数字化变电站过渡方案的研究样本.doc

数字化变电站过渡方案研究古树平1，陈奇志1，2，陈旺虎1，杨俊1，揭海宝1，陈可1（1. 西南交通大学 电气工程学院，四川省 成都市 610031； 2. 成都交大光芒实业有限公司，四川省 成都市 610031）摘要：IEC61850原则研究逐渐进一步与电子式互感器等智能电子设备发展，使变电站实现全数字化成为也许分析了老式变电站与数字化变电站区别，阐明了IEC61850与原有合同差别，并结合既有变电站自动化系统实际状况，提出了过渡期数字化变电站解决方案核心字：IEC61850；数字化变电站；电子式互感器；通信合同Research on the Transitional Schemes of Digital SubstationGU Shu-ping1，CHEN Qi-zhi1,2，CHEN Wang-hu1，YANG Jun1,JIE Hai-bao1,CHEN Ke1(1. School of Electrical Engineering Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China;2. CHENGDU GIAODA GUANGMANG CO.LTD.，Chengdu 610031，China)Abstract：The Digital Substation can be realized with the development of IEC61850 and Intelligent Electronic Device such as Electronic Transformer. This paper discusses the difference between Traditional Substation and Digital Substation and also presents the distinction of IEC61850 and the existing protocols. Base on that，the Transitional Schemes of Digital Substation are proposed，which are feasible at the present stage.Key words：IEC61850；Digital Substation；Electronic Transformer；Communication Protocol0 引言 新一代变电站自动化原则IEC61850推广和应用给变电站数字化奠定了基本，计算机技术、网络通信技术以及电子式互感器等智能电子设备发展为实现数字化变电站提供了有力前提。

通过十余年发展，老式变电站自动化系统弊端越来越明显，数字化变电站发展成为趋势，但受电子式互感器、智能断路器等核心技术发展和应用不成熟制约，期间必然存在一种过渡期因而，现阶段对老式变电站进行数字化改造具备实际意义，可为将来实现变电站全数字化积累宝贵经验1 老式变电站与数字化变电站比较 1.1 老式变电站存在问题随着变电站自动化技术发展，老式变电站局限逐渐显现出来，老式变电站重要存在如下问题：在构造上，一次设备和二次测控保护装置连接需要大量电缆，设计施工和运营维护都要耗费大量人力物力，设备可靠性差，占地面积大在运营上，二次接线复杂使系统构造庞大，自动化功能独立、堆砌，缺少集成应用和协同操作，数据缺少有效运用在通信上，初期变电站自动化系统采用是RS-422/RS-485通信接口，其通信方式多为查询方式，通信效率低，难以满足较高实时性规定，且整个通信网上只能有一种主节点对通信进行管理和控制，一旦主节点浮现故障，整个系统通信将无法进行日后发展为现场总线，再到以太网，在通信效率上有了很大提高，但是各厂家在已有通信规约语义理解上存在差别，导致采用应用层合同不同，不同厂家设备之间只有采用合同转换器才干解决不兼容，无法从主线上解决设备间互操作问题[1~2]。

此外，老式变电站还存在诸如安全性、可靠性不能满足电力系统发展需求，供电质量缺少科学保证，不利于提高运营管理水平等问题这些问题大多是由于变电站整体数字化、信息化水平不高，缺少可以完备实现信息原则化和设备之间互操作变电站通信原则导致1.2 数字化变电站特点与老式变电站相比，数字化变电站特点可简朴归纳为：智能化一次设备、网络化二次设备和变电站信息化，图1对老式变电站和数字化变电站在构造、功能和通信方式上做了简朴比较图1 老式变电站与数字化变电站比较示意图Fig.1 The Comparison of Traditional Substation and Digital Substation数字化变电站详细体现为如下特点：采用电子式互感器等非常规互感器，直接输出数字信号，在传播过程中避免了电磁干扰[3]简化二次接线，取消老式硬接线，系统采用功能分布式构造，各功能之间逻辑配合关系建立在信息互换基本上电子式互感器、智能一次设备测量信息和状态信息通过合并单元传播至过程总线，测控保护装置通过过程总线实现信息共享由于采用IEC61850做为站内统一通信原则，符合IEC61850智能电子设备间能以便地实现互操作，变电站内实现无缝通信，同步变电站为远方控制中心提供一次设备监测信息、二次设备监测信息、电网运营状态信息、电网故障信息、计量信息等丰富数据，与控制中心之间真正达到信息共享。

此外，数字化变电站实现了自动化运营管理[4~6]，运营时发生故障时，能及时找出故障因素和解决意见，系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规变电站设备“定期检修”改为“状态检修”2 IEC61850与原有合同在变电站自动化系统中应用比较2.1 IEC60870-5-103规约特点和局限传播规约IEC60870-5-103（如下简称103规约）继电保护设备信息接口配套原则是IECTC-57技术委员会在IEC60870-5系列原则基本上制定，在IEC61850原则颁布之前，普通采用IEC60870-5-103规约作为变电站内通信原则，该原则使变电站内不同继电保护设备和测控装置达到互换，提高了变电站通信实时性103规约与国际原则化组织(ISO)开放系统互联（OSI）七层参照模型相比，是一种简化通信合同，网络模型为增强性能构造，只有物理层、链路层和应用层三层103规约采用非平衡传播，工作站、远动站构成主站，继电保护设备(或间隔单元)为从站(子站)配套原则描述了两种信息互换办法:一种是基于严格规定应用服务数据单元(ASDUs)和“原则化”提出报文传播应用过程办法；另一种是使用通用分类服务可以传播几乎所有也许信息办法。

