的命令下達或者是控制中心控制指令發(fā)出以后，按照順序下發(fā)到間隔層以及過程層執(zhí)行。同時，站控層還能夠控制全站的操作閉鎖控制，能夠在站內(nèi)進行實時監(jiān)控以及實現(xiàn)人機互聯(lián)。除此之外，站控層還具有在線的維護過程層以及間隔層等二次設(shè)備，對有關(guān)的電網(wǎng)參數(shù)進行修改等一系列功能。（2）間隔層。間隔層主要由測控裝置、計量裝置、保護測繪一體化裝置、穩(wěn)定控制裝置以及保護裝置等共同組成。而間隔層的主要工作是通過匯集實時的數(shù)據(jù)信息，從而完成系統(tǒng)的自動控制、保護功能以及邏輯控制功能，同時，對這些功能進行運算判別以及信號。除此之外，間隔層還能夠在連鎖以及閉鎖和相關(guān)同期功能進行過程中進行判別。此外，間隔層還能夠直接在站控層以及過程層之間實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。（3）過程層。過程層主要負(fù)責(zé)監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)及電氣量的采集，同時，執(zhí)行控制命令等一系列操作。是由電子互感器、合并單元和智能終端構(gòu)成。

2.2數(shù)字化變電站設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

（1）非常規(guī)互感器技術(shù)。在電力系統(tǒng)中，互感器能夠?qū)崿F(xiàn)電能的計量、測量、控制以及保護等一系列操作，同時，還能夠為以上操作提供一定的電壓信號或者是電流信號。也因此，非常規(guī)護感器的可靠性以及精度直接同整個電力系統(tǒng)運行過程中的穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟性等相關(guān)聯(lián)，非常規(guī)護感器是電力系統(tǒng)當(dāng)中的一項重要設(shè)備。目前，電力系統(tǒng)測量電流或電壓主要采用的是傳統(tǒng)電磁式互感器，它具有類似于變壓器的結(jié)構(gòu)。隨著我國電網(wǎng)已經(jīng)將原來的220KV的骨干電網(wǎng)提高到了500KV，電壓等級不斷提高，傳統(tǒng)的互感器也暴露出來一系列問題。其中，一方面電磁式互感器具備較為復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu)，除此之外，又因為其工程造價過高，重量以及體積也在隨著性能的增加而增加，支撐結(jié)構(gòu)也在趨于復(fù)雜。（2）智能斷路器技術(shù)。斷路器在變電站中作為必不可少的設(shè)備，其主要是通過斷路器的操作，實現(xiàn)事故快速隔離保障以及正常操作之間的轉(zhuǎn)變。在數(shù)字化變電站中，重要應(yīng)用的是智能斷路器設(shè)備，在設(shè)備中所配備的斷路器具備較高性能，同時，其控制設(shè)備的性能也比較高。除此之外，其還另外配備有傳感器、電子設(shè)備以及執(zhí)行器，智能斷路器設(shè)備能夠進行斷路器的所有操作。而在此基礎(chǔ)上，智能斷路器還能夠?qū)崿F(xiàn)其余的附加操作，而這一系列附加操作及功能能夠應(yīng)用于變電站的監(jiān)測以及診斷等方面，智能斷路器的主要功能有：①實現(xiàn)重合閘的智能操作；②分合閘相角控制，實現(xiàn)斷路器選相合閘和同步分?jǐn)唷＃?）通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為數(shù)字化變電站中的一項重要組成部分，整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全可靠以及實時性直接同整個數(shù)字化變電站系統(tǒng)的可用性相關(guān)聯(lián)，也因此，要想提高通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，則必須先具備有較高可靠性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及冗余技術(shù)。數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要應(yīng)用于交換機、集線器、服務(wù)器、以太網(wǎng)接口以及路由器等多項組成部分，而其中作為一種結(jié)構(gòu)較為簡單的多端口裝置，集線器當(dāng)中的某一端口如果接收到信息，將會將該信息傳輸給其余的端口。同時，要想堅持這多個端口中的數(shù)據(jù)，并且判斷數(shù)據(jù)的屬性，則需要借由智能多路交換機這一裝置實行。而如果各個端口所傳出的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)包信息并不完整，那么，交換機就會忽略這一數(shù)據(jù)，并不再廣播，反之，如果數(shù)據(jù)包完整并且能解釋，那么，交換機就會根據(jù)該數(shù)據(jù)包的地址信息，將其廣播到另一個端口中。兩個網(wǎng)絡(luò)要想連接到一起，必須由路由器來實現(xiàn)，就能夠?qū)⒙酚善鞯木W(wǎng)絡(luò)通信狀況設(shè)置為忽略內(nèi)斷網(wǎng)狀態(tài)，從而能夠直接地向互聯(lián)網(wǎng)通信傳輸?shù)念A(yù)期網(wǎng)址。通過使用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)從原本的被保護，轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃窬哂虚_放性的自由邊界的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獨立出來，從而使得通信網(wǎng)絡(luò)能夠成為一種能夠被管理器控制的具備較高安全性的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

3結(jié)語

總的來說，數(shù)字化變電站使設(shè)備更加簡約、更高效率、更可靠、更易操作和管理，降低了變電站的建設(shè)和維護成本，也使電網(wǎng)更加安全、高效、可靠和可預(yù)測。長遠來看，變電站自動化技術(shù)未來的發(fā)展方向以及發(fā)展趨勢則必然朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，而數(shù)字化作為發(fā)展過程中應(yīng)用的一種手段，就需要在數(shù)字化變電站的設(shè)計及建造過程中，從生產(chǎn)角度考慮，判斷數(shù)字化變電站設(shè)計以及建設(shè)在技術(shù)以及管理上是否能夠完成，從而積極探索正確方向并穩(wěn)妥推進建設(shè)流程。

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作者:吳燕子 單位:南京國聯(lián)電力工程設(shè)計有限公司