该合同特点是详细地描述了遥测、遥信、遥脉、遥控、保护事件信息、保护定值、录波等数据传播格式和传播规则，可以满足变电站传播保护和监控信息[7~8]虽然103规约被广泛用于系统内部通信，但规约对通用分类服务语法没有详细阐明，容易引起歧义，且为面向信号合同，只强调数据格式而对传播过程阐明不够详细，这也导致不同设备制造商在理解上存在差别，各厂家设备之间互操作性也就难以实现2.2 IEC60850原则特点变电站内通信网络与系统原则体系IEC 61850应用，使不同厂家设备间达到信息共享并可实现互操作性与IEC60870-5-103相比IEC 61850原则具备如下特点：使用面向对象建模技术，使用分布分层体系，应用层传播合同是面向对象自我描述，数据对象是分层，定义了收集这些信息办法，数据对象，逻辑结点和逻辑设备代号，并规定了名字造句法，使任何对象标记成为唯一IEC 61850使用抽象通信服务接口(ACSI)、特殊通信服务映射SCSM和MMS技术，可依照电力系统特点来归纳所需服务类[9~11]此外，IEC61850涵盖了IEC 60870-5-103数据对象，具备互操作性，是面向将来、开放体系构造。

IEC61850原则在逻辑上将变电站自动化系统分为变电站层、间隔层、过程层三层，并将功能分解成互相联系几种某些，通过以太网实现数据及资源共享，如图2所示图2 数字化变电站系统接口模型Fig.2 The Interface Model of Digital Substation各接口含义为：①、⑥间隔层和变电站层之间数据互换；②间隔层与远方保护之间数据互换；③间隔层内部数据互换；④、⑤过程层与间隔层之间数据互换；⑦变电站与远方工程师办公地数据互换；⑧间隔层之间数据互换；⑨变电站层内数据互换IEC61850原则颁布解决了同一厂商或者不同厂商各种IED之间互操作性问题，该原则必将成为变电站自动化系统统一原则，它推广和应用为变电站自动化系统实现全数字化奠定了基本3 数字化变电站过渡期解决方案实现变电站全数字化是一种长期过程，国内IEC61850原则应用研究还需不断进一步摸索，非常规互感器稳定性还需要一段时间实际检查[12]，智能断路器技术发展尚不成熟，期间必然存在一种过渡期在过渡期内，可采用进入实用化阶段电子式互感器和智能断路器控制装置，本文结合既有系统实际状况，同步考虑新型智能电子设备与常规设备兼容，提出了过渡期内可行解决方案。

本方案对老式变电站进行了两种不同数字化改造如图3所示，方案中间隔A采用支持IEC61850测控和保护装置，在当前相对成熟变电站层和间隔层之间实现IEC61850通信，实现了不同厂家IED之间互联和互操作常规断路器等开关设备仍采用硬接线形式与测控保护装置连接，采用电子式互感器与常规互感器相兼容方式达到优势互补，并通过合并单元把数据上送至测控保护装置相比原有系统，间隔A方案只是进行了简朴数字化改造，但相比老式变电站系统，数字化限度高，运营维护工作量大大减少，此方案为后一步增设过程总线做了一定准备，在过渡期采用这种方案是可行也是较容易实现间隔B方案为采用IEC61850合同和电子式互感器实用型数字化变电站方案站控层和间隔层实现IEC61850-8-1通信，过程层采用100M以太网，实现了IEC61850-9-1通信，并达到了信息共享方案采用电子式互感器，通过光纤接入合并单元，合并单元解决后再将数据上送至过程总线，常规断路器则通过数字化断路器控制单元将自身状态信息送至过程层支持IEC61850原则测控保护装置再收集来自过程总线数据送至站级总线相比间隔A方案，该方案数字化限度更高，且过程层、站控层均实现IEC61850新原则通信，真正实现了数据共享和智能电子设备间互操作。

图3 数字化变电站过渡期解决方案Fig.3 The Transitional Schemes of Digital Substation上述方案考虑了基于IEC61850新系统与基于老式技术既有系统之间兼容，通过改造，变电站数字化限度明显提高随着变电站数字化改造经验积累以及数字化核心技术研究和应用逐渐成熟，基于IEC61850原则完全数字化变电站必将实现4 结语IEC61850原则体系应用研究，为变电站自动化技术带来了重大突破数字化变电站特点为一次设备智能化、二次设备网络化和变电站信息化，实现变电站全数字化是一种长期过程，需要不断从实际中积累经验，在现阶段推广切实可行数字化变电站工程方案有助于推动变电站数字化技术发展非常规互感器、智能断路器技术应用实践是实现数字化有力前提，实现变电站全面数字化将是电力系统发展必然趋势参照文献[1] 黄益庄. 变电站综合自动化技术[M]. 北京：中华人民共和国电力出版社，. HUANG Yi-zhuang.Substation Automation System Technology[M].Beijing:China Electric Pow。